卵砂摻量對(duì)全機(jī)砂混凝土性能的影響研究

雷萬(wàn)康

（九江市粵鑫混凝土有限公司，江西 九江 332005）

0 前言

當(dāng)前基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)對(duì)混凝土需求居高不下，加上國(guó)家對(duì)河砂開采活動(dòng)的嚴(yán)格管控，使得天然砂石資源供應(yīng)短缺，價(jià)格攀升。山砂和卵砂等機(jī)制砂作為天然砂的替代集料，在混凝土生產(chǎn)中得到應(yīng)用，加大機(jī)制砂比例或利用全機(jī)砂生產(chǎn)混凝土將成為未來(lái)混凝土行業(yè)的基本趨勢(shì)[1]。卵砂和機(jī)砂來(lái)源不同，自身性質(zhì)也有所差異，山砂通常棱角分明，含有較多石粉，石粉含量及性質(zhì)對(duì)山砂品質(zhì)影響較大；卵砂由卵石制得，75μm 以下顆粒較少，相對(duì)保水性較差[2]，一般與細(xì)砂和山砂混合使用。研究機(jī)制砂混凝土，需要把握機(jī)制砂的使用特性，包括卵砂和山砂搭配使用對(duì)混凝土性能帶來(lái)的影響。本文根據(jù)生產(chǎn)情況，按照設(shè)定比例對(duì)卵砂和山砂進(jìn)行混合，研究混合機(jī)砂參數(shù)性質(zhì)以及對(duì)混凝土性能的影響，以供生產(chǎn)參考。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

（1）膠凝材料

海螺水泥 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，水泥的性能指標(biāo)見(jiàn)表 1。粉煤灰為Ⅱ級(jí)灰，需水比 99%，燒失量3.0%；礦粉 S95，比表面積 405m2/kg。

表1 水泥的性能指標(biāo)

（2）集料

山砂細(xì)度模數(shù) 3.1，石粉含量 13%，MB 值 2.5。卵砂細(xì)度模數(shù) 2.4，含泥量 0.5%。試驗(yàn)用石子為小石（5～10mm）和大石（10～25mm）石子按照 1：3 比例混合而成。

（3）外加劑為聚羧酸減水劑，含固量 12%，廠家推薦摻量為 1.5%～3.0%。

1.2 試驗(yàn)方法

（1）細(xì)度模數(shù)測(cè)試參照 GB/T 14684—2011《建筑用砂》。

（2）MB 值測(cè)試參照 JGJ 52—2012《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行機(jī)制砂亞甲基藍(lán)吸附測(cè)試。

（3）混凝土工作性能試驗(yàn)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。

（4）混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)按照 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(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。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 卵機(jī)砂比例對(duì)混合機(jī)砂細(xì)度模數(shù)的影響

砂漿和骨料之間的填充效果直接影響混凝土工作性能和硬化后的混凝土密實(shí)度和勻質(zhì)性，卵砂和山砂混合使用，要確定摻加比例，需要對(duì)混合后砂的級(jí)配情況進(jìn)行研究。按照設(shè)定摻量，將卵砂和山砂進(jìn)行充分混合，測(cè)試混合砂的細(xì)度模數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表 2、圖 1。

表2 不同摻量卵機(jī)砂的混合砂細(xì)度模數(shù)結(jié)果

圖1 卵砂摻量對(duì)混合砂細(xì)度模數(shù)的影響

細(xì)度模數(shù)反映了機(jī)制砂的顆粒級(jí)配情況。卵砂75μm 以下細(xì)顆粒較少，而山砂石粉較多，顆粒棱角分明[3]。由于卵砂細(xì)度模數(shù)低，卵砂的加入改變了混合砂的顆粒級(jí)配，使混合砂整體 0.3～2.36mm 顆粒增多，細(xì)度模數(shù)下降。

2.2 卵砂摻量對(duì)混合機(jī)砂 MB 值的影響

機(jī)砂 MB 值反映了機(jī)砂中細(xì)粉的吸附特性，混凝土在摻外加劑時(shí)，機(jī)砂 MB 值高低直接影響外加劑的摻量和混凝土保坍性能[4]。對(duì)卵砂混合山砂后的機(jī)砂 MB 進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表 3 和圖 2。

表3 不同摻量卵機(jī)砂的混合砂 MB 值

圖2 卵砂摻量對(duì)混合砂 MB 值的影響

表3 和圖 2 結(jié)果顯示，卵砂的加入對(duì)混合砂的 MB值起到一定調(diào)節(jié)作用，卵砂摻量越大，混合砂的 MB 值越小，這說(shuō)明卵砂的復(fù)配可以降低混合砂對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附強(qiáng)度，進(jìn)而可能減弱對(duì)外加劑的負(fù)面作用。

2.3 卵砂比例對(duì)混合砂混凝土性能的影響

選擇合理的卵砂和山砂復(fù)合比例對(duì)混凝土和易性的好壞及硬化后混凝土力學(xué)性能的發(fā)揮極為重要。為了選擇合理的卵砂摻量，采用混合砂細(xì)度模數(shù)作為研究對(duì)象，考察混凝土工作性能和力學(xué)強(qiáng)度。采用的 C30 混凝土配合比見(jiàn)表 4。

