強(qiáng)風(fēng)化巖粉對水泥砂漿性能影響的研究

盧普光 雷秀玲 李中田

某水電站大壩工程混凝土使用人工骨料，骨料加工場料區(qū)巖石為花崗巖，但在試生產(chǎn)期間出產(chǎn)的人工砂并非料區(qū)花崗巖特有的灰、紅混合色，而是呈現(xiàn)出如泥土般的黃褐色，按照DL/T 5151—2014《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》中的試驗方法對人工砂進(jìn)行亞甲藍(lán)MB 值試驗，測得該人工砂的MB 值為1.53，按規(guī)范應(yīng)判定該人工砂中微粒含量以泥為主，對料區(qū)進(jìn)行踏勘后發(fā)現(xiàn)，料區(qū)的植被覆蓋層早已剝離，料區(qū)不存在泥土層，但筆者在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，部分料區(qū)巖體存在黃褐色的強(qiáng)風(fēng)化巖石夾層，寬度在30～50 cm，夾層中的巖石極其破碎，幾乎完全粉末化，分析認(rèn)為，可能是生產(chǎn)過程中未分離的強(qiáng)風(fēng)化巖粉造成了人工砂呈現(xiàn)黃褐色，并使人工砂吸附性增強(qiáng)，最終導(dǎo)致MB 值增大。

眾所周知，如果砂中含有較多的強(qiáng)吸附性細(xì)顆粒（如黏土礦物），將增加混凝土中水和外加劑的用量，影響水泥漿與骨料之間的粘結(jié)性，進(jìn)而對混凝土拌合物性能、硬化混凝土力學(xué)性能和耐久性等方面產(chǎn)生不利影響，因此，為確保工程質(zhì)量，有必要開展強(qiáng)風(fēng)化巖粉對人工砂使用性能的影響的研究，本文從水泥砂漿入手，為進(jìn)一步開展混凝土的研究提供參考。

1 試驗與分析

1.1 原材料

（1）水泥：亞泰鼎鹿牌P.O 42.5普通硅酸鹽水泥。

（2）成品人工砂：骨料場加工產(chǎn)出的人工砂，細(xì)度模數(shù)為2.85。

（3）潔凈的人工砂（0.08～5.0 mm）：把人工砂水洗過5.0 mm 和0.08 mm 套篩，將兩篩之間的顆粒烘干后密封備用。

（4）強(qiáng)風(fēng)化巖粉：在料區(qū)隨機(jī)選取3 條強(qiáng)風(fēng)化巖石夾層，每條夾層中取一定量的樣品，將其混合、烘干后過0.08 mm 篩，篩下顆粒存儲備用（篩下顆粒呈黃褐色）。

（5）花崗巖粉：在料區(qū)選取潔凈的花崗巖，烘干后破碎、粉磨，過0.08 mm 篩，取篩下的顆粒備用。

1.2 樣品制備與試驗方法

1.2.1 人工砂樣品制備與試驗

通常，人工砂中各級顆粒的礦物成分與母巖一致，花崗巖制得的人工砂MB 值很小，但如果混入其他顆粒較小、比表面積較大的泥質(zhì)顆粒（尤其粒徑小于0.08 mm 時）[1]，將造成人工砂吸附性增強(qiáng)，MB 值變大。

本試驗通過水洗法測得人工砂中小于0.08 mm顆粒含量為11.20%，然后調(diào)整砂中小于0.08 mm 顆粒中強(qiáng)風(fēng)化巖粉的比例，制備出不同強(qiáng)風(fēng)化巖粉含量的人工砂樣品，見表1，再按DL/T 5151—2014《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》中的方法，對各樣品進(jìn)行亞甲藍(lán)MB 值試驗，研究強(qiáng)風(fēng)化巖粉對人工砂吸附性的影響。

表1 不同強(qiáng)風(fēng)化巖粉含量的人工砂樣品原材料用量

1.2.2 砂漿樣品制備與試驗

使用1.2.1 中制備出的人工砂樣品制作水泥砂漿，各組樣品的材料用量見表2，其中，1#樣品為基準(zhǔn)樣品，不含強(qiáng)風(fēng)化巖粉。

本試驗首先按照GB/T 2419—2005《水泥膠砂流動度測定方法》測定各砂漿拌合物的流動性，再將砂漿制成40 mm×40 mm×160 mm 試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)到一定齡期后，分別按GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度試驗方法（IOS 法）》和DL/T 5151—2014《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》開展砂漿強(qiáng)度（3、7、28 d）試驗和砂漿小試件抗凍試驗（28 d，無引氣劑），研究強(qiáng)風(fēng)化巖粉對砂漿力學(xué)和耐久性的影響。

