砂對(duì)自密實(shí)混凝土流動(dòng)性影響的研究

（中鐵一局集團(tuán)陜西卓信工程檢測(cè)有限公司，陜西 西安 710100）

0 前言

自密實(shí)混凝土指混凝土拌合物不需要振搗，僅依靠自重即能充滿模板、包裹鋼筋并能夠保持不離析和均勻性，達(dá)到充分密實(shí)和獲得最佳性能的混凝土。自密實(shí)混凝土廣泛應(yīng)用于 CRTSⅢ 型板式無(wú)砟軌道填充層，與預(yù)制軌道板形成復(fù)合板式結(jié)構(gòu)共同受力[1]。在施工階段，不需人工額外振搗密實(shí)，依靠自重充模、密實(shí)。硬化后，具有一定強(qiáng)度，能抵抗外部環(huán)境侵蝕。在自密實(shí)混凝土中，60%～70% 的體積是由骨料組成的，選擇合適的骨料對(duì)于自密實(shí)混凝土的拌合物性能和硬化性能有著重要的影響[2]。河砂作為細(xì)骨料是自密實(shí)混凝土中的重要組成材料，在施工現(xiàn)場(chǎng)砂來(lái)源多變、粗細(xì)程度、含泥量等變化情況較多，自密實(shí)混凝土拌合物的出機(jī)性能對(duì)自密實(shí)混凝土的灌注質(zhì)量有較大的影響[3]。本文針對(duì)河砂的細(xì)度模數(shù)、含泥量、砂率等對(duì)自密實(shí)混凝土拌合物流動(dòng)性、保坍性和含氣量等因素進(jìn)行研究，對(duì)自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)及施工可以提供借鑒。

1 原材料與試驗(yàn)方法

普通硅酸鹽水泥：天瑞集團(tuán)周口水泥有限公司P·O42.5 水泥；礦粉：安鋼集團(tuán)信陽(yáng)鋼鐵有限責(zé)任公司 S95 級(jí)礦粉；河砂：產(chǎn)自河南信陽(yáng)羅山，含泥量≤2%；膨脹劑：武漢源錦建材科技有限公司；粘度改性材料：湖北木之君工程材料有限公司；石子：河南禹州；聚羧酸高性能減水劑和引氣劑：均產(chǎn)自深圳邁地砼外加劑有限公司。

擴(kuò)展度、擴(kuò)展時(shí)間 T500和含氣量按 Q/CR 596—2017《高速鐵路 CRTS Ⅲ 型板式無(wú)砟軌道自密實(shí)混凝土》進(jìn)行測(cè)試。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同細(xì)度模數(shù)砂的配制

砂的細(xì)度模數(shù)對(duì)自密實(shí)混凝土性能影響較大，砂子的細(xì)度模數(shù)不應(yīng)大于 2.7[4]，為了對(duì)比砂子細(xì)度模數(shù)對(duì)自密實(shí)混凝土性能的影響，選擇三種粗細(xì)模數(shù)的砂子作為基礎(chǔ)砂源，細(xì)度模數(shù)分別為 1.70、2.75、4.42，圖1 為顆粒級(jí)配曲線，利用三種基礎(chǔ)砂源配制細(xì)度模數(shù)為2.2～3.2 的砂，顆粒級(jí)配曲線見(jiàn)圖 2，砂的細(xì)度模數(shù)依次是 2.2、2.4、2.6、2.8、3.0 和 3.2，研究細(xì)度模數(shù)對(duì)自密實(shí)混凝土流動(dòng)性的影響規(guī)律。

