超細(xì)粉砂在預(yù)拌混凝土中的應(yīng)用

尹正剛，劉洪剛，王自強(qiáng)

（1.重慶市城投混凝土有限公司,重慶 400042；2.重慶市建筑科學(xué)研究院，重慶 400020）

1 前言

砂的粗細(xì)程度按照砂的細(xì)度模數(shù)μf分為粗、中、細(xì)、特細(xì)四級(jí)，其中特細(xì)砂μf＝1.5～0.7[1]； μf<0.7的砂，我們通稱為粉砂。重慶地區(qū)受到地理位置的影響，普通建筑工程一般使用特細(xì)砂或由特細(xì)砂與機(jī)制砂混合的混合砂配制混凝土。近年來(lái)，由于三峽大壩的建設(shè)，長(zhǎng)江、嘉陵江上游兩岸的水土流失的治理，以及重慶及長(zhǎng)江上游地區(qū)建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展，使得原本不富裕的天然砂資源日愈枯竭，尤其在久旱之后，更難找到細(xì)度模數(shù)μf≥0.7 的河砂；而重慶地區(qū)人工機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)一般為3.2～3.8，且級(jí)配極不合理，若在預(yù)拌混凝土中全部使用機(jī)制砂做為細(xì)骨料，混凝土的工作性能極差，而且生產(chǎn)成本偏高，因此利用細(xì)度模數(shù)0.5、0.6粉砂與機(jī)制砂混合生產(chǎn)預(yù)拌混凝土已變得較為廣泛。我國(guó)已有學(xué)者成功地用粉砂配制出塌落度≥200mm , 擴(kuò)展度≥600 mm, 28 d 抗壓強(qiáng)度≥100 M Pa 的粉砂高性能混凝土[2]，然而，使用超細(xì)粉砂（細(xì)度模數(shù)0.2～0.3，0.075mm以下部分>20%）配制預(yù)拌混凝土，還沒有相關(guān)的資料，筆者曾使用細(xì)度模數(shù)0.2的超細(xì)粉砂與人工機(jī)制砂混合，試驗(yàn)配制預(yù)拌混凝土，并成功應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)上，現(xiàn)將有關(guān)的試驗(yàn)及混凝土使用情況介紹如下。

2 細(xì)骨料的混合

粉砂為長(zhǎng)江抽砂，顆粒級(jí)配及技術(shù)指標(biāo)如表1，它的特點(diǎn)是：顆粒平均粒徑小, 比表面積大, 最大的顆粒粒徑為0.3mm；0.075mm篩的通過率高達(dá)21.6%，采用虹吸管法測(cè)定該粉砂的含泥量為8.6%，空隙率大。參照人工砂石粉含量的方法——亞甲藍(lán)法進(jìn)行測(cè)試，MB值為1.2，說明此砂0.075mm以下的部份絕大多數(shù)為細(xì)砂，泥土的含量較少。

圖1 混合砂的級(jí)配分布圖

機(jī)制砂為重慶天堂山的石灰石機(jī)制砂，顆粒級(jí)配見表1，它的特點(diǎn)：顆粒平均粒度偏粗，接近粗砂的上限值，含粉量較少，MB值為0.6，0.3mm以下的通過率只有14.0%，若全部使用該機(jī)制砂配制混凝土，混凝土拌合物很硬，工作性能極差，尤其在的強(qiáng)度等級(jí)較低的混凝土中尤為突出。

混凝土的骨料級(jí)配不僅影響到各種骨料所占的比例，還影響著水泥和水的用量，最終影響到混凝土的工作性、泵送性、經(jīng)濟(jì)性、孔隙率、收縮率和耐久性[3]。為了獲得性能優(yōu)良的混凝土，我們對(duì)C20～C50的混凝土進(jìn)行不同粉砂摻量的試驗(yàn)，選用最優(yōu)的混合方案為：C20、C25采用混合砂1，由35%的粉砂與65%的機(jī)制砂混合而成，C30、C35采用混合砂2，由30%的粉砂與70%的機(jī)制砂混合而成，C40～C45采用混合砂3，由25%的粉砂和75%的機(jī)制砂混合而成，C50采用混合砂4，由20%的粉砂和80%的機(jī)制砂混合而成，各種混合砂的級(jí)配分布如圖所示。

3 其它原材料情況

1) 水泥：重慶天助水泥有限公司生產(chǎn)的P·O42.5R，標(biāo)準(zhǔn)稠度26.3%，細(xì)度（0.08mm篩余）0.8%，安定性合格，28d抗壓強(qiáng)度49.6 MPa；

2) 粉煤灰：重慶華能珞璜電廠的Ⅱ級(jí)粉煤灰，細(xì)度（0.45mm篩余）：24.2%，需水量比：98.8%，燒失量：1.62%，三氧化硫含量：0.70%；

3）外加劑：采用氨萘復(fù)配的泵送劑，膠凝材料的1.6%摻入時(shí)，坍落度增加值大于140mm，砂漿減水率20.1%；

4）粗骨料：天堂產(chǎn)5～25mm的碎石, 表觀密度2.69㎏/m3，堆積密度1365㎏/m3。壓碎指標(biāo)為9.3%，含泥量0.35%，針片狀顆粒含量為8.2%。

4 對(duì)比試驗(yàn)

為了了解粉砂的摻入對(duì)混凝土的性能造成的影響，采用對(duì)比試驗(yàn)的方法來(lái)研究，即在C20、C30、C40、C50四個(gè)等級(jí)的混凝土中，分別加入粉砂和特細(xì)砂，混凝土的其它原材料不變，比較其工作性能、力學(xué)性能及耐久性能的變化。試驗(yàn)的配合比詳見表2，混凝土性能對(duì)比情況詳見表3。

