多級配砂搭配使用的作用機(jī)理

鄔錦斌 廖明飛 鐘海敏 譚廣源 梁朝軍 滕德旺

（1 廣東華南混凝土有限公司；2 佛山市政通混凝土制品有限公司）（3 廣州超力鐘村混凝土有限公司；4 清遠(yuǎn)市益強(qiáng)混凝土有限公司；5 東莞市華升混凝土有限公司）

多級配砂是指通過搭配海峽砂，石粉，機(jī)制砂按一定的比例混合使用，從而達(dá)到最佳級配。

海峽砂是在福建沿海、臺灣海峽區(qū)域開采的海砂，通過正規(guī)途徑合法合理開采并經(jīng)過淡化處理，符合相關(guān)法律法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求的淡化砂。

石粉（石屑）是碎石破碎過程經(jīng)篩分剩下的石粉和石屑。

機(jī)制砂是指通過制砂機(jī)和其它附屬設(shè)備加工而成的砂子。

1 各級配砂的篩分過程及原理

首先我們看看海峽砂的細(xì)度模數(shù)和篩分過程，見表1。

表1

通過表1 可以看出海峽砂顆粒單一，主要集中在0.6mm 及0.3mm 的篩孔，各占33%及60%，細(xì)度模數(shù)雖然有2.36，屬中細(xì)砂范圍，但級配區(qū)不符合II 區(qū)，也不符合Ⅲ區(qū)范圍，即使降低砂率混凝土拌合物仍會出現(xiàn)保水性差，滯后泌水等情況，不利于施工，泵送效果也不理想。

接著看看石粉的細(xì)度模數(shù)和篩分過程，見表2。

表2

如果單從細(xì)度模數(shù)上分析，該石粉屬中砂范圍，0.63mm 的篩在II 區(qū)，0.3mm 也在II 區(qū)，但其余各篩余量不在II 區(qū)范圍，并且0.3mm 的篩余量只有8.8%，但底盤卻有21%，造成0.6mm 以上的顆粒太多，中間區(qū)間太少，底盤含粉占比過多，用作混凝土需水量較大，外加劑摻量過高，使用成本和經(jīng)濟(jì)成本上都沒有優(yōu)勢。

我們再看看機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)和篩分過程，見表3。

從表3 可以看出機(jī)制砂基本在粗砂范圍，剛好在Ⅰ區(qū)的邊緣，通過試配并提高砂率，但拌制出來的混凝土和易性不夠理想，沒有光澤度，包裹性差，坍落度損失較快，整體漿量不夠，可泵性差。分析原因，主要是0.3mm的篩余量較小，0.15mm 及以下的細(xì)顆粒含量也不多，漿體量不足，需要增加膠凝材料的總量來改善混凝土和易性。

表3

在進(jìn)行多級配砂搭配試驗(yàn)過程中，也做了海峽砂跟石粉的搭配使用試驗(yàn)，取得較好的效果，并發(fā)表在相關(guān)雜志，在此不再細(xì)述海峽砂及石粉的搭配試驗(yàn)過程，本文重點(diǎn)介紹海峽砂、石粉、機(jī)制砂多級配砂的試驗(yàn)及搭配過程，同行讀者如需閱讀海峽砂跟石粉的搭配使用試驗(yàn)可搜索《海峽砂對混凝土性能的影響及控制措施》。

表4 是海峽砂、石粉、機(jī)制砂多級配砂按照一定的比例搭配篩分的過程，其比例為海峽砂:石粉:機(jī)制砂=27:28:45。

表4

經(jīng)篩分后的細(xì)度模數(shù)為2.91，屬中粗砂范圍，對照各篩余量符合II 區(qū)技術(shù)要求，0.30mm 篩余量在24.8%完全滿足泵送混凝土不少于15%要求，各顆粒級配分布較均勻，對配制泵送及其它普通混凝土均有幫助。

