巖性對(duì)機(jī)制砂性能及其膠砂性能的影響研究

林 巖

中鐵二十四局集團(tuán)福州鐵建工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，福建 福州 350000

1 前言

細(xì)骨料是混凝土重要組成材料，細(xì)骨料的物理及力學(xué)性能極大的影響著鐵路工程高性能混凝土的拌合物性能、力學(xué)性能、耐久性能。若用于鐵路高性能混凝土，應(yīng)選用級(jí)配合理、質(zhì)地堅(jiān)固、吸水率低和空隙率小的潔凈天然河砂［2］或母材檢驗(yàn)合格、經(jīng)專門機(jī)組生產(chǎn)的機(jī)制砂。

隨著福平、福廈、衢寧及興泉等鐵路項(xiàng)目陸續(xù)開(kāi)建，福建地區(qū)河砂資源異常緊缺，開(kāi)采限制越發(fā)嚴(yán)格，同時(shí)福建地區(qū)多山區(qū)，交通不便利，鐵路項(xiàng)目建設(shè)材料運(yùn)輸困難，因此使用就地就近取材的機(jī)制砂代替天然河砂勢(shì)必成為鐵路工程建設(shè)的一種趨勢(shì)。機(jī)制砂相對(duì)河沙而言具有棱角，外形不規(guī)則，表面粗糙等特點(diǎn)。又由于采用母巖巖性的不同，例如花崗巖其主要成分是石英及長(zhǎng)石，硬度較高，而凝灰?guī)r有粗糙感，硬度略低等對(duì)混凝土及水泥膠砂性能也有不同的影響。為此本文以福州長(zhǎng)樂(lè)市松下鎮(zhèn)大祉村生產(chǎn)的熔結(jié)凝灰?guī)r機(jī)制砂和寧德市周寧西坑生產(chǎn)的中粒花崗巖機(jī)制砂為研究對(duì)象，分析其礦物組成、在相同級(jí)配和粒形的條件下機(jī)制砂特性及對(duì)水泥膠砂性能的影響。

2 試驗(yàn)內(nèi)容

2.1 原材料

2.1.1 水泥

試驗(yàn)用水泥為福建水泥股份有限公司（建福牌）產(chǎn)的P·0 42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥，其主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1 和表2。

表1 水泥物理性能指標(biāo)

表2 水泥化學(xué)性能指標(biāo)

2.1.2 機(jī)制砂

（1）本試驗(yàn)采用熔結(jié)凝灰?guī)r機(jī)制砂和中?；◢弾r機(jī)制砂，其母巖巖性主要礦物成分見(jiàn)表3：

表3 兩種機(jī)制砂礦物組成

（2）兩種巖性的機(jī)制砂利用國(guó)家新標(biāo)準(zhǔn)方孔砂石篩按表4 級(jí)配進(jìn)行篩分和配制，配制后根據(jù)GB 14684-2011《建設(shè)用砂》［4］中第7.13.2 條及7.5.3 條的方法分別測(cè)試其壓碎值和MB 值，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5

表4 機(jī)制砂級(jí)配

表5 配制后機(jī)制砂的性能指標(biāo)

2.1.3 聚羧酸高性能減水劑：試驗(yàn)使用廈門宏發(fā)先科新型建材有限公司出產(chǎn)的HPCA-600 型聚羧酸高性能減水劑（緩凝型），其主要性能指標(biāo)見(jiàn)表6。

表6 外加劑性能指標(biāo)

2.1.4 粉煤灰：試驗(yàn)采用福建省漳州中達(dá)集團(tuán)有限公司（漳州后石電廠）生產(chǎn)的F 類Ⅱ級(jí)粉煤灰，其主要性能指標(biāo)見(jiàn)表7。

表7 粉煤灰性能指標(biāo)

2.1.5 試驗(yàn)用水：飲用水。

2.1.6 設(shè)定基準(zhǔn)膠砂配合比用砂：標(biāo)準(zhǔn)砂。

2.2 配置機(jī)制砂膠砂配合比：根據(jù)GB/T 18736-2017《高強(qiáng)高性能混凝土用礦物外加劑》［5］及 GB/T 2419-2005《水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定方法》［6］，測(cè)定不同巖性的機(jī)制砂的膠砂性能，通過(guò)調(diào)整減水劑用量，保證膠砂流動(dòng)度達(dá)到設(shè)定的基準(zhǔn)膠砂配合比（見(jiàn)表8）下的流動(dòng)度（255±5）mm 范圍。機(jī)制砂膠砂配合比見(jiàn)表9。

