特細(xì)砂泵送混凝土的制備研究

李雪，徐新，邵美翠，馬濤

（徐州中聯(lián)混凝土有限公司，江蘇 徐州 22100）

特細(xì)砂泵送混凝土的制備研究

李雪，徐新，邵美翠，馬濤

（徐州中聯(lián)混凝土有限公司，江蘇 徐州 22100）

本文從碎石粒徑區(qū)間、米石摻量和引氣劑用量三個方面研究了特細(xì)砂泵送混凝土的工作性能及力學(xué)性能影響因素，結(jié)果表明，降低碎石最大粒徑、適量摻入米石及適度引氣使特細(xì)砂混凝土的工作性能和力學(xué)性能均有所提升。

特細(xì)砂；泵送；混凝土

0 前言

特細(xì)砂，俗稱面砂，其細(xì)度模數(shù)在 0.7～1.5 之間，由于其平均粒度低、比表面積大，應(yīng)用于混凝土中容易導(dǎo)致坍落度損失大、粘度大、開裂風(fēng)險大等問題，在我國大部分地區(qū)應(yīng)用受到嚴(yán)格的限制，GB 50164—2011《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》中明確指出不宜單獨采用特細(xì)砂作為細(xì)骨料配制混凝土，上海市鋼筋混凝土預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量監(jiān)督站也于 2017 年 3 月份下達(dá)了嚴(yán)禁使用特細(xì)砂生產(chǎn)混凝土的規(guī)定[1-2]。

然而隨著天然中砂資源的日益枯竭以及河道禁采的力度不斷加大，特細(xì)砂作為一種儲量豐富的資源，其在混凝土中的應(yīng)用已成為不可阻擋的趨勢。重慶地區(qū)由于中砂資源緊缺，特細(xì)砂混凝土應(yīng)用已有幾十年的歷史，2004 年還制定出了DB 50/5028—2004《特細(xì)砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》[3]。

在數(shù)十年特細(xì)砂的應(yīng)用實踐中，已形成了“三低一超”的混凝土配合比設(shè)計原則（即低砂率、低坍落度、低水泥用量、粉煤灰超量摻入），基于此原則設(shè)計的混凝土可以大幅度緩解特細(xì)砂混凝土的質(zhì)量缺陷。由于泵送混凝土的坍落度較大，突破了“三低一超”的原則，其配制難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的特細(xì)砂混凝土[4-5]。

1 試驗

1.1 試驗原料

（1）徐州中聯(lián) P·O42.5 水泥，28d 強度為 51. 7MPa；

（2）礦粉：徐州延遠(yuǎn)建材 S95 級礦粉，28d 活性指數(shù)103%；

（3）粉煤灰：國華 F 類 I 級，需水量比 98%；（4）特細(xì)砂：細(xì)度模數(shù) 0.8；

（5）米石：公稱粒徑 3～5mm；

（6）碎石 1：公稱粒徑 5～16mm；

（7）碎石 2：公稱粒徑 5～20mm；

（8）碎石 3：公稱粒徑 5～25mm；

（9）碎石 4：公稱粒徑 5～31.5mm；

（10）減水劑：蘇博特 PCA，減水率 18%；

（11）引氣劑：蘇博特 GYQ-Ⅲ。

1.2 試驗方法

基于特細(xì)砂混凝土的設(shè)計原則，參考重慶市地方標(biāo)準(zhǔn)DB 50/5028—2004《特細(xì)砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn) 5.0.7 要求，單獨用特細(xì)砂配制泵送混凝土?xí)r砂率宜控制在20%～28% 之間。根據(jù)表 5.0.4 要求，采用細(xì)度模數(shù)為 0.8 的特細(xì)砂配制混凝土，稠度在 50～70mm 之間的用水量不宜超過 215kg。水膠比采用 0.45 設(shè)計配合比進(jìn)行試配，混凝土工作性能及力學(xué)性能測試試驗依據(jù) GB/T 50080 和 GB/T 50081相關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

表 1 C30 試驗基準(zhǔn)配合比 kg/m3

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 碎石粒徑的對混凝土性能的影響

在本文試驗中，選擇四種粒徑區(qū)間的碎石，最大公稱粒徑從 16mm 到 31.5mm。混凝土的工作性能及力學(xué)性能測試結(jié)果如表 2 所示。

表 2 碎石粒徑對混凝土工作性能及力學(xué)性能的影響

試驗結(jié)果表明，碎石粒徑對特細(xì)砂混凝土的工作性能影響較大，碎石粒徑越小，混凝土的抗離析性能越高，這一現(xiàn)象可以由流體力學(xué)中的斯托克斯（Stokes）定律給予很好的解釋。

式中：

uo——沉降速度，m/s；

d ——顆粒直徑，m；

ρs——顆粒密度，kg/m3；

ρ ——流體密度，kg/m3。

在泵送混凝土中，碎石處于懸浮狀態(tài)，在混凝土的粘滯阻力及漿體與骨料的密度差恒定的前提下，粗骨料的粒徑越小，其在混凝土中的運動速度就越低，因此其抗離析性能就越強。但碎石粒徑過小時，由于其過大的比表面積使得混凝土的坍落度降低。