通過改善砂的級配區(qū)，從根本上解決混凝土的工作性，改進(jìn)混凝土的和易性、流動性和泵送性滿足客戶的需求。

2 設(shè)計(jì)思路及試驗(yàn)過程

在進(jìn)行各種砂搭配試驗(yàn)初期進(jìn)行很多組試驗(yàn)，按不同的比例摻入石粉及機(jī)制砂進(jìn)行篩分及混凝土試配，相互驗(yàn)證對混凝土拌合物性能的影響，畢竟材料搭配復(fù)雜，前期也沒有太多的使用案例可供參考，雖然之前也有海峽砂及石粉搭配使用的經(jīng)驗(yàn)，但現(xiàn)在材料更為復(fù)雜，而且品種多樣，所有的一切只能從試驗(yàn)中尋找答案。

最初期的設(shè)計(jì)思路是以海峽砂為主，石粉及機(jī)制砂為輔，石粉及機(jī)制砂的比例各占10%～15%，經(jīng)過多次的試配驗(yàn)證，基本能滿足使用要求。但在某一時期，一砂難求，用“瘋狂的砂子”來形容并不為過，最高價(jià)達(dá)300 多元/方，但仍處于有價(jià)無市狀態(tài)，又恰逢建筑高鋒期，供不應(yīng)求，建筑用砂市場亟待解決。

于是我們提出一個大膽的想法，是否可以不用砂，即把海峽砂取消，只用石粉及機(jī)制砂代替，但經(jīng)過試配驗(yàn)證，實(shí)踐應(yīng)用難度較大，混凝土用水量過高，外加劑摻量超過4.5%，并且坍落度損失過快，難以滿足施工要求。

然后只用機(jī)制砂拌制混凝土，通過提高砂率、增加膠凝材料、提高外加劑摻量等手段，但拌制出來的混凝土和易性仍不夠理想，整體漿量較少，混凝土表面看起來就是很多大顆粒的砂子，很澀，沒有光澤度，包裹性差，坍落度損失較快，剛出機(jī)還好，但很快就會失去流動性，可泵性難以滿足要求。

但我們并沒有放棄，再次回歸原點(diǎn)，把海峽砂的比例控制在50%，石粉+機(jī)制砂的比例控制在50%再次進(jìn)行試配驗(yàn)證，通過多次試配調(diào)試，混凝土初始狀態(tài)基本滿足施工要求，也在生產(chǎn)中實(shí)踐應(yīng)用可行。

為了進(jìn)一步提高混凝土的工作性及性價(jià)比，在保證質(zhì)量的前提下提高經(jīng)濟(jì)效益，最后選用以下方案：海峽砂+石粉的比例在55%，機(jī)制砂的比例在45%，以此為基礎(chǔ)做砂的篩分試驗(yàn)及混凝土試配，相互驗(yàn)證，得出的結(jié)果多級配砂的細(xì)度模數(shù)為2.91，混凝土的試驗(yàn)記錄如表5。

表5 （單位：kg)

試驗(yàn)結(jié)果及強(qiáng)度如表6。

表6

通過不同標(biāo)號的混凝土試配驗(yàn)證，多級配砂的比例（海峽砂27%:石粉28%:機(jī)制砂45%）是可行的，混凝土拌合物初始狀態(tài)良好，粘聚性及包裹性良，無泌水現(xiàn)象，通過調(diào)整外加劑的保坍性，兩小時內(nèi)坍損20mm 內(nèi)，總體和易性優(yōu)良。

圖1 初始坍落度215mm

圖2 初始擴(kuò)展度530mm

由于石粉中4.75mm 篩余量有12%，在設(shè)計(jì)配合比時應(yīng)適當(dāng)減少碎石用量，建議按10%的碎石用量扣除。機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)達(dá)3.68，屬粗砂范圍，砂率也要相應(yīng)提高，最后把石子的總量控制在950kg～980kg 之間進(jìn)行試配，混凝土拌合物可滿足泵送要求。