表8 基準(zhǔn)膠砂配合比及其流動(dòng)度

表9 膠砂配合比 單位：g

2.3 主要儀器設(shè)備：水泥膠砂攪拌機(jī)（JJ-5 型）、水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定儀（NLD-3 型）、水泥膠砂振實(shí)臺(tái)（ZS-15 型）、水泥混凝土恒溫恒濕標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱（HBY-40A 型）及微機(jī)控制壓力試驗(yàn)機(jī)（WHY-10/300 型）等。

3 結(jié)果與分析

3.1 凝灰?guī)r機(jī)制砂和花崗巖機(jī)制砂對(duì)水泥膠砂流動(dòng)度的影響

（1）凝灰?guī)r機(jī)制砂和花崗巖機(jī)制砂根據(jù)GB 14684-2011《建設(shè)用砂》［4］中7.19 條分別進(jìn)行飽和面干吸水率測(cè)定。試驗(yàn)結(jié)果：中?；◢弾r機(jī)制砂的吸水率大于熔結(jié)凝灰?guī)r機(jī)制砂的吸水率，見(jiàn)表10。

表10 吸水率

（2）兩種巖性的機(jī)制砂對(duì)聚羧酸高性能減水劑的適應(yīng)性差別較大，糾其原因應(yīng)是花崗巖機(jī)制砂中的MB 值更大，石粉對(duì)減水劑的吸附作用更為明顯，并且比表面積也更大。

（3）綜合3.1.1 及3.1.2 所述，花崗巖機(jī)制砂較凝灰?guī)r機(jī)制砂需摻入更多的減水劑才能達(dá)到規(guī)定的膠砂流動(dòng)度，見(jiàn)圖1。

圖1 凝灰?guī)r及花崗巖機(jī)制砂膠砂減水劑摻量

3.2 凝灰?guī)r機(jī)制砂和花崗巖機(jī)制砂的堿-硅酸反應(yīng)活性

根據(jù)TB/T 3275-2018 《鐵路混凝土》［7］中附錄B 快速砂漿棒法進(jìn)行骨料堿-硅酸反應(yīng)活性的測(cè)定，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表11：

表11 兩種機(jī)制砂快速砂漿膨脹率

從堿-硅酸反應(yīng)活性試驗(yàn)結(jié)果分析，凝灰?guī)r機(jī)制砂堿-硅酸反應(yīng)高于花崗巖機(jī)制砂，并且14d 砂漿膨脹率超過(guò)了0.10%。

3.3 凝灰?guī)r機(jī)制砂和花崗巖機(jī)制砂對(duì)水泥膠砂強(qiáng)度的影響

依據(jù)GB/T 17671-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》［8］，利用本文1.2 條兩種機(jī)制砂配置的膠砂配合比，分別做膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)。從強(qiáng)度結(jié)果分析，花崗巖機(jī)制砂7d 和28d 抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度略高于凝灰?guī)r，但差距并不大，見(jiàn)表12、圖2、圖3。

表12 凝灰?guī)r及花崗巖機(jī)制砂膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

圖2 凝灰?guī)r及花崗巖機(jī)制砂膠砂7 天、28 天抗折強(qiáng)度

圖3 凝灰?guī)r及花崗巖機(jī)制砂膠砂7 天、28 天抗壓強(qiáng)度

4 結(jié)論

（1）凝灰?guī)r機(jī)制砂MB 值比花崗巖小，對(duì)減水劑的適應(yīng)性更好，有益于提升膠砂的和易性能（流動(dòng)度）。

（2）雖然凝灰?guī)r和花崗巖機(jī)制砂對(duì)減水劑的適應(yīng)性有較大的差異，但對(duì)于膠砂強(qiáng)度的影響很小，這與機(jī)制砂的巖石成分、結(jié)構(gòu)組成等因素有關(guān)。

（3）凝灰?guī)r因含微晶石英，經(jīng)骨料堿活性檢測(cè)方法（快速砂漿棒法）測(cè)定，具有潛在堿-硅酸鹽反應(yīng)危害，在使用過(guò)程中需控制混凝土中的總堿含量，盡量使用低堿水泥。

（4）機(jī)制砂中的MB 值與其石粉中的黏土質(zhì)含量相關(guān)，MB 值越大，黏土質(zhì)含量越多，對(duì)減水劑的吸附性越強(qiáng)［3］，因此花崗巖機(jī)制砂較凝灰?guī)r機(jī)制砂對(duì)減水劑的吸附能力更強(qiáng)，在實(shí)際使用過(guò)程中應(yīng)控制石粉含量或提高減水劑的用量。

（5）本文雖只驗(yàn)證了不同巖性的機(jī)制砂對(duì)膠砂性能的影響，但對(duì)機(jī)制砂用于混凝土有一定的參考意義。