混合砂配制 C60泵送混凝土的應(yīng)用研究

姜興彥，修曉明，殷艷春，韓宇，劉洪江

（中建商品混凝土沈陽(yáng)有限公司，遼寧　沈陽(yáng)　110000）

混合砂配制 C60泵送混凝土的應(yīng)用研究

姜興彥，修曉明，殷艷春，韓宇，劉洪江

（中建商品混凝土沈陽(yáng)有限公司，遼寧沈陽(yáng)110000）

我國(guó)細(xì)砂、人工砂資源豐富，通過將不同比例的細(xì)砂、人工砂進(jìn)行混合使用配制 C60高強(qiáng)混凝土，并研究其可泵性。結(jié)果表明：最佳比例的細(xì)砂、人工砂摻和的混合砂可以替代天然中砂配制 C60泵送混凝土。通過優(yōu)選原材料，合理配置粗細(xì)骨料比例、細(xì)砂和人工砂比例，達(dá)到骨料的最緊密堆積。通過調(diào)整混凝土外加劑，可顯著降低混凝土粘滯阻力，提高混凝土可泵性。通過對(duì)評(píng)價(jià)混凝土可泵性的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試，最終配制出和易性良好、可泵性高的混凝土。

混合砂；緊密堆積；泵送混凝土；可泵性

0　引言

混凝土是土木工程中用途最廣、用量最大的一種建筑材料，砂是混凝土中占比較大的重要原材料。但近些年來，隨著建筑業(yè)發(fā)展要求的日益增長(zhǎng)，混凝土的使用量急劇增大，導(dǎo)致我國(guó)大部分地區(qū)中砂資源匱乏，阻礙了混凝土技術(shù)的發(fā)展。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，細(xì)砂和人工砂被越來越多的人所關(guān)注。細(xì)砂是細(xì)度模數(shù)為2.2～1.6、平均粒徑為0.35～0.25mm 的細(xì)骨料。人工砂是軋制并篩分碎石所得的粒徑為2～10mm 的粒料，其表面比中砂粗糙，有尖銳棱角，不僅含有大顆粒且含有較多的粒徑小于0.16mm 的石粉，這種級(jí)配拌合物的強(qiáng)度較高，與水泥的粘結(jié)性好。人們已經(jīng)開始對(duì)細(xì)砂、人工砂的性能以及其在商品混凝土中的應(yīng)用進(jìn)行相關(guān)研究。然而通過將細(xì)砂、人工砂按適當(dāng)比例進(jìn)行復(fù)合制成混合砂并系統(tǒng)研究其各項(xiàng)性能，使用混合砂配制 C60高強(qiáng)泵送混凝土可泵性的研究，并未得到人們足夠的重視。

將細(xì)砂和人工砂進(jìn)行復(fù)合使用可發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，有效克服單獨(dú)使用時(shí)存在的各種問題。在充分研究混合砂各項(xiàng)性能的基礎(chǔ)上，使用混合砂配制 C60泵送混凝土并對(duì)比中砂配制 C60混凝土各項(xiàng)性能指標(biāo)，研究其可泵性，為混合砂在高強(qiáng)泵送混凝土中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1　試驗(yàn)

1.1原材料

1.1.1水泥與礦物摻合料

試驗(yàn)所用的水泥（C）為亞泰 P·O42.5水泥，粉煤灰（FA）為佳實(shí) I 級(jí)粉煤灰，礦粉（SL）為浩海贏 S95級(jí)礦粉，其化學(xué)組成及物理性能見表1～表4。

表1　水泥和礦物摻合料的化學(xué)成分分析　wt%

表2　水泥的物理性能

表3　粉煤灰的物理性能

表4　礦粉的物理性能

1.1.2粗細(xì)集料

細(xì)集料和粗集料的指標(biāo)參數(shù)分別見表5～表8。

表5　中砂性能指標(biāo)

表6　細(xì)砂性能指標(biāo)

表7　人工砂性能指標(biāo)

表8　碎石性能指標(biāo)

1.1.3外加劑

高效減水劑選用科隆高效聚羧酸減水劑，固含量20%，減水率25%。

1.2試驗(yàn)方法

按照 GB/T50080－2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試。

混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)按照 GB/T50081－2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。

采用中建西部建設(shè)北方公司發(fā)明的混凝土流空時(shí)間檢測(cè)裝置對(duì)混凝土進(jìn)行粘度分析。

2　結(jié)果與討論

2.1中砂配制 C60混凝土的工作性能和力學(xué)性能

2.1.1C60混凝土配合比的確定

根據(jù)工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，采用 C-FA-SL 膠材體系進(jìn)行 C60混凝土的配制。利用 I 級(jí) FA 所具有的良好的顆粒形態(tài)達(dá)到“滾珠潤(rùn)滑減水”和“微集料填充密實(shí)”效果，配制可泵性高的C60高強(qiáng)混凝土。