表1 細(xì)骨料的顆粒級(jí)配

表2 C20～C50兩種河砂混凝土配合比 單位：kg/m3

表3 兩種河砂對(duì)混凝土性能的影響

表4 ××混凝土有限公司混凝土出廠檢驗(yàn)強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)表

從以上試驗(yàn)表明：摻入超細(xì)粉砂相對(duì)特細(xì)砂的混凝土，在拌合物工作性能、力學(xué)性能、抗?jié)B性能方面都會(huì)造成影響。由于試驗(yàn)配合比是按照超細(xì)粉砂與機(jī)制砂混合的級(jí)配來(lái)設(shè)計(jì)的，在保證較好的工作性能的情況下確定的砂率，當(dāng)河砂細(xì)度變粗，復(fù)合細(xì)度模數(shù)變大，細(xì)骨料的比表面積減少，混凝土需水量及漿體應(yīng)該減少，或應(yīng)當(dāng)增加砂率，達(dá)到比表面積相同，因此，在砂率和用水量都不變的情況下，表現(xiàn)出超細(xì)粉砂的混凝土工作性能較好。同樣，由于超細(xì)粉砂的比表面積相對(duì)于特細(xì)砂大，需要包裹的水泥漿體多，而水泥的用量是一樣的，因此就會(huì)使混凝土的抗壓強(qiáng)度及抗?jié)B性能降低。但由于粉砂的摻入量較少（細(xì)集料的20～35%），因此對(duì)混凝土以上各種性能的影響程度不大，同樣都能滿足混凝土結(jié)構(gòu)的要求。同時(shí)試驗(yàn)也表明，超細(xì)粉砂的摻入，對(duì)較高強(qiáng)度等級(jí)C50混凝土的抗壓強(qiáng)度的降低較大，而對(duì)C40以下等級(jí)的混凝土影響較小，因此，此超細(xì)粉砂，控制使用在C40及以下的強(qiáng)度等級(jí)中，若要用于C45、C50強(qiáng)度等級(jí)的混凝土中，應(yīng)適當(dāng)增加水泥用量。

5 工程應(yīng)用情況

某年，重慶地區(qū)遭遇百年不遇的特大暴雨，長(zhǎng)江上洪水爆發(fā)，很長(zhǎng)一段時(shí)間，根本無(wú)法取到細(xì)度模數(shù)μf≥0.7的河砂，只有少數(shù)的幾艄抽砂船，在河邊能吸到少量的上文所示粉砂，重慶某混凝土公司由于河砂備料不足，在迫不得已的情況下，使用上述粉砂與機(jī)制砂混合，生產(chǎn)C20～C40各種等級(jí)的混凝土1.8萬(wàn)立方，混凝土的和易性好，可泵性好；此批混凝土各等級(jí)混凝土交貨檢測(cè)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，出廠檢驗(yàn)28d強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)如表4。通過嚴(yán)格的施工程序的控制，此批混凝土結(jié)構(gòu)，均達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。一年以后，對(duì)此批的混凝土澆筑的結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行檢查，均未發(fā)現(xiàn)異常情況。

6 問題與討論

首先，為控制混凝土的質(zhì)量，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定凡是公稱粒徑小于80μm的顆粒都稱為 “泥”，并對(duì)不同等級(jí)混凝土用砂石的含泥量做了限定。這些規(guī)定在砂石資源比較惡劣的地區(qū)必然限制了當(dāng)?shù)厣笆Y源的利用，同時(shí)提高了混凝土生產(chǎn)成本。但是由于對(duì)河砂采集工藝的不同，這部分“泥”對(duì)混凝土的影響是不同的，為了確定河砂中泥土的含量，本試驗(yàn)參照人工砂石粉含量的方法進(jìn)行判斷，是否有更簡(jiǎn)單、更準(zhǔn)確的試驗(yàn)方法，對(duì)這部分“泥”中的有害成分進(jìn)行定量的分析?需要做大量的研究工作。

其次，河砂中那部分不屬于泥土的“泥”，是否可以認(rèn)為是一種惰性的礦物摻合料？是否可以參照礦物摻合料的使用方法進(jìn)行運(yùn)用？是否還有更好的混凝土外加劑與其配合使用？還需要大量試驗(yàn)研究。

再次，此次混凝土的應(yīng)用只是在C20～C40強(qiáng)度范圍，而且只是對(duì)混凝土的工作性能、力學(xué)性能及抗?jié)B透性能進(jìn)行了初步的試驗(yàn)，要擴(kuò)大此混凝土的使用面，還需在混凝土的耐久性方面進(jìn)行深入的研究，尤其對(duì)其抗碳化性能、早期抗裂性能等進(jìn)行細(xì)致的研究。

另外，此混凝土，由于細(xì)骨料的組成不同，為確?；炷两Y(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，應(yīng)采取的哪些有效的、科學(xué)的施工方法和手段進(jìn)行控制？還需要一個(gè)長(zhǎng)期的積累過程。

[1]JGJ 52-2006普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S]

[2]王沖，蒲心誠(chéng).粉砂高性能混凝土的研制 [J].重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào) 2001，（2）：77-80

[3]Steven H.Kosmatka等著，錢覺時(shí)等譯.凝土設(shè)計(jì)與控制[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2005.

[4]JGJ/T 10-95混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程[S]

[5]DB50/5030-2004機(jī)制砂、混合砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程[S]

[6]DB50/5028-2004 特細(xì)砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程 [S]