甘肅地區(qū)機(jī)制砂石粉含量及亞甲藍(lán)值對混凝土性能的影響

霍道平 朱效峰

（中交第二航務(wù)工程局有限公司第六工程分公司 湖北武漢 430080）

1 研究背景

甘肅地區(qū)處于黃土高原、青藏高原和內(nèi)蒙古高原的交匯地帶，地形狹長，天然河砂、江砂資源匱乏。隨著甘肅省內(nèi)基礎(chǔ)建設(shè)的投入不斷加大，對砂石料的需求逐年增加，現(xiàn)有河道的無序開采已嚴(yán)重影響防洪、污染水質(zhì)、影響景觀，并且合格的河砂數(shù)量越來越少，嚴(yán)重供不應(yīng)求，再加上長距離運(yùn)輸，單方價(jià)格逐漸飆升。黃河及其他支流是甘肅地區(qū)主要水源地，有國家級(jí)、省級(jí)、市級(jí)水生資源保護(hù)區(qū)22個(gè)，在國家“綠水青山就是金山銀山”的大環(huán)境下，對甘肅地區(qū)的環(huán)保也提出了新要求。

從經(jīng)濟(jì)和環(huán)保兩方面考慮，在甘肅地區(qū)采用機(jī)制砂取代天然砂配制混凝土已經(jīng)成為了必然趨勢。與國內(nèi)其他一些省份相比較而言，甘肅的機(jī)制砂使用起步較晚，因母巖品質(zhì)、加工設(shè)備和加工工藝不同，其石粉含量、亞加藍(lán)值、粒級(jí)分布等都存在著較大的差異，為此本文重點(diǎn)探討機(jī)制砂石粉含量變化及亞加藍(lán)值變化對機(jī)制砂混凝土工作性能和強(qiáng)度的影響。

2 試驗(yàn)材料與方法

2.1 試驗(yàn)原材料

各試驗(yàn)原材料如下：

（1）水泥：為成縣祁連山P.O.42.5水泥。

（2）粉煤灰：為甘肅鑫火建材有限責(zé)任公司生產(chǎn)的F類II級(jí)低鈣粉煤灰。

（3）粗、細(xì)集料：為麥積區(qū)東方鑫永采石廠生產(chǎn)的5～31.5mm連續(xù)級(jí)配碎石，細(xì)集料為麥積區(qū)東方鑫永采石廠生產(chǎn)的機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù)2.8。

（4）外加劑：為上海華登建材有限責(zé)任公司生產(chǎn)的聚羧酸HP400緩凝型減水劑。

2.2 混凝土配合比

通過試配確定試驗(yàn)用配合比具體如表1所示。

表1 混凝土配合比設(shè)計(jì)

2.3 試驗(yàn)方法

為了研究機(jī)制砂石粉含量和亞甲藍(lán)值對混凝土工作性能和強(qiáng)度的影響，通過篩分、按比例摻石粉以控制機(jī)制砂中石粉含量分別處為0%、3%、6%、9%、12%、15%、18%，通過對機(jī)制砂沖洗、按比例摻粘土事先調(diào)整機(jī)制砂亞甲藍(lán)值使其分別為 0g·kg-1、0.3g·kg-1、0.6g·kg-1、0.9g·kg-1、1.2g·kg-1、1.5g·kg-1、1.8g·kg-1、2.1g·kg-1。機(jī)制砂石粉含量和亞甲藍(lán)值分別按照《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E42—2005）中T0327、T0349規(guī)定的方法進(jìn)行測定[1]。

按上述表1的配合比試拌機(jī)制砂混凝土，只有機(jī)制砂石粉含量或亞甲藍(lán)值單一變量，分別試驗(yàn)出石粉含量變化對C30機(jī)制砂混凝土的工作性能（坍落度、擴(kuò)展度）和強(qiáng)度（7d和28d抗壓強(qiáng)度）的影響規(guī)律，不同亞甲藍(lán)值對C30機(jī)制砂混凝土的工作性能（坍落度、擴(kuò)展度）和強(qiáng)度（7d和28d抗壓強(qiáng)度）的影響規(guī)律?；炷涟韬衔锕ぷ餍阅埽ㄌ涠取U(kuò)展度）依據(jù)《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50080—2016）進(jìn)行測試，混凝土抗壓強(qiáng)度依據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081—2019）進(jìn)行測試。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 石粉含量變化分別對混凝土坍落度、擴(kuò)展度的影響

