不同細(xì)度模數(shù)的細(xì)集料對混凝土減水劑和減水率的試驗研究

羅玉艷，趙寶生，韓姍姍

（1.云南開放大學(xué)，云南 昆明 650223；2.云南省建筑科學(xué)研究院有限公司，云南 昆明 650223；3.云南大學(xué)，云南 昆明 650500）

0 引言

采用不同粒徑按照比例采用連續(xù)級配拌制混凝土，具有良好的強(qiáng)度和易性基礎(chǔ)，泌水、離析現(xiàn)象也不易發(fā)生。大粒徑砂充當(dāng)骨架作用，小粒徑砂填充空隙，在膠結(jié)材料的共同作用下提高混凝土性能，細(xì)度模數(shù)越大，容易造成混凝土離析泌水現(xiàn)象；反之，容易導(dǎo)致混凝土用水量不易控制強(qiáng)度受影響。有研究表明：細(xì)集料細(xì)度模數(shù)越大其比表面積越小，混凝土保水性會隨之下降［1，2］。也有研究指出細(xì)集料顆粒外觀及紋理對混凝土工作性能也有較大影響［3］。隨著含泥量的增加，水泥膠砂流動度減?。?］。王雷［5］、袁征［6］等人提出的利用水泥凈漿流動度的方法測定減水劑減水率（以下簡稱“凈漿法”）。本文是在滿足砂是連續(xù)級配的情況下，研究了不同細(xì)度模數(shù)的砂對膠砂流動度的影響，進(jìn)一步確定了細(xì)度模數(shù)對減水率的影響規(guī)律。

1 細(xì)集料細(xì)度模數(shù)對減水劑減水率的影響

1.1 細(xì)度模數(shù)的影響

不同細(xì)度模數(shù)的砂對混凝土影響較大，與水結(jié)合狀態(tài)存在明顯差異。隨著砂細(xì)度模數(shù)的增大，顆粒比表面積隨之減小，在其他材料不變的情況，則包裹這些砂所需的水泥漿減少，進(jìn)而膠砂流動度偏大、偏稀。通過適當(dāng)降低用水量，才能夠保證砂漿達(dá)到（180±5）mm基準(zhǔn)流動度。本文采用砂膠比為 3∶1 的情況下，分別采用細(xì)度模數(shù)為 1.9、2.6、3.4 的河砂開展試驗，對于同一種減水劑，減水劑摻量、水泥均相同，水泥 C1 與減水劑W 1～W 7 的不同細(xì)度模數(shù)下水泥減水劑減水率和凈漿流動度損失如表 1 所示。

表1 不同細(xì)度模數(shù)下水泥減水劑減水率和凈漿流動度損失

從表 1 中可以看出，這 7 種減水劑與水泥 C1 拌合后，水泥凈漿均有明顯的飽和點摻量。30 min 水泥凈漿流動度經(jīng)時損失最小為 0，最大是 W4 減水劑為 25 mm，60 min 水泥凈漿流動度經(jīng)時損失最小為 0，最大是 W4 減水劑為 30 mm。這說明，W4 減水劑與水泥 C1 相容性相對于其他幾種減水劑較差。

圖 1 所示為砂的粗細(xì)程度對減水率的影響，從中可以看出，W4 減水劑減水率很低。這是由于表 1 中顯示的 W4 減水劑與 C1 水泥相容性較差所致。這說明，減水劑與水泥相容性對膠砂減水率也有很大影響。

圖1 砂的粗細(xì)程度對減水率的影響

在相同砂膠比（3∶1）條件下，隨著砂的細(xì)度模數(shù)增加，減水率的總趨勢是在增加，只是增加的幅度不同；隨著砂的細(xì)度模數(shù)增加，在膠砂流動度達(dá)到（180±5）mm 時，用水量在不斷減小。

