粗細(xì)砂混合級(jí)配調(diào)整及在混凝土中的應(yīng)用

江堅(jiān)

（臺(tái)州飛龍商品混凝土有限公司，浙江 臺(tái)州 317000）

0 前言

國(guó)民基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速推進(jìn)，混凝土作為重要的建筑結(jié)構(gòu)材料需求量巨大，混凝土供應(yīng)質(zhì)量的好壞直接關(guān)乎工程結(jié)構(gòu)荷載安全和服役壽命。混凝土質(zhì)量的影響因素較多，原材料質(zhì)量波動(dòng)、生產(chǎn)管理乃至施工水平都會(huì)影響混凝土工程質(zhì)量[1]，砂率作為混凝土的重要指標(biāo)，對(duì)砂漿填充性和拌合物和易性等有重要影響，合理的砂率能夠提高混凝土和易性，提高混凝土強(qiáng)度，也會(huì)降低膠凝材料用量，節(jié)省生產(chǎn)成本。

本文根據(jù)現(xiàn)有集料情況，根據(jù)粗砂和細(xì)砂細(xì)度模數(shù)調(diào)整摻比，通過(guò)調(diào)整砂率來(lái)考察混凝土拌合物出機(jī)和易性，并關(guān)注混凝土強(qiáng)度發(fā)展情況，以期為公司生產(chǎn)提供技術(shù)參考。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

（1）膠凝材料

水泥采用海螺水泥有限公司生產(chǎn)的 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，水泥的性能指標(biāo)見表1。

表1 水泥的性能指標(biāo)

粉煤灰：Ⅱ級(jí)，市售，45μm 方孔篩篩余 22.4%，需水比 99%，燒失量 4.0%。

礦粉：S95 級(jí)，比表面積 415m2/kg，流動(dòng)度比為100%。

（2）集料

細(xì)集料有卵石制細(xì)砂和卵石制粗砂兩種，細(xì)砂細(xì)度模數(shù)為 1.9，粗砂細(xì)度模數(shù)為 3.2，混合砂為兩種不同細(xì)度模數(shù)的天然砂按一定比例混合而成。表2 為混合砂篩分結(jié)果。

表2 粗砂和細(xì)砂混合后的篩分結(jié)果

粗集料為 5～25mm 碎石，連續(xù)級(jí)配，針片狀含量在 10% 以下，壓碎值 10%。

（3）外加劑

緩凝型聚羧酸減水劑，淡黃色液體，含固量 12%，推薦摻量 1.0%～3.0%。

1.2 試驗(yàn)方法

（1）砂的細(xì)度模數(shù)參照 GB/T 14684—2011《建設(shè)用砂》進(jìn)行測(cè)試。

（2）混凝土坍落度和擴(kuò)展度等工作性能指標(biāo)按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測(cè)試。

（3）混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)按照 GB/T 50081—2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行，成型 100mm×100mm×100mm 混凝土試件，測(cè)定混凝土 3d、7d 和 28d 的抗壓強(qiáng)度。

1.3 混凝土配合比

以 C30 為例，所設(shè)計(jì)的 C30 混凝土配合見表3。

表3 C30 基礎(chǔ)配合比 kg/m3

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 細(xì)砂和粗砂比例的確定

在實(shí)際生產(chǎn)中，采用細(xì)砂和粗砂混合搭配的形式，以滿足顆粒級(jí)配要求，但細(xì)砂和粗砂混合比例也會(huì)影響混凝土的工作性能和力學(xué)性能，因此混合砂良好的級(jí)配對(duì)混凝土性能極為重要。將粗砂和細(xì)砂按比例進(jìn)行均勻混合，以測(cè)試混合砂的細(xì)度模數(shù)，結(jié)果見圖 1。

圖1 結(jié)果顯示粗砂比例降低，混合砂細(xì)度模數(shù)降低，說(shuō)明砂的粗顆粒對(duì)于混合砂細(xì)度模數(shù)影響較大，粗砂在混合砂中的比例從 50% 減少至 20%，混合砂的細(xì)度模數(shù)相應(yīng)從 2.5 下降至 2.2，說(shuō)明采用合適的粗砂和細(xì)砂比例對(duì)于細(xì)集料的顆粒級(jí)配較為重要。

圖1 粗砂和細(xì)砂比例對(duì)混合砂細(xì)度模數(shù)的影響

為了選擇合適的粗砂和細(xì)砂比例，對(duì)混合砂配制的混凝土工作性能和強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見表4。

表4 細(xì)砂和粗砂混合比例對(duì)混凝土性能影響

表4 結(jié)果顯示，當(dāng)粗砂比例為 50% 時(shí)，混凝土和易性較好，初始坍落度和擴(kuò)展度最好，7d 和 28d 強(qiáng)度發(fā)展良好，這說(shuō)明此時(shí)細(xì)砂能夠有效填充粗砂和骨料孔隙，漿體得到豐富[2]，相應(yīng)拌合物的勻質(zhì)性也得到提高，對(duì)混凝土工作性能和強(qiáng)度有利，故采用粗砂和細(xì)砂比例為 1:1。

