特細(xì)砂對(duì)混凝土性能的影響

張梅

（金華市龍鼎混凝土有限公司，浙江 金華 321031）

0 前言

當(dāng)前混凝土作為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)材料的需求高居不下，砂石原材料供應(yīng)持續(xù)緊張，尤其是天然砂資源日益枯竭，加上環(huán)保限采，使得優(yōu)質(zhì)砂石材料更加短缺，大量細(xì)度模數(shù)在 1.0 以下的特細(xì)砂流入市場(chǎng)。由于特細(xì)砂粒徑較小、級(jí)配較差，在配制混凝土過(guò)程如不控制用量會(huì)造成混凝土流動(dòng)性和保坍性能損失，影響混凝土強(qiáng)度和耐久性[1]。從利于生產(chǎn)和環(huán)保角度出發(fā)，不少學(xué)者對(duì)特細(xì)砂混凝土生產(chǎn)進(jìn)行了卓有成效的研究，為特細(xì)砂的應(yīng)用了提供良好指導(dǎo)，但多集中在特細(xì)砂自身特性如細(xì)度模數(shù)、含泥量等，而影響混凝土生產(chǎn)的其他因素如水膠比、環(huán)境溫度等因素需要更多探討。

合適的水膠比對(duì)于保證混凝土工作性能和強(qiáng)度至關(guān)重要，本文通過(guò)研究在不同水膠比條件下，摻特細(xì)砂對(duì)混凝土工作性能和強(qiáng)度的影響，為特細(xì)砂的應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

（1）水泥為海螺 P·O42.5 水泥，水泥的性能指標(biāo)見表 1。粉煤灰為 Ⅱ 級(jí)灰，需水比為 97%。礦粉為S95，比表面積為 398m2/kg。

（2）特細(xì)砂為河砂，根據(jù)試驗(yàn)要求，選擇不同細(xì)度模數(shù)的特細(xì)砂，不同含泥量細(xì)砂由原砂經(jīng)過(guò)水洗干燥后篩余 75μm 以下泥粉，根據(jù)需要獲得不同含泥量的特細(xì)砂。機(jī)制砂為石灰?guī)r破碎而成，細(xì)度模數(shù)為 3.0，石粉含量為 9%，MB 值 2.0。

（3）石子由小石和大石按照一定比例混合得到的連續(xù)級(jí)配（5～25mm），壓碎值 9%。

（4）外加劑采用科之杰減水劑，固含量為 15%，推薦摻量為 1.0%～3.0%。

表 1 水泥的性能指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)方法

（1）摻入特細(xì)砂后的混合砂細(xì)度模數(shù)參照 GB/T 14684—2011《建筑用砂》進(jìn)行測(cè)試。

（2）按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)試混凝土拌合物的擴(kuò)展度、坍落度以及經(jīng)時(shí)坍落度損失。

（3）按照 GB/T 50081—2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，將拌和好的混凝土成型 100mm 100mm 100mm 混凝土試件，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)（溫度(20±2)℃，相對(duì)濕度為 95%），測(cè)定混凝土 7d、28d抗壓強(qiáng)度。

（4）采用 C30 配合比，基準(zhǔn)組膠凝材料的用量為340kg/m3，砂率為 48%，中砂為全機(jī)砂，外加劑摻量為2.1%，固定外加劑用量，采用給定水膠比進(jìn)行試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 特細(xì)砂摻量對(duì)混合砂細(xì)度模數(shù)的影響

選用特細(xì)砂細(xì)度模數(shù)為 0.8，機(jī)制砂初始細(xì)度模數(shù)為 3.0，特細(xì)砂的加入會(huì)增加混合砂中細(xì)顆粒粉料的比例，進(jìn)而對(duì)混合砂的細(xì)度模數(shù)和顆粒級(jí)配造成影響，對(duì)不同特細(xì)砂摻量的混合砂進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見表 2。

表 2 混合砂細(xì)度模數(shù)

表 2 結(jié)果顯示，特細(xì)砂摻入對(duì)混合砂級(jí)配影響較大，細(xì)顆粒的增多使得混凝土細(xì)度模數(shù)降低[2]，增加特細(xì)砂摻量可以對(duì)機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)進(jìn)行有效調(diào)節(jié)。

2.2 水膠比對(duì)混合砂混凝土性能的影響

水膠比是影響混凝土工作性能和力學(xué)性能的重要指標(biāo)，同樣對(duì)混凝土服役安全和耐久性產(chǎn)生影響。采用通過(guò)改變用水量來(lái)改變混凝土的水膠比，對(duì)摻入特細(xì)砂（細(xì)度模數(shù) 0.8）后混合砂混凝土工作性能和強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見表 3。

