機制砂配制C50 自密實混凝土的試驗研究

王文林，朱寶貴，胡正陽， 朱妍，吳浩，吳思玥

（1.鹽城市潤鹽環(huán)保建材有限公司，江蘇 鹽城 224044；2.江蘇博拓新型建筑材料有限公司，江蘇 鹽城 224014）

0 引言

混凝土是建筑工程中用途最廣、用量最大的一種建筑材料。 隨著建筑業(yè)發(fā)展要求的日益增長，混凝土的使用量急劇增大，導致天然中砂資源匱乏。

自密實混凝土具有良好的工作性能、 力學性能、耐久性能，屬于高性能混凝土的一種，已被廣泛應(yīng)用。 自密實混凝土具有高流動性，澆筑時無須振搗，能夠依靠自身質(zhì)量流動，易于施工[1]。 在自密實混凝土中骨料體積分數(shù)占60%左右， 因此其對自密實混凝土的各項性能起著重要的作用。 自密實混凝土中的細骨料目前主要為級配Ⅱ區(qū)的中砂， 砂過粗或過細都會造成混凝土拌合物工作性能和力學性能的降低[2]。 與中砂相比，機制砂具有細度模數(shù)大、顆粒粗糙、級配不良、石粉含量高等缺點[3-5]，適量摻入細砂能夠在一定程度上彌補機制砂性能上的不足，同時調(diào)控砂的顆粒級配，因此研究混合砂自密實混凝土的配制技術(shù)， 具有重要的指導意義。

試驗研究了機制砂和細砂混合比例、 砂率、機制砂石粉含量對C50 自密實混凝土V 型漏斗通過時間、擴展時間T50、坍落擴展度和28 d 抗壓強度的影響，并成功配制出了C50 機制砂自密實混凝土。

1 試驗原材料與方法

1.1 原材料的選擇

（1）水泥：采用江蘇磊達股份有限公司生產(chǎn)的P.II52.5 級水泥，其性能指標見表1。

（2）礦粉：采用鹽城華港環(huán)保建材有限公司生產(chǎn)的S95 級礦粉，其性能指標見表2。

表1 水泥的物理力學性能

表2 礦粉的主要性能指標

（3）粉煤灰：采用鹽城鼎力新材料有限公司生產(chǎn)的I 級粉煤灰，需水量94%，細度11.2%，燒失量3.2%。

（4）外加劑：江蘇蘇博特新材料股份有限公司生產(chǎn)的PCA-1 聚羧酸高效減水劑。

（5）粗骨料：碎石采用兄弟礦業(yè)生產(chǎn)的5～20 mm連續(xù)級配碎石，泥含量0.2%，壓碎值8.6%，針片狀含量6.2%。

（6）細骨料：采用兄弟礦業(yè)生產(chǎn)的機制砂和天然細江砂，其性能指標見表3。

表3 細骨料主要性能指標

1.2 試驗方法

（1）拌合物V 型漏斗通過時間、擴展時間T50、坍落擴展度

坍落度是評價混凝土拌合物流動性的最常用的方法，但對于自密實混凝土而言，采用坍落度評價拌合物的流變性存在著一定的缺陷。本次試驗混凝土拌合物性能采用V 型漏斗通過時間、 擴展時間T50、坍落擴展度這三個指標進行綜合評價。 試驗按CECS203:2006《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》進行。

（2）混凝土抗壓強度

抗壓強度按GB/T 50081—2002 《普通混凝土力學性能試驗方法標準》 進行檢測， 試件尺寸為150 mm×150 mm×150 mm 立方體。

2 試驗配合比的確定

2.1 機制砂與細砂混合比例的確定

配制自密實混凝土宜采用級配II 區(qū)中砂， 機制砂、細砂均不符合要求，因此將機制砂和細砂按不同比例進行混合， 選取符合級配II 區(qū)中砂要求的混合比例進行試驗，機制砂和細砂混合篩分結(jié)果見表4。

表4 機制砂與細砂混合試驗結(jié)果

參照《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標準》（JGJ52—2006）, 可以看出表4 中試驗編號為JS3、JS4、JS5、JS6 符合II 區(qū)中砂要求。

2.2 自密實混凝土配合比的確定

（1）C50 自密實混凝土性能要求

表5 為CECS203:2006 《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中關(guān)于自密實混凝土的坍落擴展度、擴展時間T50 和V 型漏斗通過時間等性能的要求。

表5 C50 自密實混凝土性能要求

（2）C50 自密實混凝土基準配合比

按CECS203:2006 《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》相關(guān)要求確定進行配合比設(shè)計，表6 為C50 自密實混凝土基準配合比。