表2 水泥砂漿試件原材料用量

1.3 試驗結(jié)果與分析

1.3.1 亞甲藍(lán)MB值試驗結(jié)果

砂中強(qiáng)風(fēng)化巖粉含量與亞甲藍(lán)MB 值的對應(yīng)關(guān)系如圖1 所示，從圖中可以明顯地看出，隨著砂中強(qiáng)風(fēng)化巖粉的增加，MB 值也隨之增大，二者呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系，說明該成品人工砂的吸附性主要來自強(qiáng)風(fēng)化巖粉。由此可以判斷，骨料加工過程中未分離的強(qiáng)風(fēng)化巖粉是導(dǎo)致該人工砂吸附性增強(qiáng)、MB 值變大的直接原因。

圖1 砂中強(qiáng)風(fēng)化巖粉含量-MB值對應(yīng)關(guān)系

1.3.2 砂漿流動性試驗結(jié)果

在砂漿拌合、成型過程中目測發(fā)現(xiàn)，砂漿拌合物流動性隨砂中強(qiáng)風(fēng)化巖粉含量的增加而逐漸變差，各樣品拌合物流動性試驗結(jié)果如圖2 所示。從圖中可以看出，隨著砂中強(qiáng)風(fēng)化巖粉的增加，拌合物流動性在逐漸變差。這說明，使用含強(qiáng)風(fēng)化巖粉較多的砂來拌制砂漿，需要加入更多的水才能保證砂漿拌合物的流動性，這將降低硬化后砂漿的強(qiáng)度。

從圖2 中還可以看出，與1#樣品相比，少量的強(qiáng)風(fēng)化巖粉對砂漿流動性的影響較小，但其在人工砂中含量超過6.72%時，砂漿的流動性將明顯降低。

1.3.3 砂漿強(qiáng)度試驗結(jié)果

各砂漿試件的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度試驗結(jié)果分別如圖3、4 所示。從圖中可以看出，各試件在同齡期的抗折強(qiáng)度隨著砂中強(qiáng)風(fēng)化巖粉的增加均有所降低，但整體變化不大。

圖2 各組砂漿拌合物流動性試驗結(jié)果

圖3 各試件抗折強(qiáng)度

圖4 各試件抗壓強(qiáng)度

同時，各試件在同齡期的抗壓強(qiáng)度也隨著砂中強(qiáng)風(fēng)化巖粉的增加而降低，其中，各試件3 d 和7 d的抗壓強(qiáng)度變化較勻，但當(dāng)砂中強(qiáng)風(fēng)化巖粉含量大于6.72%時，砂漿的28 d 抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)了陡降的現(xiàn)象。另外，抗壓強(qiáng)度的降幅較大，與1#樣品相比，其他樣品的3、7、28 d 抗壓強(qiáng)度最大降幅分別達(dá)到4.6、7.9、10.5 MPa。

1.3.4 砂漿抗凍性試驗結(jié)果

本試驗設(shè)置200 次凍融循環(huán)，試驗期間，當(dāng)試件質(zhì)量損失率達(dá)到5%時或相對動彈模量下降至初始值的60%時，認(rèn)為該組試件已達(dá)破壞[2]，砂漿抗凍試驗結(jié)果如圖5、6 所示。

從圖5、6 中可以看出，僅1#、2#、3#樣品在經(jīng)過200 次凍融循環(huán)后未破壞，但3 組樣品的質(zhì)量損失率也在逐漸變大，同樣，相對動彈模量也越來越低；4#、5#、6#樣品分別在經(jīng)過175、125、125 次循環(huán)后破壞，此外，砂中強(qiáng)風(fēng)化巖粉含量超過4.48%時，試件的質(zhì)量損失曲線的斜率逐漸變大，試件的質(zhì)量損失越來越大，說明在200 次凍融循環(huán)下，含少量強(qiáng)風(fēng)化巖粉的人工砂（小于4.48%）制作的砂漿在不摻引氣劑的情況下，抗凍性仍能滿足要求，若再增大砂中強(qiáng)風(fēng)化巖粉的含量，砂漿抗凍性將越來越差。

圖5 各試件質(zhì)量損失率

圖6 各試件相對動彈模量

2 結(jié)論與展望

（1）驗證了本工程骨料加工場料區(qū)夾層中的強(qiáng)風(fēng)化巖粉具有較強(qiáng)的吸附性，人工砂MB 值較高的現(xiàn)象是由于人工砂在加工過程中未分離的強(qiáng)風(fēng)化巖粉所致。

（2）強(qiáng)風(fēng)化巖粉會降低砂漿流動性，其在砂中的含量超過6.72%時，砂漿的流動性會明顯降低。

（3）強(qiáng)風(fēng)化巖粉對砂漿抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均有不利影響，尤其對抗壓強(qiáng)度的影響更明顯，當(dāng)其在砂中含量大于6.72%時，砂漿28 d 抗壓強(qiáng)度將大幅下降。

（4）強(qiáng)風(fēng)化巖粉對砂漿的抗凍性有不利影響，在不摻引氣劑的情況下，當(dāng)其在人工砂中的含量超過4.48%，砂漿的抗凍性將越來越差。

（5）本文僅開展了強(qiáng)風(fēng)化巖粉對砂漿性能影響的宏觀試驗，其微觀分析、作用機(jī)理和對混凝土影響的研究有待開展，尤其是混凝土性能受其影響的研究更具工程實用價值。