泵送混凝土中的超細(xì)砂最佳摻量研究

(河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院，河南平頂山 467000)

1 引 言

“十三五”以來，泵送混凝土行業(yè)得到了長足發(fā)展，預(yù)計未來幾年砂漿用量仍會繼續(xù)增大，目前砂石資源的開采與利用情況十分緊張，其價格處于不斷飆升的狀態(tài)。采用超細(xì)砂作為泵送混凝土細(xì)骨料替代物可有效緩解目前用砂緊張的局面。

在泵送混凝土的利用方面，國內(nèi)許多專家學(xué)者已有了一定的研究：齊海變[1]對C30泵送混凝土進行了配合比設(shè)計并將其進行應(yīng)用，引入了粉煤灰作為摻合料，并摻加適量的引氣劑，提升了其泵送性能，減少水泥的摻加。另外蘇龍泉[2]等人對泵送混凝土也有了一定的探索，而在超細(xì)砂應(yīng)用于混凝土方面也有了一定的成果。鄧橋[3]和張云飛[4]等人對超細(xì)砂的合理利用提供了一定的建議。

本文為得出泵送混凝土中超細(xì)砂的最佳摻量，制備五種強度等級的泵送混凝土，分別為C20～C60。通過綜合對比其可泵性、坍落度、擴展度、粘聚性以及保水性等方面性能，確定各強度等級泵送混凝土中的超細(xì)砂最佳摻量，為實際工程的應(yīng)用提供了一定的參考。

2 泵送混凝土的原材料

2.1 水泥

本試驗采用P·O 42.5普通硅酸鹽水泥，對該水泥中的化學(xué)成分進行分析，其結(jié)果如下表1所示，隨后實測了該水泥的各項力學(xué)指標(biāo)，均滿足要求。

2.2 粉煤灰

粉煤灰是煤粉在生產(chǎn)過程中，燃燒后得到的粉末或者顆粒狀產(chǎn)物。在泵送混凝土中加入適量的粉煤灰，可以增強其抗裂的性能，可以促進其粘聚性的發(fā)展，并能增強其流動性，此外，粉煤灰還能夠顯著降低混凝土凝結(jié)硬化過程中產(chǎn)生的熱量。本試驗優(yōu)選是I級F類高性能粉煤灰，其密度是2160kg/m3，細(xì)度是6.9%，燒失量是0.75%，需水量比是94.1%；其主要性能指標(biāo)見下表2。

2.3 粗骨料

本試驗在制備泵送混凝土?xí)r所采用的試模尺寸為邊長100mm的立方體，為達到泵送混凝土粗骨料尺寸要求，確定粗骨料是連續(xù)級配的石子，其尺寸為6mm～24mm。為了獲得該級配石子，選用6mm～12mm以及12mm～24mm兩種粗骨料按1:2的比例進行混合。經(jīng)測定，該粗骨料的含泥量為0.84%，并且其中的針、片狀顆粒含量在8%以下，能夠滿足強度要求。

2.4 外加劑

為防止混凝土凝結(jié)過程中產(chǎn)生各類不良反應(yīng)，試驗中設(shè)計的泵送混凝土配合比過程中選用的減水劑是萘系高效減水劑，其減水效率高，并且不含氯離子，不會對鋼筋造成腐蝕；其減水效率可以達到15%以上，可顯著提升混凝土的密實性和耐久性。

2.5 細(xì)骨料

本試驗中所選用的細(xì)骨料著重考慮了黃河流域的大量超細(xì)砂，同時綜合考慮了泵送混凝土中的各方面性能表現(xiàn)，最終決定將超細(xì)砂與人工機制砂按照一定的比例進行摻配使用。

3 泵送混凝土的配合比設(shè)計

泵送混凝土配合比設(shè)計的本質(zhì)就是按照有關(guān)規(guī)定以及對應(yīng)的工程項目具體情況，同時還要考慮到施工現(xiàn)場的條件等因素，對泵送混凝土中的不同原材料重量比例進行設(shè)計。通過不斷調(diào)整其比例，達到泵送混凝土滿足強度要求、耐久性要求以及施工過程中需要關(guān)注的活易性要求。此外需要著重注意的是，本文涉及到的泵送混凝土還要滿足可泵性要求，也就是對其流動性有著更高的要求。在其運輸經(jīng)過泵送管道的過程中，不得有離析或者堵塞的情況產(chǎn)生。

泵送混凝土各原材料按照以下原則進行設(shè)計：其水灰比最低可以設(shè)置成0.42，最高不能超過0.58；其砂率最低可以設(shè)置成39%，最高不能超過44%；對上文中所提到的有關(guān)粗骨料的粒徑要求進行嚴(yán)格限定，為了防止發(fā)生泵送管道堵塞的情況，設(shè)計得到的泵送混凝土坍落度最低可以為160mm，最高不得超過210mm。

為了得到不同強度等級的泵送混凝土超細(xì)砂最佳摻量，本文設(shè)計了5個強度等級的泵送混凝土試件，具體包括C60、C50、C40、C30以及最低強度等級的C20混凝土。同時為了減少誤差影響，每組強度等級混凝土制備有5組試件。在不斷調(diào)試超細(xì)砂摻加比例的過程中，綜合對比各組泵送混凝土試件的可泵性、坍落度、擴展度、粘聚性以及保水性等方面性能，確定各強度等級泵送混凝土中的超細(xì)砂最佳摻量。

