砂細(xì)度及砂率對混凝土強度及外加劑摻量的影響研究

高玉敏，高云輝，施奇男

(國產(chǎn)實業(yè)蘇州混凝土有限公司，江蘇省蘇州市215127)

走可持續(xù)發(fā)展道路、實現(xiàn)混凝土行業(yè)“綠色生產(chǎn)”，同時為了改善混凝土的性能，公司將原來使用的萘系減水劑更換為對環(huán)境無污染的聚羧酸減水劑，為全面地掌握聚羧酸減水劑的性能以指導(dǎo)生產(chǎn)，公司組織人員進(jìn)行了一系列試驗，現(xiàn)將其中所做的砂細(xì)度及砂率對混凝土強度及聚羧酸減水劑摻量的影響試驗加以分析總結(jié)，以供參考。

1 試驗原材料

1)水泥:江蘇金峰水泥集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的P.O42.5水泥，密度 3100 kg/m3，3d 抗壓度 25.9MPa，2d天抗壓強度48.2MPa。(2)礦粉:蘇州閩航新型建材有限公司生產(chǎn)的S95級礦粉，密度2850kg/m3，流動比102%，3d天活性指數(shù)77%，28d活性指數(shù)96%。(3)粉煤灰:昆山鑫源環(huán)保熱電有限公司生產(chǎn)的Ⅱ級粉煤灰，密度2150kg/m3，需水量比104%，45μm方孔篩篩余19.6%，燒失量6.9%。(4)砂:江西南昌產(chǎn)湖砂，表觀密度 2650kg/m3，細(xì)度模數(shù) 1.7 ～3.1。(5)石:浙江湖州產(chǎn)5mm～25mm連續(xù)級碎石，表觀密度2680kg/m3，泥含量0.6%，針片狀含量5%。(6)減水劑:西卡(中國)有限公司生產(chǎn)的3301C型聚羧酸外加劑，密度 1050kg/m3，PH 值 5.5，固含量 27.2%。

2 試驗配合比

本次采用C30配合比、3個砂率進(jìn)行了試驗，3個砂率分別是43%、45%、47%，砂細(xì)度模數(shù)采用3.1、2.9、2.7、2.5、2.3、2.1、1.9、及 1.7 八個級別，試驗是使混凝土初始坍落度達(dá)到(210±10)mm時聚羧酸減水劑的摻量及其3、7、28、56d的強度。3個砂率的基礎(chǔ)配合比如表1所示。

表1 基礎(chǔ)配合比表

3 試驗結(jié)果及分析

3.1 不同砂率及砂細(xì)度模數(shù)下聚羧酸摻量的變化如表2、圖1。

表2 聚羧酸摻量變化表 /%

圖1 聚羧酸摻量變化圖

因粗顆粒過多無法達(dá)緊密填充。本次試驗除了測試28d的強度，還做了3、7、56d的強度試驗，這些齡期的強度規(guī)律與28d的相近，從強度的后期增幅來看，中粗砂的后期強度增長幅度較細(xì)砂要大，不管是從混凝土早期強度還是后期強度來看，混凝土用砂細(xì)度模數(shù)不應(yīng)低于 2.1。

從表2圖1可以看出，在相同砂率下要達(dá)到(210±10)mm的坍落度，隨著砂細(xì)度模數(shù)的減小，聚羧酸減水劑的摻量逐步增大;而在砂細(xì)度相同時，隨著砂率的增加，減水劑摻量增大，當(dāng)砂為粗砂時，減水劑隨砂率增加的幅度較小，而當(dāng)砂為細(xì)砂時，減水劑隨砂率增加的幅度加大。這是因為隨著每方混凝土中砂增多或砂變細(xì)，砂的比表面積增大，則需水量增加，因試驗是保持相同水膠比和相近坍落度進(jìn)行的，所以隨著砂率增加或砂細(xì)度模數(shù)的降低，減水劑摻量增加。另外，在使用西卡聚羧酸減水劑的過程中發(fā)現(xiàn)，該減水劑對外界溫度、砂石含水率及含泥量、水泥品種等的變化很是敏感，在春秋季使用時其坍落度較易控制，在夏季高溫時坍損偏大，混凝土在施工現(xiàn)場的初終凝時間提前，施工養(yǎng)護(hù)工作得及時，否則較易產(chǎn)生裂縫，而進(jìn)入冬季低溫時混凝土坍落度有時無坍損，反而會隨著時間推移坍落度變大，所以在使用聚羧酸減水劑時一定多取樣多觀察多調(diào)整，慢慢掌控其使用規(guī)律及其與原材料的適應(yīng)性。