特細(xì)砂混凝土的力學(xué)性能與粘聚性有著良好的相關(guān)性，粘聚性良好的混凝土力學(xué)性能也得以保證，有離析現(xiàn)象的混凝土其 7d 和 28d 抗壓強度也低。綜合工作性能和力學(xué)性能的試驗結(jié)果，碎石粒徑區(qū)間為 5～20mm 時，其工作性能和力學(xué)性能均較為理想。

2.2 米石摻量的對混凝土性能的影響

3～5mm 的米石粒徑區(qū)間介于特細(xì)砂與粗骨料之間，其在特細(xì)砂混凝土中的使用，可以部分彌合使用特細(xì)砂混凝土的集料級配斷層問題，在本文試驗中，選用粒徑區(qū)間為5～20mm 的碎石，米石取代碎石的比例分別為 5%、10%、15%、20%、25%、30%。試驗結(jié)果如表 3 所示。

表 3 米石摻量對混凝土工作性能及力學(xué)性能的影響

試驗結(jié)果表明，米石摻量在 15% 以內(nèi)時，混凝土的工作性能良好，力學(xué)性能有所提升，當(dāng)米石摻量超過 15% 時，混凝土的工作性能變差，力學(xué)性能開始降低。適量的米石可以彌合特細(xì)砂混凝土的骨料級配斷層，工作性能得以保證，力學(xué)性能得以提升。但米石的摻量過大時，由于粗骨料體系的比表面積增大，混凝土的工作性能明顯下降，且由于粗骨料與漿體的界面過渡區(qū)增加導(dǎo)致硬化混凝土缺陷增加，混凝土的力學(xué)性能開始下降。

2.3 引氣劑用量的對混凝土性能的影響

在普通混凝土中，適度引氣可以改善混凝土的和易性，尤其是對于細(xì)骨料顆粒級配或顆粒形貌不良的混凝土，粒徑適度的氣泡相當(dāng)于級配和形貌優(yōu)良的細(xì)集料，可以增加混凝土的流動性，并提升混凝土的抗離析性能。

表 4 引氣劑用量對混凝土工作性能及力學(xué)性能的影響

對于特細(xì)砂混凝土而言，整個集料級配中缺少 0.63～5mm 粒徑區(qū)間的顆粒，引氣劑的使用有助于混凝土工作性能的提升。當(dāng)引氣劑用量低于 0.03% 時，特細(xì)砂混凝土的工作性能明顯提升，而混凝土的力學(xué)性能保持穩(wěn)定，在引氣劑用量為 0.01% 時，混凝土的 28d 抗壓強度提升了 3MPa，這可能與混凝土的勻質(zhì)性改善有關(guān)。當(dāng)引氣劑用量超過 0.03% 時，混凝土的和易性進(jìn)一步改善，但由于氣泡量的增多導(dǎo)致混凝土的力學(xué)性能下降。

3 結(jié)論

（1）碎石粒徑對特細(xì)砂混凝土的工作性能影響較大，碎石粒徑越小，混凝土的抗離析性能越高，良好的工作性能使得混凝土力學(xué)性能得以保證，碎石粒徑區(qū)間為 5～20mm 時，其工作性能和力學(xué)性能均較為理想。

（2）米石摻量在 15% 以內(nèi)時，混凝土的工作性能良好，力學(xué)性能有所提升，當(dāng)米石摻量超過 15% 時，混凝土的工作性能變差，力學(xué)性能開始降低。適量的米石可以彌合特細(xì)砂混凝土的骨料級配斷層，工作性能得以保證，力學(xué)性能得以提升。

（3）當(dāng)引氣劑用量低于 0.03% 時，特細(xì)砂混凝土的工作性能明顯提升，而混凝土的力學(xué)性能保持穩(wěn)定，在引氣劑用量為 0.01% 時，混凝土的 28d 抗壓強度提升了 3MPa，當(dāng)引氣劑用量超過 0.03% 時，混凝土的和易性進(jìn)一步改善，但由于氣泡量的增多導(dǎo)致混凝土的力學(xué)性能下降。

[1] 尹正剛，劉洪剛，王自強．超細(xì)粉砂在預(yù)拌混凝土中的應(yīng)用[J]．混凝土，2011(3)∶ 88-90．

[2] 邵欣，汪彭生，章環(huán)境，等．特細(xì)砂的顆粒形態(tài)分析及特細(xì)砂混凝土試驗研究[J]．農(nóng)業(yè)科技與裝備，2014(4)∶ 48-49．

[3] 張?zhí)A．特細(xì)砂的應(yīng)用問題淺析[J]．西部探礦工程，2008(6)∶ 207-209．

[4] 韓建宏，婁宗科．特細(xì)砂混凝土的力學(xué)性能及抗?jié)B性能研究[J]．人民黃河，2010(5)∶125-127．

[5] 曾?。丶?xì)砂混凝土技術(shù)特性概述[J]．建筑設(shè)備與建筑材料，2015(2)∶ 230-231．

［通訊地址］徐州市銅山經(jīng)濟開發(fā)區(qū)第三工業(yè)園盛寶路西首徐州中聯(lián)混凝土有限公司（221100）

李雪（1990－），女，助理工程師，從事水泥及建筑材料的生產(chǎn)與研究。