廣西地區(qū)機(jī)制砂中石粉在低強(qiáng)度等級(jí)混凝土中的應(yīng)用分析

孫昕，邵江，翁曉芳

（1. 廣州市佳駿建材實(shí)業(yè)有限公司，廣東 廣州 510000；2. 增城市建暉預(yù)拌混凝土有限公司，廣東 廣州 510000；3. 廣州拓泰環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)有限公司，廣東 廣州 510000）

廣西地區(qū)機(jī)制砂中石粉在低強(qiáng)度等級(jí)混凝土中的應(yīng)用分析

孫昕1，邵江2，翁曉芳3

（1. 廣州市佳駿建材實(shí)業(yè)有限公司，廣東 廣州 510000；2. 增城市建暉預(yù)拌混凝土有限公司，廣東 廣州 510000；3. 廣州拓泰環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)有限公司，廣東 廣州 510000）

本文研究了廣西地區(qū)機(jī)制砂在低強(qiáng)度等級(jí)混凝土中的應(yīng)用方式。結(jié)果表明：廣西低強(qiáng)度等級(jí)機(jī)制砂混凝土具有“低膠材、高粉量”的特點(diǎn)，且混凝土具有良好的工作性和力學(xué)性能；在一定條件下，機(jī)制砂應(yīng)用在低強(qiáng)度等級(jí)混凝土中，石粉含量可在 10% 的基礎(chǔ)上適當(dāng)放寬；機(jī)制砂應(yīng)用在低強(qiáng)度等級(jí)混凝土中時(shí)，砂率較天然砂要高，且控制拌合物的用水量和含氣量也較低。

機(jī)制砂；低強(qiáng)度等級(jí)混凝土；石灰石粉

0 引言

粉煤灰作為一種工業(yè)副產(chǎn)品，在混凝土中得到了較好的應(yīng)用和推廣。諸多學(xué)者的研究均肯定了粉煤灰在改善混凝土工作性、強(qiáng)度和耐久性等方面的積極作用[1-3]。但是隨著煤的品質(zhì)日益下降和水泥廠需求量的增大，目前市場(chǎng)上價(jià)格低廉、品質(zhì)優(yōu)良的粉煤灰已是越來(lái)越少，在市場(chǎng)上出現(xiàn)了以添加了減水劑的石灰石粉充當(dāng)粉煤灰來(lái)賣的現(xiàn)象，混凝土公司發(fā)現(xiàn)此類粉煤灰只要通過(guò)調(diào)整配比，控制好減水劑品質(zhì)等環(huán)節(jié)，在低強(qiáng)度等級(jí)混凝土中具有應(yīng)用的可行性。所以，越來(lái)越多的混凝土公司直接使用價(jià)格更為低廉的石粉替代粉煤灰在低強(qiáng)度等級(jí)混凝土中使用。這種做法，在廣西地區(qū)混凝土公司已初見成效。

本文重點(diǎn)是介紹和剖析廣西地區(qū)商品混凝土公司這種“低膠材、高粉量”而且低碳、環(huán)保的混凝土制備方法，以多方生產(chǎn)應(yīng)用來(lái)說(shuō)明其可行性，從多角度分析其中原因，為此類做法的推廣和應(yīng)用提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 原材料和試驗(yàn)方法

1.1 水泥和礦物摻合料

水泥是華潤(rùn)（南寧）水泥有限公司生產(chǎn)的 P·O42.5 硅酸鹽水泥，各化學(xué)成分如表1所示。礦粉選用源盛 S95 礦粉，各項(xiàng)性能指標(biāo)參數(shù)如表2所示。

表1　水泥各化學(xué)成分組成比例 %

表2　礦粉性能指標(biāo)參數(shù)

1.2 骨料

在本試驗(yàn)中的細(xì)骨料有兩種，一種是石粉含量相對(duì)較高的機(jī)制砂（S1），另一種是石粉含量相對(duì)較低的機(jī)制砂（S2），各項(xiàng)性能如表3所示。粗骨料選用粒徑范圍5～31.5mm，具有連續(xù)級(jí)配的碎石。粗細(xì)骨料級(jí)配曲線如圖 1所示。

表3　細(xì)骨料各項(xiàng)性能指標(biāo)

