機(jī)制砂對(duì)混凝土拌合物性能和力學(xué)性能的影響研究

曾慧群

（佛山市聯(lián)益建筑材料有限公司）

1 前言

隨著我國城市化進(jìn)程的快速推進(jìn)，市場(chǎng)對(duì)建筑用砂需求急劇增加，有序開采的河砂已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)需。這種情況在2018 年尤其突出，尤其在基建規(guī)模較大的地區(qū)如海南、廣東等地建筑用砂價(jià)格已上漲了3～5倍，很多重點(diǎn)工程被迫停工，一些工程用砂以次充好，埋下質(zhì)量隱患,建筑用砂短缺已經(jīng)嚴(yán)重制約了基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的有序發(fā)展。

全國政協(xié)委員霍衛(wèi)平在兩會(huì)中提出《大力推進(jìn)機(jī)制砂代替河砂》的文案，文中提出：發(fā)展產(chǎn)量、質(zhì)量穩(wěn)定的機(jī)制砂既可解決國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中砂石骨料供需不平衡的矛盾，又能消納建筑廢物、尾礦、隧道渣等固體廢物廢渣，是一個(gè)綠色環(huán)保產(chǎn)業(yè)。建立健全發(fā)展機(jī)制砂石產(chǎn)業(yè)的政策體系。國家相關(guān)部門要出臺(tái)相關(guān)政策，制定一系列扶持政策，地方政府要結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，因地制宜，共同制定機(jī)制砂石生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)機(jī)制砂產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展［1］。

機(jī)制砂是巖石在破碎時(shí)經(jīng)過篩分粒徑小于4.75㎜的顆粒，由于巖石種類和破碎篩分工藝的不同造成機(jī)制砂粒形以及石粉含量較河砂有很大的差異，也導(dǎo)致了其對(duì)混凝上性能影響也與天然砂存在巨大差異。把機(jī)制砂與天然砂進(jìn)行對(duì)比，明顯可以發(fā)現(xiàn)機(jī)制砂的粒形相對(duì)粗糙，級(jí)配不如天然砂好，這些都會(huì)導(dǎo)致其在泵送混凝土?xí)r流動(dòng)性不強(qiáng)，再者機(jī)制砂當(dāng)中還含有不少比例的石粉，這也會(huì)讓泵送混凝土具有更大的粘性，導(dǎo)致坍落度下降、坍損過大等問題發(fā)生［2］。

2 原材料和試驗(yàn)方法

2.1 主要原材料

水泥：華潤P.Ⅱ42.5R，主要性能指標(biāo)見表1。

表1 水泥主要性能指標(biāo)

礦粉：唐山S95 礦粉，主要性能指標(biāo)見表2。

表2 礦粉主要性能指標(biāo)

粉煤灰：珠江電廠F 類Ⅱ級(jí)粉煤灰，主要性能指標(biāo)見表3。

表3 粉煤灰主要性能指標(biāo)

外加劑：聚羧酸外加劑。

水：自來水。

機(jī)制砂：主要性能指標(biāo)見表4。

河砂：東江中砂主要性能見表4。

根據(jù)國標(biāo)GB/T 14684-2011《建筑用砂》，從表4 可以看出機(jī)制砂MB 值為0.3，表明機(jī)制砂中底盤主要是石粉。從圖1 中可以看出河砂級(jí)配曲線在2 區(qū)范圍內(nèi)，當(dāng)篩孔粒徑大于等于1.18mm 時(shí)，曲線斜率較小，當(dāng)篩孔粒徑小于1.18mm 時(shí)，曲線斜率明顯增大，說明河砂中細(xì)顆粒較多。機(jī)制砂級(jí)配曲線中2.36mm 和0.15mm 篩均超過2 區(qū)曲線，當(dāng)篩孔粒徑大于等于1.18mm 時(shí)，曲線斜率不斷增大，當(dāng)粒徑大于1.18mm 小于0.3mm 時(shí)，曲線斜率減小，當(dāng)粒徑大于0.3mm 時(shí)，斜率又增大，說明機(jī)制砂級(jí)配中間區(qū)域占整體比較少，兩邊較大占比較大。表中看出機(jī)制砂底盤和0.15mm 篩分計(jì)篩余率之和為29.5%遠(yuǎn)大于河砂的16.2%。