表6 C50 自密實混凝土基準配合比

3 試驗結(jié)果及結(jié)果分析

3.1 機制砂與細砂混合比例對混凝土性能的影響

圖1 為不同機制砂和細砂混合比例配制的C50 自密實混凝土的坍落擴展度、T50 時間、V 型漏斗通過時間和28 d 抗壓強度。由圖1 可知，坍落擴展度、T50 時間、28 d 抗壓強度均能滿足設(shè)計要求，而V 型漏斗通過時間，僅機制砂和細砂混合比例6:4 和5:5 的兩組試驗?zāi)軡M足設(shè)計要求。 隨著機制砂和細砂混合比例的減小， 混合砂細度模數(shù)降低，同時混合砂中粗糙顆粒含量降低，有利于提高拌合物的工作性能；但當細砂含量增加到一定程度時，混合砂的比表面積急劇增大，需潤濕的漿體量增加，富余漿體減少，從而導致混凝土拌合物的工作性能下降。

圖1 機制砂和細砂混合比例對C50 自密實混凝土性能的影響

3.2 砂率對混凝土性能的影響

圖2 為不同砂率（45%、48%、51%、54%）配制的C50 自密實混凝土的坍落擴展度、T50 時間、V型漏斗通過時間和28 d 抗壓強度。圖2 可知，隨著砂率的增加，混凝土的抗離析性能變好，坍落擴展度也逐漸變大， 砂率在48%~54%對T50 時間影響不大。砂率對混凝土工作性能的影響是基于砂漿對粗骨料的包裹性，在漿體富足的條件下，隨著砂率的增加，砂漿量不斷增加，從而提升了拌合物的工作性能。 砂率對混凝土28 d 抗壓強度的影響變化比較明顯，在砂率為48%時抗壓強度達到最大，而砂率為54%時， 混凝土28 d 抗壓強度低于設(shè)計強度；合適的砂率能夠有效降低骨料的空隙率，提高混凝土的密實度，因此砂率過高或過低都會對混凝土的抗壓強度產(chǎn)生影響。

圖2 砂率對C50 自密實混凝土性能的影響

3.3 機制砂石粉含量對混凝土性能的影響

圖3 為不同石粉含量的混合砂（3%、5%、7%、9%） 配制的C50 自密實混凝土的坍落擴展度、T50時間、V 型漏斗通過時間和28 d 抗壓強度。 由圖3可知，隨著石粉含量的增加，混凝土的流變性、抗離析性能、抗壓強度均有所提高，當石粉含量達9.0%時，混凝土的各項性能均大幅度下降。 機制砂石粉含量對混凝土拌合物工作性能的影響主要表現(xiàn)在兩個方面： ①石粉小于0.08 mm 的細小顆粒，其加入混凝土中能夠填充部分細小空隙，彌補機制砂粒型缺陷，減少骨料之間的摩擦阻力，起到一定的潤滑作用；②機制砂石粉含量的增加會使用水量增加，在用水量一定的條件下，混凝土拌合物自由水減少，從而加大了混凝土拌合物的粘度。 如果上述正面作用占據(jù)優(yōu)勢，則改善混凝土拌合物的工作性能，否則降低混凝土拌合物的工作性能。因此，選擇合理的機制砂石粉含量對配制自密實混凝土非常重要。

圖3 砂石粉含量對C50 自密實混凝土性能的影響

隨著石粉含量的增加， 混凝土28 d 抗壓強度呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢。砂石粉含量對混凝土28 d 抗壓強度的影響主要表現(xiàn)在三個方面：①石粉本身并非完全惰性，還能與水泥中某些成分進行水化反應(yīng)，提高混凝土強度；②石粉含有大量的細小顆粒，能夠發(fā)揮微細集料效應(yīng)，填充混凝土內(nèi)部空隙，提高混凝土強度；③過多的石粉會附著混凝土的界面過渡區(qū)， 削弱界面過渡區(qū)的粘結(jié)強度，從而降低混凝土強度。

4 結(jié)論

（1）當機制砂和細砂混合比例為6:4 和5:5 時，可以配制出性能優(yōu)異的C50 自密實混凝土。

（2）機制砂的砂率對C50 自密實混凝土的工作性能、力學性能影響最為顯著，當砂率為48%時，自密實混凝土的抗壓強度最大，為63.8 MPa。

（3）機制砂石粉在5%左右時有利于改善C50 自密實混凝土工作性能，提高其抗壓強度。