混凝土配合比（見表9）所用膠材總量為580kg/m3，容重為2420kg/m3；通過調(diào)整膠材體系中水泥及摻合料比例，固定用水量155kg/m3, 固定高效減水劑摻量不變?yōu)?.0%。I 級(jí)FA、SL 的單方總摻量分別為15%、20%、25%、30%、35%及40%，其余膠凝材料摻量為水泥。依據(jù)緊密堆積理論和試驗(yàn)所得，確定砂率為39%，F(xiàn)A∶SL=4∶6。隨著水泥用量的降低，摻合料用量的提高，比對(duì)混凝土的各項(xiàng)性能指標(biāo)（見表10）。

表9　中砂配制 C60混凝土配合比　kg/m3

2.1.2混凝土工作性能與力學(xué)性能

表10　中砂配制 C60混凝土工作性能和力學(xué)性能

從表10中可以看出，膠凝材料為580kg/m3、摻合料總量不超過40% 的條件下，混凝土試件抗壓強(qiáng)度隨齡期的增長(zhǎng)而增強(qiáng)。

從抗壓強(qiáng)度和配比經(jīng)濟(jì)性來看：SP-1、SP-2、SP-3、SP-4和 SP-5的28d 抗壓強(qiáng)度均在設(shè)計(jì)值的1.1～1.3倍之間，其中滿足強(qiáng)度要求的配合比中 SP-5最經(jīng)濟(jì)。

從坍落擴(kuò)展度和 T50來看：混凝土坍落擴(kuò)展度的大小直接影響混凝土的可泵性，在混凝土不發(fā)生漿骨分離的前提下，擴(kuò)展度越大，泵送越容易，反之則泵送困難。T50則直接表征混凝土的流速，T50越小，混凝土流速越快，混凝土越容易施工。從表10可以看出 SP-3、SP-4和 SP-5的 T50均在3s 內(nèi)，擴(kuò)展度均超過650mm，可泵性較高。

從坍落與 J 環(huán)擴(kuò)展度之差和離析率來看：坍落與 J 環(huán)擴(kuò)展度之差 PA 表征了混凝土的間隙通過性，PA 越小，則混凝土間隙通過性越高，混凝土勻質(zhì)性越好，可泵性越高。離析率表征了混凝土的勻質(zhì)性的優(yōu)良，離析率越低，混凝土勻質(zhì)性越好，可泵性越高。從表10可以看出，SP-1、SP-2和 SP-3離析率較低，SP-3、SP-4和 SP-5的 PA 值基本一致。

從混凝土的流空時(shí)間看：流空時(shí)間（倒筒時(shí)間）是表征混凝土粘度的重要指標(biāo)，流空時(shí)間越短，混凝土粘度越低，粘滯阻力越小，可泵性越高。從表10可以看出 SP-3、SP-4和 SP-5的流空時(shí)間均在10s 內(nèi)，可泵性較高。

綜上分析，確定 SP-3為可泵性最佳配合比，將其設(shè)定為基準(zhǔn)配和比，SP-3對(duì)應(yīng)的工作性能及力學(xué)性能指標(biāo)為參照指標(biāo)。

3.2混合砂配制 C60混凝土工作性能和力學(xué)性能

3.2.1混合砂混合比例的確定

根據(jù)骨料緊密堆積理論，采取人工砂和細(xì)砂混合的方式配制混合砂，表11為不同比例配制混合砂的性能指標(biāo)（見表13）。

表11　人工砂、細(xì)砂配制的混合砂的性能指標(biāo)

2.2.2混合砂配制 C60混凝土的工作性能及力學(xué)性能

采用 C-FA-SL 膠材體系進(jìn)行混合砂 C60混凝土的配制。膠凝材料用量為 C∶FA∶SL=435∶58∶87，容重為2420kg/m3，用水量根據(jù)混凝土拌合物性能進(jìn)行調(diào)整，高效減水劑摻量不變?yōu)?.0%。砂率依據(jù)骨料緊密堆積理論進(jìn)行確定并根據(jù)混凝土拌合物性能進(jìn)行微調(diào)。將表11中各項(xiàng)數(shù)據(jù)和天然中砂性能指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)合人工砂、細(xì)砂的應(yīng)用實(shí)際，選擇編號(hào)為 HHS3、HHS4、HHS5三種混合比例（即人工砂：細(xì)砂混合比例分別為7∶3，6∶4，5∶5）的混合砂進(jìn)行C60混凝土的配制，檢測(cè)拌合物工作性能及力學(xué)性能指標(biāo)，并與中砂配制 C60混凝土性能指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析。

表12　混合砂配制 C60混凝土配合比　kg/m3

表13　混合砂配制 C60混凝土工作性能和力學(xué)性能

從表13抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)來看：混合砂配制 C60混凝土試件的7d、28d 強(qiáng)度較中砂配制 C60混凝土略高，表明適當(dāng)比例配置的混合砂可以替代中砂進(jìn)行 C60高強(qiáng)混凝土的配制。

