長江特細面砂在混凝土中應用研究

孫濤，付啟新

（淮安固和新型建材有限公司，江蘇 淮安 223300）

0 引言

隨著現代化進程的不斷發展，建筑原材料的使用量日益遞增，長江流域的禁采力度再次加強，導致建筑原料砂的供需矛盾又一次升級。目前市場普遍使用機制砂搭配特細砂（細度模數 0.6～1.0）的混合砂進行生產，該混合砂使用技術相對較成熟。但不斷加強的砂禁采令直接導致特細砂的產量急劇下滑，價格直接上漲數倍，諸多因素對預拌混凝土企業造成極大的挑戰。如何尋找一種產品解決目前特細砂缺少的囧境，是混凝土企業最急需解決的事情。

在長江河床下面，有一層細度非常細的面砂暫稱為“特細面砂”。該資源較為豐富，價格較低。因此對該長江特細面砂進行試驗研究，驗證其是否可用于混凝土的生產，既可以緩解目前砂資源的緊缺局勢，又可以為使用長江特細面砂提供參考。

本研究采用長江特細面砂和機制砂相混合的方法，拌制 C30～C40 泵送混凝土。在同一強度和相同配合比下，使長江特細面砂和機制砂混合使用，驗證是否能配制出工作性能和力學性能較好的混凝土，同時找出兩種材料最佳搭配比例。

1 原材料試驗

1.1 試驗用原料

（1）水泥：采用淮安海螺 P·O42.5 級水泥，主要性能指標如表 1 所示。

表1 水泥主要性能指標

（2）礦粉：采用淮安行健 S95 級礦粉，主要性能指標如表 2 所示。

表2 礦粉主要性能指標

（3）粉煤灰：使用淮安當地華能電廠Ⅱ級粉煤灰，主要性能如表 3 所示。

表3 用粉煤灰主要性能指標

（4）機制砂：采用本地某公司生產的機制砂，主要性能如表 4 所示。

表4 機制砂主要性能指標

（5）碎石：采用山東 5～25mm 連續級配碎石，主要性能指標如表 5 所示。

表5 試驗用碎石主要性能指標

（6）長江特細面砂：采用長江流域開采特細面砂，細度模數 0.1，亞甲藍 MB 值 2.0。

（7）外加劑：采用南京建昌生產的 JC-1 型高效泵送型聚羧酸減水劑。減水率 22%，28 天抗壓強度比108%。

（8）水：市政自來水。

1.2 機制砂與特細面砂顆粒級配對比分析

根據 JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》，對機制砂和特細面砂進行篩分析試驗，并根據顆粒級配情況進行分析。表 6 為機制砂和特細面粉篩顆粒級配的對比。

表6 特細面粉砂和機制砂顆粒級配對比

從表 6 可以看出，試驗所用的機制砂顆粒在 0.6～2.36mm 較多，而 0.3mm 以下的顆粒較少，屬于中粗砂范疇；而特細面砂顆粒基本集中在 0.15mm 以下，這兩種砂單獨使用生產混凝土均不能達到較好的效果，但是從顆粒級配分布來看，如果將其進行合理地搭配遂能彌補對方的缺點。

1.3 特細面砂和機制砂按固定比例搭配顆粒級配分析

根據機制砂和特細面砂顆粒級配的特點，將特細面砂按照 10%、20%、30%、40%、50%、60% 的替代比例摻入機制砂中，對混合砂進行篩分析，分析顆粒級配情況如表 7 和圖 1 所示。

表7 不同搭配比例混合砂累計篩余百分數 %

當特細面砂按照 10%、20%、30%、40%、50%、60% 這六種比例摻入機制砂中，其細度模數分別為2.8、2.5、2.3、1.8、1.6、1.2。從圖 1 可以看出，當特細面砂摻量為 20% 時，混合砂的顆粒級配較符合 GB/T 14684—2011《建設用砂》規定的Ⅱ區砂，其余搭配情況下的混合砂均存在細顆粒偏多情況。20% 摻量下的細度模數較符合預拌混凝土中對于砂顆粒的要求。僅從砂的性能來看，混凝土砂的性能符合行業標準的要求，可以用于預拌混凝土的生產。

圖1 特細面粉砂不同摻比下的級配

2 混凝土性能試驗

2.1 混凝土配合比設計

結合日常預拌混凝土生產中主要以中低強度等級生產為主，為此試驗預拌混凝土的強度等級選擇具有代表性的強度等級 C30、C35 和 C40 進行驗證試驗。觀察預拌混凝土的狀態、混凝土的強度及在生產中的應用情況。

因摻量 40% 時混合砂的細度模數低于 2.0，不適合配制中高強混凝土，試驗選定特細面砂分別代替 10%、20%、30% 的機制砂進行試配。具體配合比見表 8。

表8 試驗預拌混凝土配合比 kg/m3

依據 GB/T 14902—2012《預拌混凝土》的相關規定檢測以上試配試樣的部分工作性能及力學性能指標。

2.2 混合砂配制預拌混凝土性能試驗對比

C30、C35 和 C40 試配試驗預拌混凝土工作性能及力學性能分別如表 9 所示。

表9 試驗預拌混凝土性能

從表 9 可以看出，當特細面砂的摻量為 10% 時，混凝土初始和易性不好，有不同程度的泌水狀況，這與混凝土中骨料細顆粒部分缺少有關。因為混凝土中細顆粒含量較小，骨料的包裹性較差，混凝土粘聚性較差易出現離析、泌水情況。隨著特細面砂摻量的增加，當摻量大于 20% 時，混凝土中細粉較多，混凝土變粘而嚴重影響混凝土的流動性，混凝土的損失變大，同時預拌混凝土的力學性能也下降。所以依試驗來看，特細砂的最優摻量應在 20% 左右。依據機制砂和特細面砂的具體顆粒級配進行適當調整可以滿足生產、質量的需求。

3 特細面粉砂的經濟性分析及應用前景

從技術角度而言，特細面砂用于預拌混凝土具有可行性。目前市場對于砂的需求量很大，天然砂的價格昂貴，而混凝土市場競爭激烈。特細面砂的成本相對較低，與機制砂混合使用能滿足生產同時能大大降低原材料成本。因此使用機制砂和特細砂搭配，能大大降低混凝土的生產成本，因此經濟上具有很明顯的優勢。特細面砂與機制砂的單價相差約 80 元/噸左右，以 20% 替代比例計算，一方混凝土能節省約 10 元，具有較高的應用價值。

4 結論

（1）特細面砂在 20% 替代率與機制砂混合后，其混合砂的性能滿足 GB/T 14684—2011《建筑用砂》的規定，可以應用于混凝土中。

（2）特細面砂與機制砂搭配使用時，特細面砂的摻量在 20% 時，混凝土的和易性和強度最佳。

（3）在經濟上，特細面砂其單價遠低于天然砂和機制砂，因此能大大降低生產成本，同時能解決砂資源緊張的窘境，因此其在經濟上具有可行性。