云母含量對泵送山砂混凝土抗壓強度的影響

高禮雄， 譚文君， 張 彥， 李紅輝

(1.石家莊鐵道大學材料科學與工程學院，河北 石家莊 050043；2.廣東長大試驗技術開發有限公司，廣東 廣州 511431)

山砂的來源比較廣泛，除碳酸鹽類巖石外大量的花崗巖也用于生產山砂，高云母含量花崗巖生產的山砂云母含量也較高。針對該類山砂，低砂率非泵送水工混凝土對其進行了廣泛研究，并取得了一些有益的試驗結果。有研究認為3.5%范圍內云母含量對混凝土抗壓強度沒有影響[1]，云母含量為7.2%時混凝土抗壓強度還略有提高[2]，最高云母含量為9.0%時混凝土抗壓強度僅有小幅度降低[3]。從中可以看出大于2%的云母含量對混凝土抗壓強度影響較小，這與《建設用砂》(GB/T 14684-2011)規定最高云母含量2%相矛盾。此外層狀結構云母吸取大量自由水后會削弱水泥石與骨料間的粘結力，這也會使得高云母含量對混凝土強度產生不利影響[4-7]。

目前針對云母含量對高砂率泵送混凝土抗壓強度影響的研究還未見報道，因此開展了0%、1%、2%和3%云母含量對不同強度等級泵送山砂混凝土抗壓強度影響的研究，并分析了云母含量對混凝土強度的作用機理。

1 試驗概況

1.1 試驗原材料

水泥：贊皇金隅水泥廠生產的P.O42.5普通硅酸鹽水泥；粉煤灰：河北西柏坡發電有限責任公司生產的F類Ⅱ級粉煤灰，細度10.3%，需水量比95%，燒失量5.0%；砂：河北鼎鑫產的機制山砂，細度模數2.9，云母含量0%，Ⅱ區級配；石子：河北鼎鑫產的5～25 mm連續級配碎石，壓碎值9.3%，云母含量0%；云母：靈壽縣華源云母有限公司生產的80目云母粉；減水劑：北京金隅水泥節能科技有限公司石家莊分公司出廠的JY-PS-1型聚羧酸高性能減水劑；水：自來水。

1.2 泵送山砂混凝土配合比

進行了C35、C40和C50泵送山砂混凝土配合比設計，其配合比見表1，云母等質量取代砂(以質量百分比表示)。采用兩套減水劑對泵送山砂混凝土工作性能進行研究，其中第①套減水劑用于探究云母含量對泵送山砂混凝土工作性能的影響，第②套減水劑是根據第①套減水劑試驗結果調整后得到的，目的是保持混凝土初始和1 h坍落度在200±20 mm之間以滿足泵送要求。X射線衍射(XRD)和壓汞(MIP)分析用凈漿試驗配合比見表2所示。

表1 泵送山砂混凝土試驗配合比

表2 凈漿試驗配合比

1.3 試驗方法

混凝土工作性能按《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》(GB/T 50080-2016)進行測試；混凝土抗壓強度按《混凝土物理力學性能試驗方法標準》(GB/T50081-2019)進行測試；XRD測試儀器為德國布魯克生產的D8 ADVANCE型X射線衍射儀；MIP測試設備為麥克默瑞提克(上海)儀器有限公司生產的AutoPore Ⅳ 9520全自動壓汞儀，有效孔徑測試范圍0.003～1 000 μm。

2 試驗結果與分析

2.1 泵送山砂混凝土的工作性能及調整

第①套減水劑配制的三種強度等級混凝土工作性能試驗結果見圖1。由圖1可知：1%范圍內云母含量對C35、C40和C50混凝土初始坍落度和1 h坍落度損失幾乎沒有影響，1%～2%云母含量對C35、C40和C50混凝土初始坍落度和1 h坍落度損失有影響但不顯著，超過2%后云母含量對C35、C40和C50混凝土初始坍落度和1 h坍落度損失有較大不利影響。為達到坍落度200±20 mm泵送要求，對2%及以上云母含量混凝土減水劑摻量進行了調整試驗，結果見表1和圖2。從圖2可以看出，通過微調減水劑摻量方式可降低3%范圍內云母含量對泵送混凝土工作性能的不利影響。

圖1 云母含量對混凝土工作性能的影響

圖2 調整后云母含量對混凝土工作性能的影響

2.2 云母含量對泵送山砂混凝土抗壓強度的影響

采用第②套減水劑配制的不同云母含量C35、C40和C50泵送山砂混凝土7 d和28 d強度試驗結果見圖3。由圖中可知：對C35和C40混凝土而言，2%范圍內云母含量對混凝土抗壓強度影響較小，超過后云母含量會造成混凝土強度急劇降低；對C50混凝土而言，1%范圍內云母含量對混凝土抗壓強度影響不顯著，超過后云母含量會導致混凝土強度大幅度降低。當云母含量超出《建設用砂》(GB/T 14684-2011)標準規定達3%時，三種混凝土28 d強度相差不大，表明通過降低水膠比方式已不能改善云母含量對混凝土強度的不利影響。

圖3 云母含量對混凝土抗壓強度的影響

2.3 物相分析

對0%和3%云母含量C50泵送山砂混凝土28 d水泥石進行了物相分析，結果見圖4。從圖中可以看出：兩種水泥石中，3%云母含量水泥石除存在大量云母晶體之外，其他水化產物AFt和Ca(OH)2晶體衍射峰強度與不摻云母水泥石近乎相同。該試驗結果表明，3%范圍內云母含量對C50泵送山砂混凝土水泥水化反應沒有不利影響。

圖4 C50混凝土水泥凈漿試樣XRD圖譜

2.4 壓汞測試分析

為進一步揭示云母含量對泵送山砂混凝土28 d強度作用機理，進行了C35和C50混凝土水泥石孔結構分析，試驗結果見圖5、圖6和表3。從中可以看出：與不摻云母水泥石相比，3%云母含量導致C35和C50混凝土中水泥石的孔隙率和中值孔徑急劇增大，且少害孔、有害孔和多害孔顯著增加。這可能是由于云母吸取大量自由水后在混凝土內部形成了“水囊”，以致在硬化水泥石中生成大量孔隙，進而導致混凝土強度急劇降低。

圖5 C35混凝土中水泥石累計孔隙率和孔徑分布

圖6 C50混凝土中水泥石累計孔隙率和孔徑分布

3 結論

(1)云母含量對泵送山砂混凝土抗壓強度的不利影響與混凝土強度等級有關。為降低云母含量帶來的不利影響，C40及以下混凝土強度要求云母最高含量應控制在2%以下為宜，C50混凝土強度要求云母最高含量應控制在1%以下為宜。

(2)當云母含量超出適宜范圍達3%時，通過降低水膠比方式已不能改善云母含量對混凝土強度的不利影響，這主要是由于云母吸水形成的“水囊”在硬化水泥石中形成大量孔隙造成的。

表3泵送山砂混凝土孔隙率和孔徑分布