1.2 細(xì)度模數(shù)與砂膠比對減水率的影響

砂與膠凝材料比例（即砂膠比）增大，則用于包裹砂顆粒的膠凝材料趨于減少，砂顆粒表面的水泥漿體厚度會變薄，超過一定限度時，這些漿體不足以隔離開砂顆粒，不能充分發(fā)揮潤滑作用，會導(dǎo)致砂漿流動度降低。梁詠寧等［7］研究了在用水量相同的情況下的膠砂流動度，研究結(jié)果表明：膠砂流動度隨著砂膠比的增加而降低。也有研究表明［8］水泥用量變化時，所測得的減水劑減水率也會發(fā)生顯著變化。這些研究結(jié)果與本試驗得到的結(jié)果是一致的。

從圖 2 中可以看出，當(dāng)河砂細(xì)度模數(shù)為 2.6 時，所測得的減水劑減水率與使用標(biāo)準(zhǔn)砂得到的的減水率接近。當(dāng)河砂細(xì)度模數(shù)小于或大于標(biāo)準(zhǔn)砂細(xì)度模數(shù)時（1.9 和 3.4 時），所測得的減水劑減水率均與標(biāo)準(zhǔn)砂砂漿組不同。鑒于此，本試驗中保持其他原材料不變，針對不同砂的細(xì)度模數(shù)而采用與之匹配的砂膠比，所測得的減水劑減水率與摻 ISO 標(biāo)準(zhǔn)砂的減水率基本一致。

圖2 摻 ISO 標(biāo)準(zhǔn)砂與河砂的減水率對比

圖 3～圖 5 為不同細(xì)度模數(shù)的砂隨著砂膠比的不同，減水率的變化規(guī)律。其中，細(xì)度模數(shù)為 1.9 的河砂，測定了砂膠比為 2.2∶1、2.4∶1、2.6∶1、3.0∶1 時的減水率；細(xì)度模數(shù)為 2.6 的河砂，測定了砂膠比為 2.4∶1、2.6∶1、2.8∶1、3.0∶1 時的減水率；細(xì)度模數(shù)為 3.4 的河砂，測定砂膠比為 3.0∶1、3.2∶1、3.6∶1、3.8∶1 時的減水率。

圖3 細(xì)度模數(shù)為 1.9 時，減水率隨砂膠比的變化規(guī)律

圖4 細(xì)度模數(shù)為 2.6 時，減水率隨砂膠比的變化規(guī)律

圖5 細(xì)度模數(shù)為 3.4 時，減水率隨砂膠比的變化規(guī)律

SH-4、SH-5、SH-6 三種減水劑隨著砂膠比的增加，當(dāng)細(xì)度模數(shù)為 1.9 時，減水率分別減小了 6.0 %、4.6 %、8.2 %；當(dāng)細(xì)度模數(shù)為 2.6 時，減水率分別減小了1.9 %、1.8 %、7.5 %；當(dāng)細(xì)度模數(shù)為 3.4 時，減水率分別減小了 1.9 %、2.0 %、5.9 %。由此可以得出，在同一個細(xì)度模數(shù)下，減水率較高的 SH-6，隨著砂膠比的改變，減水率變化要高于其他兩種減水劑。

當(dāng)細(xì)度模數(shù)分別為 1.9、2.6、3.4 時，隨著砂膠比的增加，SH-4 減水劑減水率分別減小了 6.0 %、1.9 %、1.9 %；SH-5 減水劑減水劑分別減小了 4.6 %、1.8 %、2.0 %；SH-6 減水劑減水率分別減小了 8.2 %、7.5 %、5.9 %。由此可以得出，在同一種減水劑的情況下，細(xì)度模數(shù)為 1.9 時，隨著砂膠比的改變，減水率的變化要高于其他兩種細(xì)度模數(shù)。當(dāng)細(xì)度模數(shù)為 3.4 時，減水率變化最小。

