機(jī)制砂在C35水下自密實(shí)混凝土中的應(yīng)用研究

吳震業(yè)

周寧縣南洋建材有限公司（355404）

0 引言

混凝土是土木工程的主要原材料，而細(xì)集料砂子是配制普通混凝土不可或缺的材料。河砂資源經(jīng)過長(zhǎng)期的開采、使用，目前已經(jīng)枯竭；使用機(jī)制砂配制混凝土是可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。根據(jù)河砂、機(jī)制砂及摻合料的不同特性，對(duì)用于澆筑水下樁的C35自密實(shí)混凝土的配合比設(shè)計(jì)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

C35水下自密實(shí)混凝土拌合物的自密實(shí)性能要求為:坍落擴(kuò)展度SF1為550～655 mm、擴(kuò)展時(shí)間T500≥2 S、間隙通過性為 25 mm＜PA1≤50 mm。

1 試驗(yàn)原材料

水泥使用福建南平金牛水泥股份有限公司生產(chǎn)的P.O42.5R普通硅酸鹽水泥，其主要物理性能指標(biāo):標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為25.6%；比表面積為356 kg/m2；初凝時(shí)間為 185 min，終凝時(shí)間為 255 min；3 d抗壓強(qiáng)度為 26.7 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度為 48.3 Mpa。

粉煤灰使用福建大唐同舟益材環(huán)?？萍加邢薰緦幍路止旧a(chǎn)的F類、二級(jí)灰，其主要物理性能指標(biāo):細(xì)度為23.5%；表觀密度為2 600 kg/m3；需水量比為98%；燒失量為5.5%；28 d活性指數(shù)為85%。

粒化高爐礦渣粉使用福建羅源閩光鋼鐵有限責(zé)任公司生產(chǎn)的S95級(jí)礦粉，其主要物理性能指標(biāo):比表面積為432 kg/m2；表觀密度為2 880 kg/m3；流動(dòng)度比為103%；7 d活性指數(shù)為78%，28 d活性指數(shù)為103%。

河砂使用福安市順利砂廠生產(chǎn)的Ⅱ區(qū)中砂，其主要物理性能指標(biāo):細(xì)度模數(shù)為2.7；含泥量為2.1%，泥塊含量為0%；表觀密度為2 630 kg/m3，堆積密度為1 500 kg/m3。

機(jī)制砂使用周寧縣西坑砂石廠生產(chǎn)的Ⅱ區(qū)中砂，其主要物理性能指標(biāo):細(xì)度模數(shù)為2.8；石粉含量為5.2%；泥塊含量為0%；總壓碎指標(biāo)為19.8%；表觀密度為2 630 kg/m3，堆積密度為1 710 kg/m3。

碎石使用周寧縣西坑砂石廠生產(chǎn)的5～20 mm連續(xù)級(jí)配碎石（花崗巖），其主要物理性能指標(biāo)：壓碎指標(biāo)為8.3%；含泥量為0.5%，泥塊含量為0%；針片狀含量為0%；表觀密度為2 630 kg/m3，堆積密度為1 490 kg/m3。

外加劑使用江山豪盛建材有限公司生產(chǎn)的高性能減水劑，其中的主要物理性能指標(biāo):減水率為27%；泌水率比為52%；含固量為14.2%；凝結(jié)時(shí)間差為+125 min；28 d抗壓強(qiáng)度比為142%。

2 配合比試驗(yàn)

配合比設(shè)計(jì)依據(jù)JGJ/T 183—2012《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》第5條的規(guī)范要求，采用絕對(duì)體積法，強(qiáng)度等級(jí)為C35。

2.1 混凝土拌合物性能與測(cè)試

將計(jì)算及試配所得的配合比折算成25 L進(jìn)行試拌，干料攪拌60 s，然后在第2個(gè)60 s過程中加入由水和外加劑混合而成的液體，再繼續(xù)攪拌60 s，攪拌均勻后參照GB/T 50080—2012《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行坍落度、擴(kuò)展度、擴(kuò)展時(shí)間T500、間隙通過性等性能指標(biāo)測(cè)試。

2.2 混凝土物理力學(xué)性能測(cè)試

將拌合物性能試驗(yàn)完成后的混凝土再人工攪拌1 min,依據(jù)GB/T 50081—2019《普通混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》將其制作成兩組標(biāo)準(zhǔn)尺寸為150 mm×150 mm×150 mm的試塊。將試塊在室溫為20±5℃、相對(duì)濕試≥50%的試配室中靜置24 h后拆模，然后再放置到溫度為20±2℃、相對(duì)濕度≥95%的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)至7 d、28 d齡期進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 河砂基準(zhǔn)配合比試驗(yàn)

按照計(jì)算配合比，在水膠比不變，調(diào)整膠凝材料用量、外加劑摻量、砂的體積分?jǐn)?shù)等參數(shù)的條件下進(jìn)行試拌，當(dāng)混凝土拌合物的性能符合坍落擴(kuò)展度 SF1為 550～655 mm、擴(kuò)展時(shí)間 T500≥2S、間隙通過性為25 mm＜PA1≤50 mm時(shí)，得出水、水泥、粉煤灰、礦粉、河砂、碎石、高性能減水劑用量分別為186 kg/m3、346 kg/m3、43 kg/m3、43 kg/m3、752 kg/m3、921 kg/m3、7.78 kg/m3。