分析表5、表6、表7的中砂、人工砂、細(xì)砂各項(xiàng)性能指標(biāo)和表13中混凝土工作性能指標(biāo)可以看出：人工砂在 MB 值低于1.0的前提下，材料中以石粉量為主，泥粉量較低，加上人工砂細(xì)度模數(shù)較大，比表面積較中砂和細(xì)砂低，因此隨著人工砂在混凝土中摻入比例的增加可降低混凝土單方用水量，改善混凝土的粘度。細(xì)砂細(xì)度模數(shù)小、比表面積大，在混凝土中過多的摻加不利于用水量的控制，混凝土粘度也會(huì)隨之增大。從表13可看出，在混凝土工作性相近的情況下，人工砂摻加比例越大，混凝土拌合物的流動(dòng)性和間隙通過性更好，混凝土粘度越小，但離析率較大。

綜合分析，HHSP1配合比拌合物工作性良好，混凝土各項(xiàng)性能指標(biāo)與中砂配制 C60混凝土接近，且強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。但因人工砂顆粒粒型較差、表面粗糙、有尖銳棱角且級(jí)配不連續(xù)，細(xì)砂比表面積大，混合砂配制混凝土仍存在保水性較差、粘度偏高、勻質(zhì)性差等問題，需要通過試驗(yàn)進(jìn)一步調(diào)整高效聚羧酸外加劑配方和混凝土砂率，以此改善混凝土的可泵性。

2.3高效聚羧酸外加劑配方調(diào)整

高效聚羧酸外加劑通常主要由高減水母液、中減水母液、保坍母液以及其它用于改善混凝土工作性的小料組成。減水母液主要調(diào)整外加劑的減水率，保坍母液主要調(diào)整混凝土保坍時(shí)間和解決混凝土泵送損失問題，其它用于改性的小料可有針對(duì)性地解決混凝土存在的問題。針對(duì)混合砂配制混凝土仍存在保水性較差、粘度高、勻質(zhì)性差的問題，通過適當(dāng)提高高減水母液組分比例，降低中減水母液組分比例，從而提高外加劑的初始減水率，降低混凝土單方用水量，提高混凝土強(qiáng)度保證率；通過在減水劑中添加粘度改性劑，改善混凝土粘度偏大的問題；通過適當(dāng)添加引氣劑，改善混凝土保水性差的問題。經(jīng)過多次試驗(yàn)調(diào)整混凝土砂率及外加劑配方，最終混合砂配制 C60混凝土的工作性能及力學(xué)性能如下表14、表15所示。

表14　調(diào)整砂率及外加劑配方的 C60混凝土配合比　kg/m3

表15　調(diào)整砂率及外加劑配方的 C60混凝土工作性能和力學(xué)性能

3　結(jié)論

（1）人工砂、細(xì)砂在高強(qiáng)泵送混凝土中的成功應(yīng)用解決了天然中砂資源匱乏問題。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，人工砂與細(xì)砂以7∶3的比例搭配的混合砂可完全替代天然中砂進(jìn)行 C60泵送混凝土的配制，不僅質(zhì)量符合規(guī)范要求，且泵送性能與天然中砂配制混凝土相近。

（2）人工砂與細(xì)砂以7∶3的比例配置的混合砂細(xì)度模數(shù)較中砂大，比表面積較中砂小，配制混凝土的單方用水量小，強(qiáng)度保證率高。

（3）人工砂、細(xì)砂的級(jí)配均較中砂差，單一使用人工砂或細(xì)砂配制混凝土均很難使混凝土骨料達(dá)到緊密堆積狀態(tài)。通過調(diào)整人工砂和細(xì)砂的混合比例以及砂率，可使人工砂－細(xì)砂－碎石的骨料體系達(dá)到緊密堆積的最佳狀態(tài)，混合砂－碎石骨料體系配制混凝土的結(jié)構(gòu)也較中砂～碎石骨料體系配制混凝土的結(jié)構(gòu)更致密。

（4）混凝土的可泵性是對(duì)混凝土工作性能的綜合評(píng)價(jià)，其影響因素也是復(fù)雜多變的，通過系統(tǒng)的研究人工砂、細(xì)砂的性能特點(diǎn)，科學(xué)的配合比設(shè)計(jì)以及有針對(duì)性的外加劑配方調(diào)整，可成功使用混合砂配制可泵性高的 C60高強(qiáng)混凝土。

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［通訊地址］遼寧省沈陽(yáng)市蘇家屯區(qū)前謨家堡城大街42-1號(hào)（110100）

姜興彥（1988－），男，學(xué)士，中建商品混凝土沈陽(yáng)有限公司。主要研究高性能超高泵送混凝土，工業(yè)固廢資源綜合利用。