從試驗結(jié)果可以看出，隨著砂膠比的增加，減水劑減水率是有變化的。其總趨勢是減水率隨著砂膠比的增加而減小。

將上述試驗結(jié)果與國標(biāo)膠砂法測定的減水率做對比，可以得出不同細(xì)度模數(shù)的河砂分別對應(yīng)的最佳砂膠比。圖 6 中的折線表示不同細(xì)度模數(shù)的河砂所對應(yīng)的最佳砂膠比。采用這個砂膠比利用河砂測定的減水率，在工程允許的誤差范圍內(nèi)，與國標(biāo)膠砂法測定的減水率基本一致。圖 6 折線可以為估算不同細(xì)度模數(shù)河砂的合理膠砂比提供一定的參考。在使用河砂測定減水率時，僅需測出砂的細(xì)度模數(shù)，就可以得出該細(xì)度模數(shù)的砂需要什么樣的砂膠比，從而快速準(zhǔn)確地測定出減水劑減水率。

圖6 細(xì)度模數(shù)與砂膠比的對應(yīng)關(guān)系

2 不同類型的砂對減水率的影響

2.1 不同種類的砂對減水率的影響

實際工程中常用的砂包括機(jī)制砂、山砂、河砂、混合砂，其中河砂的顆粒形狀大多是圓形或橢圓形，表面比較光潔，機(jī)制砂的顆粒形狀多為棱形，表面粗糙且含粉量較高，混合砂是將河砂、機(jī)制砂、山砂按照一定的比例混合而成。圖 7 為在砂膠比為 3∶1 的情況下，不同種類的砂對減水率的影響。其中，砂的種類有河砂、機(jī)制砂、機(jī)制砂河砂混合砂、機(jī)制砂山砂混合砂。

圖7 砂的種類對減水率的影響

如圖 7 所示，對于不同的減水劑，砂的種類變化會影響減水劑減水率的測定值，但總體影響不大。對于減水劑減水率較大的情況（SH-6），膠砂減水率由小到大依次為：機(jī)制砂（25.9 %）＜機(jī)制砂山砂混合砂（26.2 %）＜機(jī)制砂河砂混合砂（27.5 %）＜河砂（28.1 %）。對于減水劑減水率較小的情況（SH-5），砂的種類變化則對減水率測試值幾乎不影響，平均約為22.5 %。由上可知，當(dāng)減水劑自身減水率較高時，不同砂類型對減水率測試值影響較大，反之則影響較小。

2.2 砂的種類與砂膠比的對應(yīng)關(guān)系

圖 8 為摻 ISO 標(biāo)準(zhǔn)砂與 4 種不同種類的工程砂的減水率對比。從圖中可以看出，采用標(biāo)準(zhǔn)砂的砂漿減水率與其他砂的情況并不相同。這里再次說明，當(dāng)其他原材料保持一致情況下，改變砂膠比可實現(xiàn)與摻加標(biāo)準(zhǔn)砂一樣的效果，所測得的減水率與標(biāo)準(zhǔn)砂的差異在允許誤差范圍內(nèi)。

圖8 摻不同種類的砂的減水率對比

為不同種類的砂隨著砂膠比的改變，減水率的變化規(guī)律。其中，測定了河砂、機(jī)制砂在砂膠比為 2.4、2.6、2.8、3.0 時的減水率，機(jī)制砂山砂混合砂、機(jī)制砂河砂混合砂在砂膠比為 2.6、2.8、3.0 時的減水率，結(jié)果如圖 9～圖 12 所示。

圖9 河砂隨砂膠比的改變減水率的變化規(guī)律

圖10 機(jī)制砂隨膠砂比的改變減水率的變化規(guī)律

圖11 機(jī)制砂山砂混合砂隨膠砂比的改變減水率的變化規(guī)律

圖12 機(jī)制砂河砂混合砂隨膠砂比的改變減水率的變化規(guī)律

如圖 9～圖 12 所示，砂膠比變化會引起所測試的減水劑的減水率的變化?？傮w趨勢是：隨著砂膠比的增大，所測試的減水劑減水率數(shù)值趨于降低。與上述的結(jié)果類似，如果減水劑自身減水率較高，則砂膠比的變化對所測試的減水率數(shù)值影響較大；減水劑自身減水率較低，則砂膠比對減水率數(shù)值的影響并不大。

