淺談風(fēng)化砂及機(jī)制砂對混凝土性能的影響

劉旭

（保定市永泰建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司，河北 保定 071051）

0 引言

隨著我國城市化進(jìn)程的發(fā)展，建筑規(guī)模不斷擴(kuò)大，混凝土用量隨之增加，而作為混凝土重要組成部分的天然砂資源也日益緊缺。為保障混凝土供應(yīng)，諸多地區(qū)已采用風(fēng)化砂和機(jī)制砂取代天然砂用于生產(chǎn)，而各地原材料品質(zhì)的差別也對混凝土質(zhì)量穩(wěn)定性造成嚴(yán)重影響。

本文針對風(fēng)化砂、機(jī)制砂和天然砂在混凝土中的應(yīng)用進(jìn)行對比試驗(yàn)，簡要分析風(fēng)化砂和機(jī)制砂相對于天然砂的優(yōu)缺點(diǎn)。

1 原材料

1.1 砂的特點(diǎn)及主要性能指標(biāo)

天然砂主要指河砂，是天然石在自然狀態(tài)下，經(jīng)水的作用力長時間反復(fù)沖撞、摩擦產(chǎn)生的，其成份較為復(fù)雜，表面有一定光滑性，雜質(zhì)含量多。隨著河砂的大量無節(jié)制開采，環(huán)保對資源的管控，目前天然河砂面臨著資源緊缺，開采及采購成本較高的現(xiàn)狀。

風(fēng)化砂是地表巖層風(fēng)化過程的產(chǎn)物。由于風(fēng)化砂的特征是顆粒呈棱角狀、空隙多、強(qiáng)度較弱、粒徑分布不均勻、質(zhì)地軟，造成其耐久性較差、吸水性大、物理力學(xué)性質(zhì)較不穩(wěn)定。

機(jī)制砂是指經(jīng)過碎石機(jī)械破碎加工以及篩分處理得到的，粒徑在 5.00mm 以下的碎石微粒。機(jī)制砂受巖石材料和加工生產(chǎn)工藝影響較大，普遍存在級配不合理、石粉含量相對較高、顆粒呈現(xiàn)棱角不規(guī)則的形態(tài)等問題，同時，機(jī)制砂的比表面積相比河砂更大，機(jī)制砂的粘結(jié)性能較好、石質(zhì)堅硬。因其特點(diǎn)所拌制的混凝土較天然砂抗壓抗折強(qiáng)度較高，但因?yàn)橛袝r因其級配不合理易產(chǎn)生泌水現(xiàn)象。

本文所用三種砂的主要性能指標(biāo)見表 1。

1.2 其他原材料

水泥：河北京蘭水泥有限公司 P·O42.5 水泥，標(biāo)稠用水量 27.6%，比表面積 348m2/kg，3d 抗折強(qiáng)度5.9MPa、抗壓強(qiáng)度 29.8MPa，28d 抗折強(qiáng)度 8.7MPa、抗壓強(qiáng)度 50.2MPa。

表 1 三種砂的主要性能指標(biāo)

粉煤灰：保定大唐電廠，F(xiàn) 類 Ⅱ 級，細(xì)度 16%，燒失量 5.8%，需水量比 99%，28d 活性 78%。

礦渣粉：保定乾華，S95 級，比表面積 460m2/kg，28d 活性102%。

石子：滿城 5～25mm 連續(xù)級配碎石，含泥量0.7%。

外加劑：保定慕湖恒源新型建材有限公司產(chǎn)聚羧酸系高性能減水劑，固含量為 12.36%，減水率 29.5%。

水：飲用水。

2 試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)方案

以普通 C30 混凝土配合比為基準(zhǔn)（見表 2），使用天然砂、風(fēng)化砂和機(jī)制砂進(jìn)行試配，分別記為 S1、S2、S3。在保證混凝土拌合物達(dá)到相同工作性能時，對不同砂所需的外加劑和用水量進(jìn)行對比分析；對混凝土拌合物的和易性及 1h 坍落度保留值進(jìn)行對比分析；留置相應(yīng)的試件，養(yǎng)護(hù)至不同齡期時進(jìn)行抗壓強(qiáng)度對比分析。

表 2 基準(zhǔn)配合比 kg/m3

2.2 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》、GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 50081—2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

三種砂所配制混凝土的工作性能與抗壓強(qiáng)度對比試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表 3 所示。

表 3 三種砂混凝土試驗(yàn)數(shù)據(jù)

首先，S2 與 S3 的外加劑用量和拌合用水量均高于S1。對于 S2 拌合物，因風(fēng)化砂的特性，表面空隙多、吸水性強(qiáng)，只有提高外加劑用量和拌合用水量，讓自由水飽和，才能保障其工作性能；而 S3 拌合物，因機(jī)制砂中石粉含量較高，會吸收一部分外加劑和拌合水，所以其用量也高于 S1。

其次，S1 與 S3 的和易性良好，S2 的和易性較差；在初始坍落度相同情況下，S1 和 S3 的 1h 坍落度保留值明顯高于 S2。對于 S3 拌合物，機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)偏大、級配不合理、顆粒呈棱角不規(guī)則的形態(tài)，但由于其中含有大量的石粉，增加了拌合物的黏性，使得拌合物和易性得到改善，且石粉對于水分的吸附是物理吸附，之后還會逐步釋放出來以供水化反應(yīng)使用，所以 1h 坍落度保留值與 S1 相差不大；而 S2 拌合物，風(fēng)化砂顆粒呈棱角不規(guī)則形態(tài)，且空隙率較大、吸水性強(qiáng)，其保水性及黏聚性較差，所以拌合物初始狀態(tài)及 1h 坍落度保留值均表現(xiàn)不佳。

第三，混凝土試件的各齡期抗壓強(qiáng)度對比，S3 最高，S1 次之，S2 最低。對于 S2 拌合物，由于風(fēng)化砂需水量較大，增加了實(shí)際水膠比，雖然其顆粒的棱角形態(tài)會增加與水泥漿體結(jié)合面的粘結(jié)力，但其自身強(qiáng)度較低，在壓力作用下，其自身結(jié)構(gòu)會先于粘結(jié)界面發(fā)生破壞，因此試件抗壓強(qiáng)度最低；對于 S3 拌合物，由于機(jī)制砂中石粉的填充作用，使得混凝土的孔隙率減小，從而提高混凝土的密實(shí)度，同時機(jī)制砂中顆粒呈棱角狀態(tài)，顆粒粗糙，大大增加了與水泥漿體的粘結(jié)力，從而改善強(qiáng)度。

4 結(jié)論

通過對比試驗(yàn)可以看出，使用風(fēng)化砂的混凝土拌合物不僅和易性差、坍落度損失快，且硬化后強(qiáng)度較低、耐久性差；使用機(jī)制砂的混凝土拌合物，在通過石粉調(diào)節(jié)級配后，不僅和易性良好、坍落度損失較小，且硬化后強(qiáng)度較高。所以在原材料把控上，要杜絕風(fēng)化砂用于主體結(jié)構(gòu)。而機(jī)制砂可以取代河砂用于混凝土生產(chǎn)，達(dá)到綠色、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的綜合效益。