表4 C30 基準(zhǔn)配合比 kg/m3

以 C30 混凝土為例，測(cè)試了卵機(jī)砂摻量對(duì)混合砂混凝土工作性能和強(qiáng)度的影響，見(jiàn)表 5。

卵砂摻量增加，混凝土坍落度和擴(kuò)展度先增加后降低，抗壓強(qiáng)度也呈現(xiàn)出相似的趨勢(shì)，當(dāng)卵砂摻量為 30%時(shí)，混合砂細(xì)度模數(shù)為 2.8，混凝土和易性和力學(xué)性能最佳，說(shuō)明此時(shí)卵砂和山砂搭配合理，能夠保證混凝土級(jí)配和性能的發(fā)揮。

相對(duì)山砂，卵砂良好的顆粒形貌能夠促進(jìn)混凝土拌合物的流動(dòng)性，但卵砂保水性相對(duì)較差。合適的卵砂比例既能豐富漿體體積，形成對(duì)骨料有效的包裹和填充，同時(shí)也具有良好的粘聚性和流動(dòng)性，使得混凝土勻質(zhì)性增加，硬化后的混凝土強(qiáng)度發(fā)展良好。

表5 混合砂 C30 混凝土工作性能和力學(xué)性能

2.4 砂率對(duì)混凝土工作性能的影響

參考上述試驗(yàn)結(jié)果，按照卵砂和山砂比例 3：7，混合砂的細(xì)度模數(shù)為 2.8，所得的混凝土配合比見(jiàn)表 6。

表6 調(diào)整砂率后的混凝土配合比 kg/m3

采用表 6 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(jiàn)表 7。

表7 砂率對(duì)混凝土工作性能的影響

砂率增加，混合砂拌制的混凝土坍落度先增加后降低，當(dāng)砂率為 46% 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。砂率不足時(shí)，混凝土漿體量不足，對(duì)集料的包括不足，粘聚性下降，易出現(xiàn)露石、泌水等問(wèn)題; 砂率較大時(shí)混凝土需水量大，影響混凝土流動(dòng)性。維持合理的砂率范圍能夠改善混凝土填充效果，拌合物流動(dòng)性和和易性得到有效發(fā)揮。

2.5 砂率對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響

力學(xué)性能是混凝土結(jié)構(gòu)服役的重要指標(biāo)，混凝土良好的力學(xué)性能能夠有效抵御自然災(zāi)害和外界侵蝕，提高工程服役壽命?；炷辽奥誓軌蛴绊懟炷羷蛸|(zhì)性和空隙率，對(duì)混凝土力學(xué)性能也會(huì)造成影響。采用表 6 所示混凝土配合比，測(cè)試砂率改變對(duì)混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度的影響，結(jié)果見(jiàn)表 8、圖 3。

表8 砂率對(duì)混合砂混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

圖3 砂率對(duì)混凝土不同齡期強(qiáng)度的影響

表8 和圖 3 結(jié)果顯示，砂率從 42% 增加至 50%，混凝土 3d、7d 和 28d 抗壓強(qiáng)度先增加后降低，當(dāng)全機(jī)砂混凝土砂率在 46% 時(shí)，混凝土各齡期強(qiáng)度最高，此后砂率增加，混凝土強(qiáng)度有所下降。

混凝土強(qiáng)度的發(fā)揮，需要集料的有效支撐，同時(shí)合理的砂率能夠有效填充骨料之間的縫隙，使得混凝土整體密實(shí)度提高，進(jìn)而改善混凝土工作性能和硬化后的混凝土強(qiáng)度發(fā)展[5]。全機(jī)砂較低的 MB 值和粉體顆粒對(duì)于混凝土工作性能較為重要，當(dāng)混合砂率在 46% 時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)砂性能指標(biāo)的優(yōu)化，提高混凝土的拌和效果。

3 結(jié)論

（1）卵砂的加入使得混合砂細(xì)度模數(shù)有所調(diào)整，卵砂摻量增加，混合砂細(xì)度模數(shù)下降。卵砂摻量增加，山砂的細(xì)粉得到稀釋，MB 值下降，但卵砂摻量增加，所含有的泥粉也會(huì)對(duì)混合砂吸附性能產(chǎn)生一定影響。

（2）適量卵砂能夠改善混合砂混凝土初始坍落度和擴(kuò)展度，經(jīng)時(shí)坍落度損失減小，硬化后的混凝土強(qiáng)度也得以提高。

（3）砂率從 42% 增加至 50%，混凝土工作性能和3d、7d 和 28d 抗壓強(qiáng)度都呈現(xiàn)先增加后降低趨勢(shì)，當(dāng)全機(jī)砂混凝土砂率在 46% 時(shí)，混凝土空隙率最低，混凝土勻質(zhì)性提高，工作性能得到改善，混凝土各齡期強(qiáng)度增加，此后砂率增加，混凝土工作性能和強(qiáng)度都有所損失。