2.2 砂率對(duì)混凝土工作性能的影響

參考前述試驗(yàn)結(jié)果，按照粗砂和細(xì)砂比例 1:1，所得的細(xì)度模數(shù)為 2.5，所得的混凝土配合比見表5。

表5 調(diào)整砂率后的混凝土配合比 kg/m3

采用表5 所示混凝土配合比，研究砂率調(diào)整對(duì)混凝土的工作性能的影響，結(jié)果見表6。

表6 砂率對(duì)混凝土工作性能的影響

從混凝土拌合物工作性能測(cè)試結(jié)果分析，砂率增加，混凝土坍落度和擴(kuò)展度呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，當(dāng)砂率在 43% 時(shí)，混凝土坍落度為 230mm，擴(kuò)展度為 570mm，混凝土流動(dòng)性較好，此時(shí)混凝土 1h 坍落度損失也最低。這說(shuō)明合理的砂率對(duì)于混凝土工作性能的發(fā)揮影響較大。砂率不足時(shí)，漿體量不足以形成對(duì)骨料的有效包裹，空隙率增大，混凝土易出現(xiàn)石子堆積、泌水等問題；砂率過(guò)高，有效需水量和外加劑摻量增加，漿體較粘，流動(dòng)性降低[3]。

2.3 砂率對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響

混凝土作為建筑結(jié)構(gòu)材料，要有效承重并維持結(jié)構(gòu)安全和耐久，保證混凝土必要的強(qiáng)度極為重要。砂率的改變會(huì)影響混凝土的工作性能，對(duì)混凝土的力學(xué)性能也會(huì)造成一定的影響[4]。研究了不同砂率對(duì)混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度的影響，結(jié)果見表7 和圖 2。

表7 砂率對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度影響

圖2 不同砂率對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

砂率的改變能夠影響混凝土的顆粒級(jí)配，粗砂填充骨料堆積空隙，細(xì)砂又能夠進(jìn)一步降低空隙率，使得混凝土漿骨比處在合理的區(qū)間，此時(shí)混凝土拌合物和易性優(yōu)良，硬化后的混凝土密實(shí)度較高，對(duì)混凝土強(qiáng)度發(fā)展有利[5]。

當(dāng)混凝土砂率從 39% 提高至 47% 時(shí)，混凝土 3d、7d 和 28d 抗壓強(qiáng)度先增加后降低，當(dāng)混凝土砂率在 43% 時(shí)，混凝土各齡期強(qiáng)度最高。砂率過(guò)高或過(guò)低都會(huì)對(duì)混凝土的和易性造成不良影響，進(jìn)而影響混凝土強(qiáng)度的發(fā)揮。

2.4 砂率對(duì)混凝土電通量的影響

混凝土電通量作為混凝土抵抗外界氯離子侵蝕的重要指標(biāo)，一定程度上也反映了混凝土密實(shí)程度。測(cè)試了不同砂率對(duì)混凝土電通量的影響，結(jié)果見表8 和圖 3。

表8 不同砂率混凝土電通量

圖3 砂率對(duì)混凝土電通量的影響

表8 和圖 3 結(jié)果顯示，混合砂砂率的改變對(duì)混凝土電通量影響較大，當(dāng)混凝土砂率在 39% 時(shí)，由于混凝土包裹性不良，無(wú)法形成對(duì)混凝土骨料的有效粘接，使得混凝土微裂紋較多，氯離子和硫酸根離子等通過(guò)溶液通過(guò)能力較強(qiáng)[6]，混凝土電通量較高。當(dāng)混凝土砂率過(guò)高時(shí)，由于混凝土流動(dòng)性減弱，硬化后的混凝土勻質(zhì)性降低，內(nèi)部空隙增多，混凝土抵抗外界侵蝕的能力減弱。因此適宜的砂率（43%）能夠改善混凝土工作性能和強(qiáng)度，從而對(duì)混凝土耐久性有利。

3 結(jié)論

（1）粗砂比例降低，混凝土細(xì)度模數(shù)下降，合理的細(xì)度模數(shù)對(duì)混凝土工作性能和強(qiáng)度較為重要.混合砂細(xì)度模數(shù)為 2.5 時(shí)，混凝土和易性較好，7d 和 28d 強(qiáng)度較高。

（2）砂率能夠影響混凝土漿骨比和勻質(zhì)性，對(duì)混凝土工作性能造成影響。當(dāng)砂率為 43% 時(shí)，混凝土初始坍落度和擴(kuò)展度較好，和易性優(yōu)良。

（3）合理的砂率對(duì)于維持混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)十分重要，砂率過(guò)高或過(guò)低都會(huì)對(duì)混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響。

（4）砂率為 43% 時(shí)混凝土電通量較低，混凝土抵抗外界侵蝕的能力較強(qiáng)。