4 泵送混凝土的制備

4.1 原材料的處理

(1)粗骨料處理

本文所采用的粗骨料尺寸為6mm～24mm，因為暫未找到該級配的石子專供商，故選取了6mm～12mm以及12mm～24mm兩種石子，在將其進行篩選清洗晾曬過后，依據(jù)其質(zhì)量，按照1:2的比例進行稱量，并將二者均勻混合后作為泵送混凝土的粗骨料備用。

(2)細(xì)骨料處理

針對本文中所提及的細(xì)骨料，綜合考慮了泵送混凝土中的各方面性能表現(xiàn)，最終將超細(xì)砂與人工機制砂按照一定的比例進行摻配使用。將超細(xì)砂和機制砂都進行清洗和晾曬，以去除其中的淤泥或者石粉，后續(xù)進行過篩，最終混合起來作為細(xì)骨料備用。

4.2 泵送混凝土拌合

采用雙軸攪拌機對泵送混凝土進行攪拌，單次的攪拌量設(shè)定為50L。在攪拌前按照設(shè)計比例準(zhǔn)確稱量，并依次投入攪拌機充分?jǐn)嚢璞ＷC其完全地混合起來。具體的投料順序為：先加入粗骨料和細(xì)骨料進行攪拌，待其攪拌均勻后；投入水泥和粉煤灰進行攪拌，待其攪拌均勻后；最后投入減水劑和拌合水的混合物進行最終攪拌。

在攪拌的過程中針對可能出現(xiàn)的各類問題進行處理：當(dāng)出現(xiàn)初拌干稠的情況時，例如粗細(xì)骨料不能完全地混合起來，針對這種情況，需要在攪拌前對攪拌機進行提前的潤濕處理，以防止其吸收拌合水引起混凝土干稠現(xiàn)象。當(dāng)出現(xiàn)泌水現(xiàn)象時，往往體現(xiàn)在粗骨料和細(xì)骨料單獨成塊，未與水泥漿完全混合，水泥漿處于稀薄狀態(tài)。針對這種情況要攪拌機掛漿方可解決，可以分兩次投入拌合水進行攪拌以達到充分混合的目的。當(dāng)出現(xiàn)坍落度過小的情況時，往往是因為水膠比過低導(dǎo)致的。針對這種情況需要另外計算得到其水膠比后再次拌合，直到泵送混凝土達到坍落度要求。

5 最佳摻量的確定

總體上來說，當(dāng)超細(xì)砂的摻量不斷上升時，5種泵送混凝土試件的總體強度值、坍落度以及擴展度都有著相對應(yīng)的影響，尤其是泵送混凝土試件的保水性以及粘聚性下降。

(1)C20泵送混凝土

制備的C20泵送混凝土坍落度隨超細(xì)砂比例的上升而提高；針對擴展度來說，當(dāng)其摻加比例為28%的時候，泵送混凝土試件擴展度可以達到最高點355mm，此時的坍落度值為175mm，同時發(fā)現(xiàn)強度值總體較低。當(dāng)超細(xì)砂的摻加比例為23%時，試件的擴展度可以達到328mm，對應(yīng)的坍落度是158mm，并且此時的抗壓強度相對較大。針對強度等級為C20的泵送混凝土其超細(xì)砂最佳摻加比例為23%。

(2)C30泵送混凝土

制備的C30泵送混凝土坍落度隨超細(xì)砂比例的上升而提高；針對擴展度來說，是先增后減的趨勢；試件的抗壓強度隨著超細(xì)砂摻加比例的提高而降低；綜合考慮其流動性和強度C30泵送混凝土中的超細(xì)砂最佳摻加比例為28%。

(3)C40、C50、C60的泵送混凝土

同理，針對C40、C50、C60 3種不同強度的泵送混凝土，綜合考慮新拌混凝土的流動性，包括定量的坍落度和擴展度，以及定性的粘聚性和保水性，并且考慮到硬化后混凝土的強度和耐久性，最終判斷出：C40泵送混凝土中的超細(xì)砂最佳摻加比例為33%；C50泵送混凝土中的超細(xì)砂最佳摻加比例為31%；C60泵送混凝土中的超細(xì)砂最佳摻加比例為29%。

6 結(jié) 論

(1)粗骨料選用連續(xù)級配的石子，其尺寸為6mm～24mm。為了獲得該級配石子，選用6mm～12mm以及12mm～24mm兩種粗骨料按1:2的比例進行混合；

(2)水灰比最低可以設(shè)置成0.42，最高不能超過0.58；其砂率最低可以設(shè)置成39%，最高不能超過44%；

(3)將超細(xì)砂與人工機制砂按照一定的比例進行摻配得到本文所需的細(xì)骨料；

(4)強度等級為C20、C30、C40、C50、C60的泵送混凝土超細(xì)砂最佳產(chǎn)量分別為：23%、28%、33%、31%以及29%。