表1 機(jī)制砂與河沙配合比試驗(yàn)參數(shù)

表2 機(jī)制砂配合比與抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)參數(shù)

3.2 河砂基準(zhǔn)配合比抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

在基準(zhǔn)配合比的基礎(chǔ)上，水膠比分別增加和減少0.02，砂的體積分?jǐn)?shù)分別增加和減少1%，攪拌均勻后制作一組標(biāo)準(zhǔn)試件，進(jìn)行28 d齡期抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，最后根據(jù)拌合物性能、試驗(yàn)強(qiáng)度與水膠比線性關(guān)系圖推導(dǎo)出水、水泥、粉煤灰、礦粉、河砂、碎石、高性能減水劑的量分別為186 kg/m3、346 kg/m3、43 kg/m3、43 kg/m3、752 kg/m3、921 kg/m3、8.21 kg/m3。

3.3 機(jī)制砂配合比試驗(yàn)與參數(shù)調(diào)整

使用機(jī)制砂配制混凝土，在水膠比（0.43）不變的情況下，提高砂的體積分?jǐn)?shù)，摻合料的摻量SP1為 10%、SP2為15%、SP3為20%、SP4為25%，然后分別測(cè)每盤混凝土的擴(kuò)展度、擴(kuò)展時(shí)間、間隙通過性等指標(biāo)，見表1。

1）機(jī)制砂與河砂配合比一致的情況下，混凝土拌合物的坍落度、擴(kuò)展度、間隙通過性等指標(biāo)不符合自密實(shí)混凝土的要求，出現(xiàn)泌水、粘聚性差、包裹性不好等情況。

2）與河砂相比，機(jī)制砂顆粒棱角多、表面粗糙，因此要相對(duì)提高砂率才可以改善和易性。

3）將粉煤灰、?；郀t礦渣粉的摻量均提高到15%、細(xì)集料體積分?jǐn)?shù)增加1%時(shí)拌合物性能有較為明顯的改善，因此可以判斷出粉煤灰、礦粉等優(yōu)質(zhì)摻合料對(duì)改善混凝土拌合物性能（流動(dòng)性、粘聚性、包裹性、保水性）有好處。

4）將粉煤灰、?；郀t礦渣粉的摻量均提高至20%、細(xì)集料體積分?jǐn)?shù)增加2%時(shí)混凝土拌合物性能指標(biāo)符合自密實(shí)混凝土技術(shù)要求。

3.4 機(jī)制砂配合比抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)及分析

將每盤混凝土攪拌均勻并測(cè)試拌合物性能后，各制作兩組立方體試件 （150 mm×150 mm×150 mm）。制作試件時(shí)無(wú)需插搗，將混凝土用鐵揪一次裝滿試模，直接用抹刀抹平試件表面。將試件在試配室中靜置24 h后拆模入庫(kù)，然后在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期并進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)。

由表2可以看出，當(dāng)粉煤灰、礦粉的摻量各為10%時(shí)，混凝土7 d抗壓強(qiáng)度最高；隨著摻量按5%遞增，混凝土的7 d抗壓強(qiáng)度遞減；28 d強(qiáng)度則相反，隨著摻合料摻量的遞增而遞增；當(dāng)摻量達(dá)到各25%時(shí)，28 d抗壓強(qiáng)度反而有所下降，說明各20%的摻量為最合理的摻量。

4 結(jié)論

1）使用機(jī)制砂配制C35水下自密實(shí)混凝土?xí)r，首先應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)的顆粒級(jí)配合理的Ⅱ區(qū)中砂。因機(jī)制砂顆粒棱角多、表面比河砂粗糙，所以在細(xì)度模數(shù)與河砂一致的情況下，其體積分?jǐn)?shù)要提高1%～2%才能改善混凝土的和易性。

2）優(yōu)質(zhì)的粉煤灰可以改善混凝土的和易性，還有一定的減水效果，能提高混凝土的流動(dòng)性；優(yōu)質(zhì)的粒化高爐礦渣粉也有一定的減水效果，能提高混凝土的流動(dòng)性。因此，配制機(jī)制砂自密實(shí)混凝土?xí)r應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)的摻合料，粉煤灰宜為F類Ⅱ級(jí)以上，礦粉宜為S95級(jí)以上。將粉煤灰、礦粉的摻量提高至各20%最為合理，再提高摻量對(duì)提高流動(dòng)性的作用就不明顯了，而且當(dāng)摻量提高至各25%時(shí)，28 d抗壓強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)。

3）粉煤灰、礦粉使自密實(shí)混凝土的7 d抗壓強(qiáng)度下降約7%左右，但28 d抗壓強(qiáng)度隨著摻量的提高而提高；在摻合料摻量合理的情況下，抗壓強(qiáng)度可增長(zhǎng)至90 d齡期。