將上述試驗結(jié)果與國標(biāo)膠砂法測定的減水率相比較，在保證測試得到的減水率一致情況下，可以得到不同類型的砂對應(yīng)的最佳砂膠比，如圖 13 所示，其中河砂、機(jī)制砂、機(jī)制砂河砂混合砂、機(jī)制砂山砂混合砂對應(yīng)的最佳砂膠比分別為 3、2.8、2.8、2.6。

圖13 不同種類的砂對應(yīng)的最佳砂膠比

3 含粉量、含泥量對減水率的影響

3.1 石粉含量對減水率的影響

隨著建設(shè)事業(yè)的不斷發(fā)展，混凝土對砂的需求越來越大，機(jī)制砂得到了廣泛的應(yīng)用，機(jī)制砂是將石屑經(jīng)過簡單的加工篩分而成，粒徑在 75 μm 以下的石屑。有研究表明，石粉部分替代水泥加入到混凝土中，可以提高混凝土的強(qiáng)度，改善混凝土的和易性和致密性，就云南而言，大多數(shù)公路工程所用的機(jī)制砂的石粉含量為 10 %～20 %，這個比例并不低，鑒于此，系統(tǒng)研究機(jī)制砂的石粉含量與減水率的相關(guān)關(guān)系是必要的。

試驗中，采用的砂為機(jī)制砂，砂膠比為 2.2 中測定的機(jī)制砂最佳膠砂比。

從圖 14 可知，對于不同減水率的減水劑，隨著砂中石粉含量的增加，所測得的減水率變化趨勢不盡相同。當(dāng)減水率較大時，石粉含量對減水率的影響不顯著；當(dāng)減水率較小時，隨著石粉含量的增大，減水率逐漸下降。

圖14 含粉量對減水率的影響

3.2 泥粉含量對減水率的影響

由于泥對聚羧酸減水劑的吸附作用強(qiáng)于水泥，因此含泥對聚羧酸減水劑的影響非常敏感。實際工程中如果砂中泥粉含量較高時，可能會導(dǎo)致混凝土初始工作性能變差、工作性能保持性能也急劇降低，還可能危機(jī)混凝土力學(xué)性能和體積穩(wěn)定性。因此，規(guī)范中提出用來檢測減水劑的砂中，含泥量不得超過 1 %，水泥膠砂流動度會隨著含泥量的增加而減小。

試驗中，采用的砂為機(jī)制砂，砂膠比為 2.2 中測定的機(jī)制砂最佳膠砂比。

由圖 15 可知，隨著細(xì)集料含泥量的提高，對于不同的減水劑，所測的減水率均不斷降低。但含泥量在 2.5 % 以下時，這個趨勢較弱，含泥量大于 2.5 % 時，則較為顯著。由此，建議在實際工程中，測試實際用砂對應(yīng)的減水率時，要適當(dāng)控制砂的含泥量不宜超過 2.5 %，以免對所測數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)砂的偏差過大。

圖15 含泥量對減水率的影響

4 結(jié)論

可以采用砂漿來代替混凝土在實際工程施工現(xiàn)場實現(xiàn)快速檢測減水劑的減水率，本文通過研究砂的類型、細(xì)度模數(shù)、石粉含量以及含泥量對砂漿法測得的減水劑的減水率變化，可得到如下結(jié)論。

1）減水率隨著砂的細(xì)度模數(shù)的增加而增加。當(dāng)采用細(xì)度模數(shù)為 2.6 的河砂測定減水率時，其結(jié)果與采用 ISO 標(biāo)準(zhǔn)砂測定的減水率基本一致。

2）砂的類型與對所測的減水率數(shù)值有影響，但影響并不大。

3）隨著砂膠比的增加，減水率變化的總趨勢是減小。減水劑自身減水率較大時，減水率變化較明顯，減水劑自身減水率較小時，減水率變化較平緩。

4）砂的關(guān)鍵性能參數(shù)指標(biāo)石粉含量和含泥量會影響減水率的測試值，這兩個指標(biāo)數(shù)值越大，減水率越低。相比較而言，含泥量對減水率數(shù)值的影響更大一些。Q