表 3 結(jié)果顯示，水膠比為 0.40、0.45 時(shí)，相同水膠比特細(xì)砂摻量提高，混凝土初始工作性能先增加后降低，在特細(xì)砂摻量 20% 時(shí)，混凝土初始坍落度和擴(kuò)展度最大，且相對(duì)全機(jī)砂混凝土和摻特細(xì)砂 40% 混凝土，1h 混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失也較小。這是因?yàn)檫m量特細(xì)砂的加入改善了集料的顆粒級(jí)配，對(duì)集料的包裹性和粘聚性增加，混凝土和易性改善。當(dāng)水膠比為 0.50、0.55，特細(xì)砂摻量提高，混凝土初始工作性能降低不大，混凝土經(jīng)時(shí)損失相比水膠比較低時(shí)相對(duì)較小。對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度而言，水膠比提高，都使得混凝土強(qiáng)度降低，當(dāng)特細(xì)砂摻量 20%，混凝土各水膠比強(qiáng)度相比全機(jī)砂混凝土要高，這是因?yàn)檫m當(dāng)摻量特細(xì)砂提高了混凝土的密實(shí)度，從而使得混凝土抵抗荷載的能力增強(qiáng)。

表 3 混合砂混凝土工作性能和強(qiáng)度結(jié)果

表 4 水膠比對(duì)摻不同細(xì)度模數(shù)特細(xì)砂混凝土性能的影響

2.3 同摻量下水膠比對(duì)摻不同細(xì)度特細(xì)砂對(duì)混凝土性能的影響

特細(xì)砂的細(xì)度對(duì)混合砂的級(jí)配產(chǎn)生影響，砂細(xì)度不同對(duì)水分的包裹及釋放能力也會(huì)有所差異。設(shè)定特細(xì)砂同質(zhì)量取代機(jī)制砂 20%，研究了不同水膠比情況下，特細(xì)砂細(xì)度模數(shù)對(duì)混凝土性能的影響，測(cè)試結(jié)果見表 4。

表 4 結(jié)果顯示，相同水膠比情況下，特細(xì)砂適當(dāng)?shù)募?xì)度能夠改善混凝土的級(jí)配，進(jìn)而改善混凝土工作性能，當(dāng)特細(xì)砂細(xì)度模數(shù) 1.0 時(shí)，在不同用水量下的混凝土和易性均達(dá)到最佳，混凝土 1h 經(jīng)時(shí)保坍能力相對(duì)較強(qiáng)。用水量增加并未改善低細(xì)度特細(xì)砂混凝土的和易性，這是因?yàn)檩^多的細(xì)顆粒提高了漿體量，也增加了水分散失的速率。

水膠比增加，摻特細(xì)砂混凝土強(qiáng)度總體出現(xiàn)下降，但特細(xì)砂細(xì)度模數(shù) 1.0 時(shí)，混凝土流動(dòng)性改善，使得混凝土密實(shí)性改善，從而有利于混凝土強(qiáng)度提高。

表 5 水膠比對(duì)不同含泥量特細(xì)砂混凝土性能的影響

2.4 特細(xì)砂含泥量對(duì)不同水膠比混合砂混凝土性能的影響

當(dāng)前河砂開采越來(lái)越困難，含泥量高的河砂也逐漸充斥市場(chǎng)。泥粉自身容易吸水膨脹，且對(duì)外加劑容易產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)吸附[3,4]。設(shè)定特細(xì)砂摻量 20%，通過(guò)外摻泥粉獲得含泥量 0%、2.5%、5.0%、10% 的特細(xì)砂，研究進(jìn)行不同水膠比試驗(yàn)，結(jié)果見表 5。

從表 5 結(jié)果可知，特細(xì)砂含泥量增多，會(huì)阻礙混凝土的流變性能，使得混凝土初始坍落度和擴(kuò)展度降低，同時(shí)由于泥粉自身易吸水膨脹，對(duì)外加劑產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)吸附，使得混凝土保坍能力降低。對(duì)于含泥量較多的特細(xì)砂，適當(dāng)增加用水量有利于混凝土的流動(dòng)，但對(duì)混凝土坍損并無(wú)幫助。

對(duì)于混凝土強(qiáng)度結(jié)果，同水膠比，特細(xì)砂含泥量增加，混凝土強(qiáng)度遞減，含泥量低于 2.5% 略有下降，之后混凝土強(qiáng)度快速損失。同含泥量的特細(xì)砂，增加用水量使得混凝土空隙率增多，抵抗荷載的能力下降。

3 結(jié)論

（1）特細(xì)砂摻入能改變混合砂的顆粒級(jí)配，對(duì)混合砂的細(xì)度模數(shù)造成影響。

（2）同水膠比時(shí)適量的特細(xì)砂（20%）能夠高混凝土的和易性和保坍能力，強(qiáng)度也有所增加。水膠比提高，對(duì)于高摻量特細(xì)砂初始工作性能有一定改善作用，但對(duì)混凝土強(qiáng)度發(fā)展不利。

（3）水膠比增加，摻同細(xì)度特細(xì)砂混凝土強(qiáng)度下降，但同水膠比，當(dāng)特細(xì)砂細(xì)度模數(shù) 1.0 時(shí)，混凝土和易性良好，混凝土 7d 和 28d 強(qiáng)度優(yōu)良。

（4）特細(xì)砂含泥對(duì)混凝土工作性能和強(qiáng)度帶來(lái)負(fù)面影響，水膠比提高對(duì)于高含泥特細(xì)砂初始工作性能有一定改善作用，但易造成混凝土強(qiáng)度損失，因此需要嚴(yán)格控制特細(xì)砂含泥量。