表4 機(jī)制砂和河砂主要性能指標(biāo)

圖1 機(jī)制砂和河砂篩分曲線

2.2 試驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)在C30 混凝土配合比基礎(chǔ)上，通過改變機(jī)制砂對(duì)河砂的替代率來研究機(jī)制砂對(duì)C30 混凝土的工作性能和力學(xué)性能的的影響，從而研究機(jī)制砂在混凝土中最佳替代率。試驗(yàn)配合比見表5。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

不同替代率下C30 混凝土各項(xiàng)物理性能以及抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)對(duì)比見表6。本文試驗(yàn)方法參考GB50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》、GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》。

表5 試驗(yàn)配合比

⑴從圖3、4 可以看出隨著機(jī)制砂摻量不斷提高，混凝土初始坍落度和擴(kuò)展度不斷減小，1.5h 的坍落度和擴(kuò)張度損失也成不斷增大的趨勢(shì)。這是由于機(jī)制砂顆粒多棱角，流動(dòng)阻力大，要達(dá)到相同的流動(dòng)性需要較多的漿體潤滑，機(jī)制砂顆粒粗糙的表面特性也增加了對(duì)用水量和漿體的需求。尤其機(jī)制砂底盤和0.15mm 篩篩余總共占機(jī)制砂質(zhì)量29.5%，遠(yuǎn)大于規(guī)范要求15%。石粉含量的增大一方面彌補(bǔ)了機(jī)制砂表面粗糙的缺點(diǎn)，有利于減少機(jī)制砂與碎石之間的摩擦，改善混凝土拌和物的和易性。但當(dāng)石粉含量增加過多，由于石粉的表面積遠(yuǎn)大于機(jī)制砂的表面積，必然會(huì)使包裹其用水量增加，當(dāng)用水量不足時(shí)，它的引入會(huì)增加漿體的粘滯性，從而使混凝土拌和物的粘聚性增加，降低混凝土拌和物的坍落度和擴(kuò)展度［3］。

⑵從表6 可以看出隨著機(jī)制砂摻量不斷增大，混凝土表觀密度不斷增大。從表中可以看出機(jī)制砂表觀密度較河砂略大，又由于機(jī)制砂中底粉較多，同體積下石粉可以更好的填充于混凝土間隙中，從而使混凝土更加密實(shí)，提高其表觀密度。

表6 試驗(yàn)結(jié)果

圖2 不同替代率下混凝土抗壓強(qiáng)度

圖3 不同替代率下混凝土坍落度

圖4 不同替代率下混凝土擴(kuò)展度

⑶從圖2 可以看出，當(dāng)機(jī)制砂摻量不大于70%，混凝土抗壓強(qiáng)度強(qiáng)度曲線斜率不斷增大，表明混凝土強(qiáng)度不斷地增長，當(dāng)摻量大于70%時(shí)曲線趨于平緩，強(qiáng)度增長效果不明顯。這是因?yàn)闄C(jī)制砂中的石粉在水泥水化剛開始時(shí)，和水泥水化產(chǎn)生的Ca(OH)2和C－S－H 發(fā)生了晶核反應(yīng)，使其中的熟料礦物水化，對(duì)其早期混凝土強(qiáng)度有所改善。同時(shí)機(jī)制砂中的石粉，還可以對(duì)水泥顆粒堆積密度進(jìn)行一定的改進(jìn)，使硬化漿體以及界面過渡區(qū)的密實(shí)度變得更高，讓機(jī)制砂混凝土的強(qiáng)度得到大幅度提升[4］。

4 結(jié)論

⑴當(dāng)摻入機(jī)制砂時(shí)由于機(jī)制砂中石粉含量較高，為確?；炷亮己玫墓ぷ餍裕诓桓淖冇盟康那疤嵯?，勢(shì)必會(huì)增加混凝土外加劑的摻量。

⑵當(dāng)機(jī)制砂摻量超過70%時(shí)，對(duì)混凝土強(qiáng)度的增長影響不大，反而會(huì)嚴(yán)重影響混凝土的工作性。

⑶機(jī)制砂的摻入會(huì)在一定程度增大混凝土表觀密度，可通過其他方法減小混凝土表觀密度，從而不影響混凝土正常泵送?！?/p>