本文設(shè)計(jì)的石粉含量的試驗(yàn)變化值分別是0%、3%、6%、9%、12%、15%、18%，具體試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 不同石粉含量分別對混凝土坍落度、擴(kuò)展度的影響

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得出石粉含量變化分別對C30機(jī)制砂混凝土工作性能（坍落度、擴(kuò)展度）影響規(guī)律，具體分析如下：在機(jī)制砂石粉含量≤3%時(shí)由于細(xì)顆粒較少，保水性差，級(jí)配差，混凝土的工作性（和易性）較差，有輕微的泌漿現(xiàn)象。在機(jī)制砂中石粉含量3%～12%時(shí)細(xì)顆粒的比例適當(dāng)增加從而增大了整體比表面積，使混凝土拌合物黏聚性增強(qiáng)，保水性提高，離析泌水程度適當(dāng)減小，拌合物狀態(tài)較大改善，坍落度及擴(kuò)展度較好且呈遞增趨勢；其中機(jī)制砂石粉含量在9%～12%時(shí)拌制的混凝土工作性效果最好。但是當(dāng)石粉含量繼續(xù)增大時(shí)，由于細(xì)顆粒含量過大導(dǎo)致混凝土拌合物需水量明顯增加，對減水劑的吸附作用增加，在同一配比情況下漿體變得粘稠，流動(dòng)性變差，坍落度和擴(kuò)展度不同程度減小。

3.2 石粉含量變化對混凝土7d和28d抗壓強(qiáng)度的影響

根據(jù)石粉含量變化對混凝土工作性能（坍落度、擴(kuò)展度）的影響，在石粉含量為0%、3%、6%、9%、12%、15%、18%時(shí)分別成型試件，通過試驗(yàn)得出石粉含量變化對應(yīng)C30機(jī)制砂混凝土的7d和28d抗壓強(qiáng)度，見表3。

表3 石粉含量變化對混凝土（7d和28d）抗壓強(qiáng)度的影響

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析得出石粉含量變化對機(jī)制砂混凝土7d和28d抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律：當(dāng)石粉含量＜12%時(shí)，隨著機(jī)制砂石粉含量的增加，C30機(jī)制砂混凝土7d抗壓強(qiáng)度和28d抗壓強(qiáng)度均有小幅度提高；當(dāng)石粉含量＞12%時(shí)，隨著機(jī)制砂石粉含量的增加，C30機(jī)制砂混凝土7d抗壓強(qiáng)度和28d抗壓強(qiáng)度均有一定程度降低。原因?yàn)檫m量的石粉加入填充了水泥石結(jié)構(gòu)空隙，改善混凝土的密實(shí)性，提高混凝土強(qiáng)度；同時(shí)一部分石粉在堿環(huán)境下發(fā)生二次反應(yīng)，進(jìn)一步促進(jìn)混凝土的抗壓強(qiáng)度提高；但超過一定量的石粉加入時(shí)，多出的石粉便會(huì)降低水泥與集料的界面粘結(jié)強(qiáng)度形成薄弱界面并阻礙水泥的水化，從而降低了混凝土的早期強(qiáng)度。

3.3 亞加藍(lán)值變化對混凝土坍落度與擴(kuò)展度的影響

本文通過清洗機(jī)制砂和外摻粘土的方法，提前準(zhǔn)備調(diào)整好亞加藍(lán)值的機(jī)制砂，使亞加藍(lán)值處于所需的大小。在本文中所用機(jī)制砂亞加藍(lán)值分別為：0g·kg-1、0.3g·kg-1、0.6g·kg-1、0.9g·kg-1、1.2g·kg-1、1.5g·kg-1、1.8g·kg-1、2.1g·kg-1，見表 4。

