面砂在混凝土中的應(yīng)用研究

王艷，馬濤，蔣臨生

（徐州中聯(lián)混凝土有限公司，江蘇 徐州 221100）

面砂在混凝土中的應(yīng)用研究

王艷，馬濤，蔣臨生

（徐州中聯(lián)混凝土有限公司，江蘇 徐州 221100）

本文研究將面砂取代天然砂應(yīng)用于混凝土中。試驗將天然砂與面砂，機(jī)制砂與面砂，水洗石屑與面砂，機(jī)制砂、天然砂與面砂，以及水洗石屑、天然砂與面砂以不同比例搭配使用，檢測其對混凝土性能的影響。并且給出本試驗條件下各種砂的合理摻用比例。

面砂；混凝土；性能

0 前言

長期以來，由于天然中粗砂的隨意開采，水域環(huán)境遭到了嚴(yán)重破壞，并且對航運安全造成了一定的隱患。這種現(xiàn)狀已引起了相關(guān)行政主管部門的高度重視，禁采力度也不斷加大，許多天然河道和湖泊已實施了永久禁采。天然中粗砂的市場供應(yīng)日益吃緊，混凝土生產(chǎn)企業(yè)都在尋找天然中粗砂的替代材料，機(jī)制砂、水洗石屑、尾礦砂、面砂等各種可替代細(xì)骨料粉墨登場。由于這些可替代細(xì)骨料的性能差異較大，依據(jù)各種細(xì)骨料自身的性能搭配使用是混凝土企業(yè)的最佳選擇[1,2]。

河流故道以及流域下游蘊藏著大量的面砂資源，這些面砂細(xì)度模數(shù)一般在 0.7～0.9 之間，屬于特細(xì)砂，粒徑范圍幾乎都在 0.315mm 以下，比表面加大，但含泥量較低，適合作為細(xì)骨料小粒徑范圍的填充成分。適量使用面砂可以調(diào)節(jié)混凝土的和易性，改善混凝土的離析和泌水[3]，且由于面砂的市場價格較低，大規(guī)模使用有助于平抑市場上細(xì)骨料的整體價格，降低混凝土的配制成本。

1 原材料

（1）水泥：徐州中聯(lián) P·O42.5 水泥，28d 水泥強(qiáng)度為52.7MPa；

（2）礦粉：徐州金鑫 S95，需水量 98%，比表面積405m2/kg，28d 活性指數(shù) 101%；

（3）粉煤灰：國華Ⅱ級，45μm 方孔篩篩余 12%，燒失量 1.8%，需水量比 100%；

（4）粗骨料：5～25mm 碎石，含泥量 0.5%；

（5）細(xì)骨料 1：面砂，細(xì)度模數(shù) 0.7，含泥量 0.3%；

（6）細(xì)骨料 2：機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù) 3.0，含泥量 1.4%，含粉量 5%；

（7）細(xì)骨料 3：水洗石屑，細(xì)度模數(shù) 2.7，含泥量0.4%，含粉量 0%；

（8）細(xì)骨料 4：天然中砂，細(xì)度模數(shù) 2.6，含泥量0.4%；

（9）外加劑：蘇博特 SBT-1，減水率 25%。

2 試驗方法

分別選用機(jī)制砂、水洗石屑、天然中砂中的一種和面砂兩組分搭配使用，調(diào)節(jié)兩者比例，測試相應(yīng)混凝土性能，或同時選用機(jī)制砂、水洗石屑中的一種和天然中砂及水洗石屑三組分搭配使用，調(diào)節(jié)三者比例，測試相應(yīng)的混凝土性能。測試方法參照 GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法》、GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)試驗方法》和 GB/T 50082—2002《普通混凝土長期性和耐久性試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行，測試的項目包括混凝土的坍落度、7d、28d 抗壓強(qiáng)度和混凝土的電通量。試驗選用普通 C30 配比為基準(zhǔn)配合比，見表1。

表1 C30 商品混凝土配合比 kg/m3

3 試驗結(jié)果及分析

3.1 天然中砂與面砂的搭配使用

以細(xì)骨料全部天然中砂為基準(zhǔn)，在天然中砂中摻入一定量面砂，調(diào)節(jié)兩者比例，測試相應(yīng)的混凝土性能，見表2。

表2 天然砂與面砂搭配使用時混凝土的性能

由試驗結(jié)果可知，當(dāng)面砂摻入量較小時，混凝土的和易性、強(qiáng)度和電通量均有一定程度的改善，這是因為面砂填充了細(xì)骨料和膠凝材料的顆粒過渡區(qū)，使混凝土的孔隙率降低、密實度提高。當(dāng)面砂摻入量高于 10% 時，混凝土的坍落度降低、坍落度損失加大，強(qiáng)度和電通量也開始劣化，這是由于面砂的比表面積較大，吸附的水量和外加劑量較多，同時增加了硬化混凝土中的凝膠孔數(shù)量。從試驗數(shù)據(jù)來看，與天然中砂搭配時，面砂的摻入量不宜超過 10%。

3.2 機(jī)制砂與面砂的搭配使用

以細(xì)骨料全部天然中砂為參照基準(zhǔn)，使用機(jī)制砂和面砂作為細(xì)骨料完全取代天然中砂，調(diào)節(jié)兩者比例，測試相應(yīng)的混凝土性能，見表3。