考慮到高標(biāo)號混凝土膠凝材料總量超過450kg，還有坍落度的經(jīng)時損失，試驗(yàn)中未摻入石粉，以海峽砂及機(jī)制砂雙摻使用，在保證混凝土工作性的同時，后期強(qiáng)度也有保障，實(shí)現(xiàn)較高的經(jīng)濟(jì)效益。

在試驗(yàn)階段剛好遇上冬季，氣溫較低，早期強(qiáng)度偏低，礦物摻合料摻量相對減少，以保證后期強(qiáng)度的發(fā)展，在后期也進(jìn)行大量跟蹤服務(wù)，到現(xiàn)場回彈，參與工地的驗(yàn)收，圖3、圖4 是部分跟蹤信息。

多級配砂的使用混凝土密實(shí)度較高，氣泡較少，對強(qiáng)度有幫助，我們也對強(qiáng)度發(fā)展進(jìn)行追蹤，發(fā)覺28 天后強(qiáng)度仍有較大增長，于是建議施工單位超過兩個月才進(jìn)行主體驗(yàn)收，合格率110%以上，受到施工單位的好評。

3 生產(chǎn)過程的控制

⑴機(jī)制砂的含水率一般都比較大，每班次檢測頻率不少于兩次，根據(jù)含水率的變化及時調(diào)整。

圖3 工地現(xiàn)場抽芯

圖4 混凝土芯樣

⑵如果新進(jìn)的機(jī)制砂含水率過高（超過10%以上）建議至少靜置12 小時，含水率相對穩(wěn)定再用。

⑶石粉的含水率不宜超2%，超過2%容易堵塞，很難配料，耽誤生產(chǎn)。

⑷石粉料倉及料稱應(yīng)配備震錘以方便投料。

⑤用水量會有所增加，需要提高外加劑摻量及改進(jìn)保坍性能，保持兩小時內(nèi)坍損在20mm之間。

⑹因外加劑摻量較高，要嚴(yán)密關(guān)注外加劑摻量的變化，加強(qiáng)出廠控制，防止混凝土離析。

4 總結(jié)

海峽砂、石粉、機(jī)制砂多級搭配，在行業(yè)內(nèi)屬于比較大膽的創(chuàng)新，大摻量石粉及機(jī)制砂并把海峽砂的用量控制在27%內(nèi)更是業(yè)內(nèi)的創(chuàng)舉。經(jīng)過多次的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐，從砂的篩分搭配到混凝土試配，互相取證，找到最佳搭配比例，把多級搭配的砂控制在中砂II 區(qū)范圍，混凝土拌合物各性能指標(biāo)基本滿足施工要求，既合理調(diào)配資源，又提高經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，同時響應(yīng)政府大力推廣發(fā)展機(jī)制砂的要求，這是一舉多得的舉措。

但在生產(chǎn)使用過程還會碰到許許多多的難題，譬如石粉的投料方式，機(jī)制砂的供貨保障，不同石場不同生產(chǎn)工藝生產(chǎn)出來的機(jī)制砂千變?nèi)f化，都要經(jīng)過試配重新驗(yàn)證，同時嚴(yán)格控制石粉及機(jī)制砂亞甲藍(lán)MB 值，MB 值過高吸附率過大，混凝土坍損過快，難以施工，對混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生不良影響。

任何新材料、新技術(shù)、新工藝的推廣都會有一個艱難的發(fā)展過程，需要從業(yè)者不斷的開拓創(chuàng)新，不斷的自我修正，自我完善，在響應(yīng)政府方針政策的同時提高經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，通過科學(xué)的手段解決在生產(chǎn)中碰到的技術(shù)難題，我相信只要我們堅(jiān)持不懈的努力，孜孜不倦的追求，即使較為復(fù)雜的技術(shù)難題也會迎刃而解，作為混凝土行業(yè)從業(yè)人員，我們都肩負(fù)著技術(shù)創(chuàng)新和質(zhì)量管理的重任，幸福都是奮斗出來的。