圖1　骨料級(jí)配曲線

1.3 石灰石粉

本試驗(yàn)中的石灰石質(zhì)石粉是在機(jī)制砂生產(chǎn)過(guò)程中篩分出來(lái)的，按照篩孔尺寸，粒徑均小于 75μm。

1.4 外加劑

減水劑：聚羧酸緩凝早強(qiáng)型減水劑，固含量 10%，減水率 25.4%，密度 1.068g/cm3，pH=6.4。

1.5 試驗(yàn)方法

1.5.1 新拌混凝土工作性測(cè)試

混凝土工作性的測(cè)試按照 GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》[4]進(jìn)行。

1.5.2 混凝土力學(xué)性能測(cè)試

混凝土力學(xué)性能的測(cè)試按照 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[5]進(jìn)行。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)配合比

本次試驗(yàn)配合比是按照南寧、玉林、賀州三個(gè)城市的 6家商品混凝土公司目前使用的 C30 配比進(jìn)行，將這 6 組配比分別編號(hào)為：ND、NS、SD、NT、YL、HZ，具體配比如表 4所示。

表4　試驗(yàn)配比 kg/m3

2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.2.1 試驗(yàn)結(jié)果

表5分別是新拌混凝土和硬化混凝土的性能測(cè)試數(shù)據(jù)。

表5　試驗(yàn)結(jié)果

2.2.2 試驗(yàn)分析

針對(duì)本次試驗(yàn)，主要從以下幾個(gè)方面分析：

（1）混凝土配合比特點(diǎn)

將表4中的這 6 組配比的表現(xiàn)形式稍作變動(dòng)，具體做法是去掉石粉（包括細(xì)骨料中所含的石粉）重新計(jì)算原配比的水膠比和砂率，同時(shí)也得出了石粉在細(xì)骨料中的實(shí)際含量。此外添加一組目前廣州地區(qū)應(yīng)用較為普遍的 C30 混凝土配比與前面的 6 組配比進(jìn)行比較，編號(hào)為 GZ，結(jié)果如表6所示。

將表6后 6 組數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，同時(shí)與 GZ 相比有以下幾方面特點(diǎn)：首先，用水量相對(duì) GZ 較低，只有 NT 的用水量達(dá)到 150kg/m3，其余均是 145kg/m3；其次，膠凝材料用量較少，YL 膠凝材料的用量低至 230kg/m3，導(dǎo)致混凝土的實(shí)際水膠比均比配比水膠高 0.1 左右；再次，砂率普遍較高，全部在45% 以上；最后，實(shí)際石灰石粉含量高，按照 GB/T 14684—2011《建設(shè)用砂》[6]標(biāo)準(zhǔn)要求，石粉含量應(yīng)不大于 10%。

（2）新拌混凝土工作性

新拌混凝土工作性的數(shù)據(jù)如表5所示，6 組混凝土坍落度均在 210mm 以上，擴(kuò)展度最小值為 580mm，含氣量普遍較低，均在 3% 以內(nèi)。這主要與配比這個(gè)體系中粉料量充足、砂率相對(duì)較高有較大關(guān)系，如表6所示。粉料量，既包括配比中的膠材粉料，又包括體系中所有的惰性石粉。高砂率、高粉量，可使新拌混凝土漿體富余較多，從而具有良好的流動(dòng)性、粘聚性、包裹性[7]。含氣量較低主要是高砂率和高用粉量，使混合體系的初始空隙率相對(duì)較低，而低用水量的做法會(huì)進(jìn)一步降低體系中的含氣量。

表6　原配合比中部分參數(shù)的配比計(jì)算值與真實(shí)值對(duì)比

（3）硬化混凝土各齡期力學(xué)性能

由表6可知，這 6 組混凝土的真實(shí)膠材用量均不大于260kg/m3，但 6 組混凝土的 7d 強(qiáng)度有 4 組已達(dá)到 30MPa以上，28d 強(qiáng)度不小于 40.0MPa，按照 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》[8]，C30 混凝土 28d 抗壓強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到38.2MPa，所以，6 組混凝土 28d 抗壓強(qiáng)度均達(dá)到規(guī)范要求，這是多方面因素共同積極影響的結(jié)果。