表3 機(jī)制砂與面砂搭配使用時混凝土的性能

由試驗結(jié)果可知，當(dāng)面砂摻入量較小時，混凝土的和易性較差，離析和泌水現(xiàn)象嚴(yán)重，原因是由于機(jī)制砂中含粉量較少，且細(xì)顆粒含量較低，少量的面砂不足以填充細(xì)骨料中粗顆粒形成的孔隙；當(dāng)面砂摻入量達(dá)到 15% 時，混凝土的和易性明顯改善，力學(xué)性能也隨之提高，電通量也有明顯的降低；但當(dāng)面砂摻入量超過 20% 時，混凝土的坍落度降低、坍落度損失加大，強(qiáng)度也開始衰減，此時面砂比表面積較大帶來的負(fù)面影響已超過填隙帶來的正面影響，電通量變化不大的原因是面砂的填隙作用降低了混凝土的孔隙率。從試驗數(shù)據(jù)來看，與機(jī)制砂搭配時，面砂的適宜摻入量為 15%～20%。

3.3 水洗石屑與面砂的搭配使用

以細(xì)骨料全部天然中砂為參照基準(zhǔn)，使用水洗石屑和面砂作為細(xì)骨料完全取代天然中砂，調(diào)節(jié)兩者比例，測試相應(yīng)的混凝土性能，見表4。

表4 水洗石屑與面砂搭配使用時混凝土的性能

與機(jī)制砂的試驗結(jié)果類似，當(dāng)面砂摻入量較小時，混凝土的和易性較差，離析和泌水現(xiàn)象嚴(yán)重。水洗石屑中由于不含石粉，相對于機(jī)制砂而言情況要更為嚴(yán)重一些。當(dāng)水洗石屑∶面砂= 16:4～15:5 時，混凝土的和易性較為良好，強(qiáng)度和電通量也明顯改善，當(dāng)面砂摻入量達(dá)到 30% 時，由于面砂比表面積的負(fù)面影響，混凝土的各項性能指標(biāo)開始劣化。

3.4 機(jī)制砂、天然中砂與面砂的搭配使用

參照表2 和表3 的試驗結(jié)果，以機(jī)制砂作為細(xì)骨料中的中粗顆粒主要組分，以面砂作為細(xì)骨料中的細(xì)顆粒組分，以天然河砂作為細(xì)骨料中中等粒度顆粒的適當(dāng)補充，調(diào)節(jié)三者比例，測試相應(yīng)的混凝土性能，見表5。

表5 機(jī)制砂、天然中砂與面砂搭配時混凝土的性能

由試驗結(jié)果可知，當(dāng)三種細(xì)骨料混合使用時，混凝土的性能優(yōu)于兩種細(xì)骨料搭配使用的效果。這是由于多組分搭配使用時，各種原材料占據(jù)了不同的粒度范圍，使得細(xì)骨料的級配更為合理，但當(dāng)面砂用量較高時，混凝土的各項性能開始劣化。當(dāng)機(jī)制砂、天然中砂和面砂混合使用時，7:2:1 搭配使用是較好的選擇。

3.5 水洗石屑、天然中砂與面砂的搭配使用

參照表2 和表4 的試驗結(jié)果，以水洗石屑作為細(xì)骨料中的中粗顆粒主要組分，以面砂作為細(xì)骨料中的細(xì)顆粒組分，以天然河砂作為細(xì)骨料中中等粒度顆粒的適當(dāng)補充，調(diào)節(jié)三者比例，測試相應(yīng)的混凝土性能，見表6。

表6 水洗石屑、天然中砂與面砂搭配時混凝土的性能

與機(jī)制砂、天然中砂和面砂混合使用類似，水洗石屑、天然中砂和面砂搭配使用時的效果也優(yōu)于兩種骨料搭配使用的效果，在使用時，同樣需要控制面砂用量，當(dāng)水洗石屑、天然中砂和面砂混合使用時，6:3:1 搭配使用是較好的選擇。

4 結(jié)論

（1）面砂與天然中砂、機(jī)制砂或水洗石屑進(jìn)行兩種骨料搭配使用時，可調(diào)節(jié)混凝土的工作性能，在摻量適宜時，混凝土的各項性能皆可以保證。

（2）以機(jī)制砂或水洗石屑作為細(xì)骨料中的中粗顆粒主要組分，以面砂作為細(xì)骨料中的細(xì)顆粒組分，以天然河砂作為細(xì)骨料中中等粒度顆粒的適當(dāng)補充，混合使用的效果要優(yōu)于兩種細(xì)骨料搭配使用的效果。

（3）面砂的比表面積較大，摻量過大時會導(dǎo)致混凝土的各項性能劣化。參考文獻(xiàn)

[1] 李光偉．水工特細(xì)砂混凝土性能試驗[J]．水利水電科技進(jìn)展, 2006, 26(4): 38-39．

[2] 黃士元，蔣家奮，楊南如，等．近代混凝土技術(shù)[M]．西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1988: 104-121．

[3] 蔡貴生．特細(xì)砂混凝土塑性收縮裂縫研究[D]．重慶大學(xué)[A]，2004: 48-53．

［通訊地址］徐州市銅山經(jīng)濟(jì)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）

王艷（1981—），女，工程碩士，工程師，從事商品混凝土的生產(chǎn)和研究工作。