表4 亞加藍(lán)值變化對混凝土坍落度與擴(kuò)展度的影響

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果總結(jié)出機(jī)制砂亞加藍(lán)值變化對混凝土坍落度和擴(kuò)展度的影響規(guī)律：相同配合比、其他材料不變條件下，隨著機(jī)制砂亞加藍(lán)值的增加混凝土坍落度和擴(kuò)展度均成下降趨勢，當(dāng)亞加藍(lán)值＞1.5g.kg-1后混凝土坍落度和擴(kuò)展度下降明顯且已不具備流動(dòng)性。原因分析：機(jī)制砂亞加藍(lán)值增加代表其中粘土成分增多，而粘土成分增加，粘土中物質(zhì)對外加劑和水分的吸附增加，使得水泥漿體流動(dòng)所需的水分減少，減水劑活性降低，混凝土流動(dòng)性下降。當(dāng)粘土物質(zhì)增加到一定程度即亞加藍(lán)值很大時(shí)，粘土物質(zhì)較強(qiáng)的吸附性使得外加劑功能性作用大幅降低，導(dǎo)致混凝土不具備流動(dòng)性，從流動(dòng)狀態(tài)變?yōu)樗苄誀顟B(tài)。

3.4 亞加藍(lán)值變化對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響（見表5）

根據(jù)表5總結(jié)出機(jī)制砂亞加藍(lán)值變化對混凝土7d和28d抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律：用同一配比、不同亞加藍(lán)值的機(jī)制砂拌制混凝土，成型試件并檢測其7d和28d抗壓強(qiáng)度，分析試驗(yàn)結(jié)果可得：不同亞加藍(lán)值機(jī)制砂對C30機(jī)制砂混凝土抗壓強(qiáng)度影響規(guī)律：隨著機(jī)制砂亞加藍(lán)值的增加，C30機(jī)制砂混凝土的7d抗壓強(qiáng)度、28抗壓強(qiáng)度呈總體降低趨勢，當(dāng)機(jī)制砂亞加藍(lán)值＜1.5g·kg-1時(shí)，影響不明顯，超過1.5g·kg-1會(huì)迅速下降。具體原因?yàn)闄C(jī)制砂亞加藍(lán)值增加，代表其中粘土成分增多，而粘土物質(zhì)的加入對水泥形成部分附著降低了水泥水化的比表面積，影響了水泥的水化，使得強(qiáng)度總體降低。

表5 亞加藍(lán)值變化對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

4 研究結(jié)論

（1）其它材料指標(biāo)合格，只有機(jī)制砂石粉含量單一變量情況下，C30機(jī)制砂混凝土的坍落度和擴(kuò)展度在機(jī)制砂石粉含量3%～12%時(shí)呈遞增趨勢，當(dāng)石粉含量＞12%時(shí)呈下降趨勢，且當(dāng)石粉含量在9%～12%時(shí)混凝土工作性能到最優(yōu)狀態(tài)。

（2）其它材料指標(biāo)合格，只有機(jī)制砂石粉含量單一變量情況下，C30機(jī)制砂混凝土抗壓強(qiáng)度在機(jī)制砂石粉含量＜12%時(shí)呈遞增趨勢，當(dāng)石粉含量超過12%時(shí)呈下降趨勢。

（3）其它材料指標(biāo)合格，只有機(jī)制砂亞加藍(lán)值單一變量情況下，C30機(jī)制砂混凝土坍落度、擴(kuò)展度、抗壓強(qiáng)度隨著機(jī)制砂亞加藍(lán)值的增加總體呈下降趨勢，當(dāng)亞加藍(lán)值＞1.5g·kg-1下降幅度大幅增加。

5 結(jié)束語

通過本文對機(jī)制砂的石粉含量和亞甲藍(lán)值對機(jī)制砂混凝土工作性能和強(qiáng)度的影響的闡述，希望為甘肅地區(qū)機(jī)制砂應(yīng)用從石粉含量和亞加藍(lán)值控制提供參考。