在低強(qiáng)度等級(jí)混凝土中，抗壓強(qiáng)度是由界面過(guò)渡區(qū)和基體的孔隙率共同決定的，改善界面過(guò)渡區(qū)的強(qiáng)度，降低基體的孔隙率，可提高混凝土的力學(xué)性能。首先，上文已提到這 6組配比均含粉量高，混合體系初始孔隙率低，達(dá)到要求工作性的用水量也相應(yīng)降低，而高粉量又可以降低大顆粒骨料周圍形成的水膜，使界面過(guò)渡區(qū)的水膠比更接近基體水膠比，同時(shí)一些惰性粉料可以發(fā)揮物理填充作用，改善基體的空隙率，提高混凝土強(qiáng)度[9-11]；其次，適當(dāng)?shù)囊龤饬?，可提高混凝土的?qiáng)度，混凝土引入氣體會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)相反的效果，一方面是增大基體的孔隙率，另一方面提高拌合物的工作性和密實(shí)性，從而提高界面過(guò)渡區(qū)的強(qiáng)度，這個(gè)作用在拌合物中水和水泥用量較少的時(shí)候作用更加明顯，所以上述配比完全符合此特點(diǎn)；再次，骨料級(jí)配和構(gòu)造進(jìn)一步提高混凝土的力學(xué)性能，由表6可知，這 6 組混凝土的砂率均比 GZ 稍高，在低強(qiáng)度等級(jí)混凝土中，這樣的提高有益于混凝土強(qiáng)度的發(fā)展，由于機(jī)制砂的破碎方式導(dǎo)致其構(gòu)造相對(duì)于天然砂更加粗糙，這就增強(qiáng)了水化水泥漿體與骨料之間的物理粘結(jié)強(qiáng)度；最后，骨料的礦物成分，廣西地區(qū)的機(jī)制砂和碎石多是由石灰石破碎而成的，屬于鈣質(zhì)骨料[12]，有資料顯示，鈣質(zhì)骨料較硅質(zhì)骨料更利于提高混凝土的強(qiáng)度[13]。

3 結(jié)論與展望

（1）廣西地區(qū)的商品混凝土公司在低強(qiáng)度等級(jí)混凝土中采取適當(dāng)?shù)摹暗湍z材，高粉量”的方式來(lái)制備混凝土是可行的，無(wú)論是新拌混凝土的工作性還是后期力學(xué)性能均表現(xiàn)良好，且有相關(guān)的理論依據(jù)，在全國(guó)其他地區(qū)，若材料的特點(diǎn)與之類似，可相應(yīng)的探索這種低碳、節(jié)能的混凝土制備方式。

（2）在低強(qiáng)度等級(jí)混凝土中，細(xì)骨料中石粉的百分比可由目前國(guó)標(biāo)規(guī)定的 10% 適當(dāng)放寬，在本次試驗(yàn)中石粉含量最高達(dá) 20%，后續(xù)可進(jìn)一步探索石粉用量的臨界值。

（3）機(jī)制砂與天然砂相比應(yīng)用在低強(qiáng)度等級(jí)混凝土?xí)r砂率較高，混凝土拌合物的用水量和含氣量均偏低，同時(shí)還應(yīng)進(jìn)一步探索這些因素對(duì)低強(qiáng)度等級(jí)混凝土耐久性方面的影響。

（4）在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探索在高強(qiáng)度等級(jí)機(jī)制砂混凝土中用水量、砂率和含氣量對(duì)性能的影響。

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[4] GB/T 50080—2002．普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法[S]．

[5] GB/T 50081—2002．普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S]．

[6] GB/T 14684—2011．建設(shè)用砂[S]．

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［通訊地址］廣州市增城區(qū)朱村大道中 5 號(hào) 廣州市佳駿建材實(shí)業(yè)有限公司（510000）

The research of Guangxi manufactured sand in the low-grade concrete

Sun Xin1, Shao Jiang2,Weng Xiaofang3
(1. Guangzhou JiaJun Building Material Industrial Co., Ltd., Guangzhou 510000; 2. Zengcheng JianHui Ready Mixed Concrete Co., Ltd., Guangzhou 510000;.3. Guangzhou Toptech Enviromental Technology Co., Ltd., Guangzhou 510000)

Research on the applicationofmanufactured sand in Guangxi in region, especially in the low strength grade concrete. The results showed that, Guangxi low strength grade manufactured sand concrete has the characteristics of "low plastic material, high amount of powder". And concrete has good workability and mechanical properties.In certain conditions, the manufactured sand used in low-grade concrete, limestone powder can be relaxed on the basis of 10%; The manufactured sand ratio is higher than natural sand, and the control mixture of water and gas content is lower, when the manufactured sand is used in low strength grade concrete.

manufacturedsand; low strength grade concrete; limestone powder

孫昕（1988—），男，碩士。