3.2 不同砂率及砂細(xì)度模數(shù)下混凝土28d強度的變化如表3、圖2。

從圖2、表3可以看出，在相同砂細(xì)度模數(shù)下，混凝土的28d強度均是隨砂率的增加而降低的，從堆積與填充角度分析，說明43%的砂率填充密實度比45%及47%要密實，過高的砂率對混凝土強度不利，所以在用水量和膠凝材料用量一定的情況下應(yīng)通過試驗確定合理的砂率值，合理的砂率不但能使混凝土流動性、泵送性能良好，而且可使混凝土的空隙率最小，密實度最大，從而提高混凝土強度以及混凝土的抗?jié)B性、耐久性等長期性能;而在相同的砂率下，混凝土的強度最高值并未出現(xiàn)在細(xì)度模數(shù)3.1的最粗砂上，比較高的強度集中在細(xì)度模數(shù)2.5～2.9的中粗砂上，這是因為混凝土是多元的復(fù)合體系，砂石料構(gòu)成其骨架，砂是用來填充石子所形成的空隙的，而細(xì)度模數(shù)超過3.0的砂

表3 28d強度變化表 /MPa

圖2 28d強度變化圖

3.3 混凝土放置3h后加減水劑的試驗

表4 3h后添加減水劑28d強度變化表 /MPa

圖3 3h后添加減水劑28d強度變化圖

本次還對放置了3h的混凝土進(jìn)行了加聚羧酸減水劑的試驗，因本次試驗是在7月份做的，正是夏季高溫季節(jié)，混凝土在放置3h后坍落度已初始的210mm降至50mm～100mm但尚未達(dá)到初凝，加聚羧酸減水劑攪拌使混凝土坍落度重新達(dá)到210mm左右，減水劑添加量為膠凝材料的0.2% ～0.4%，其28d強度如表4及圖3。

從圖3表4可以看出，其強度變化趨勢與新拌混凝土硬化后的強度變化趨勢基本一致，另外放置3h再加聚羧酸減水劑的混凝土強度比新拌混凝土硬化后的強度均有所提高，這是因為水分蒸發(fā)造成水膠比有所降低的緣故，當(dāng)然這是在混凝土加減水劑后攪拌均勻的情況下才會是這樣。這個試驗對生產(chǎn)的意義是:如果實際供貨過程中出現(xiàn)攪拌車在現(xiàn)場等待時間過長，混凝土坍落度變小不好泵送但尚未初凝的情況下，不要向攪拌車內(nèi)加水，而是通過計算加入適量的減水劑，然后采用快檔旋轉(zhuǎn)攪拌罐將混凝土攪拌均勻后再進(jìn)行泵送施工。

4 結(jié)論

(1)為保持相同水膠比及相近坍落度，砂率增大或砂變細(xì)應(yīng)適當(dāng)增加減水劑用量。

(2)在用水量和膠凝材料用量一定的情況下應(yīng)通過試驗確定合理砂率，最好使用中粗砂配制混凝土。

(3)實際供貨過程中如果出現(xiàn)攪拌車在現(xiàn)場等待時間過長，混凝土坍落度變小不好泵送但尚未初凝的情況不要向攪拌車內(nèi)加水，而是通過計算加入適量的外加劑，然后采用快檔旋轉(zhuǎn)攪拌罐將混凝土攪拌均勻后再進(jìn)行泵送施