圖1 基礎(chǔ)砂源的顆粒級(jí)配

圖2 不同細(xì)度模數(shù)砂的顆粒級(jí)配

2.2 最佳砂率

當(dāng)砂的細(xì)度模數(shù)為 2.2、減水劑摻量為 2.0%、引氣劑摻量為 0.5% 時(shí)，在基礎(chǔ)配合比（水泥:礦粉:膨脹劑:粘改劑:細(xì)骨料:粗骨料:減水劑:引氣劑:水=300:140:47:28:789:821:7.725:2.575:180）上，保持混凝土表觀密度和其他材料不變，調(diào)整砂率，改變砂石用量，自密實(shí)混凝土的配合比及其工作性能見(jiàn)表 1。測(cè)試混凝土拌合物性能隨砂率變化規(guī)律，圖 3 為細(xì)度模數(shù)為 2.2 的出機(jī)與90min 時(shí)擴(kuò)展度和擴(kuò)展時(shí)間變化曲線，由圖 3 可見(jiàn)，隨著砂率增加，擴(kuò)展度和 90min 擴(kuò)展度先增加后減小，T500和 90min T500先降低后增加，即存在最佳砂率，使自密實(shí)混凝土拌合物性能達(dá)到最佳，細(xì)度模數(shù)為 2.2時(shí)，最佳砂率為 49%。

表1 調(diào)整砂率，自密實(shí)混凝土的配合比及工作性能

圖3 細(xì)度模數(shù)為 2.2 混凝土的流動(dòng)性

2.3 細(xì)度模數(shù)對(duì)流動(dòng)性能的影響

選擇細(xì)度模數(shù)為 2.4、2.6、2.8、3.0 和 3.2 的配制砂，配制不同砂率的自密實(shí)混凝土配合比，測(cè)試其擴(kuò)展度、90min 擴(kuò)展度、T500和 90min T500，摸索最佳砂率，找到最佳配合比，最佳配合比見(jiàn)表 2。

由表 2 可見(jiàn)，細(xì)度模數(shù)在一定范圍內(nèi)，隨著細(xì)度模數(shù)的增加，自密實(shí)混凝土達(dá)到最佳性能，最佳砂率隨之增加，主要原因是隨著砂粗細(xì)程度增加，砂的比表面積減小，需要裹覆的漿體增加[5]，因此，最佳砂率不斷增加。當(dāng)砂子的細(xì)度模數(shù)小于 2.7 時(shí)，自密實(shí)混凝土的質(zhì)量可以通過(guò)調(diào)整混凝土的砂率得以保證，在細(xì)度模數(shù)為2.2 時(shí)其最佳砂率為 49%，在細(xì)度模數(shù)為 2.4 時(shí)其最佳砂率為 51%，在細(xì)度模數(shù)為 2.6 時(shí)其最佳砂率為 52%；當(dāng)砂子的細(xì)度模數(shù)大于 2.7 時(shí)，砂子里面的細(xì)顆粒含量相對(duì)較少，調(diào)整砂率就不能滿足自密實(shí)混凝土的性能，需要增加膠凝材料的用量來(lái)調(diào)整混凝土的質(zhì)量，在細(xì)度模數(shù)為 2.8 時(shí)其最佳砂率為 53%～55%，建議增加20～35kg/m3的膠凝材料用量，在細(xì)度模數(shù)為 3.0 時(shí)其最佳砂率為 56%～58%，增加 40～50kg/m3的膠凝材料用量，在細(xì)度模數(shù)為 3.2 時(shí)其最佳砂率為 59%～61%，增加 55～65 kg/m3的膠凝材料用量。

測(cè)定細(xì)度模數(shù)為 2.4、2.6、2.8、3.0 和 3.2 的配制砂，最佳配合比的流動(dòng)性和保坍性能，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。由表 3 可見(jiàn)，隨著細(xì)度模數(shù)增加，出機(jī)擴(kuò)展度和90min 擴(kuò)展度逐漸減小，出機(jī)擴(kuò)展時(shí)間逐漸增加，主要原因是細(xì)度模數(shù)越小，砂越細(xì)，比表面積大，需水量增加，表現(xiàn)擴(kuò)展度和 90min 擴(kuò)展度變小。

砂子的細(xì)度模數(shù)對(duì)混凝土的影響較大，在施工時(shí)應(yīng)保證細(xì)度模數(shù)的穩(wěn)定，否則細(xì)度模數(shù)波動(dòng)大會(huì)使混凝土的質(zhì)量發(fā)生大的變化，進(jìn)而影響現(xiàn)場(chǎng)的施工。

2.4 含泥量對(duì)流動(dòng)性能的影響

砂的含泥量對(duì)自密實(shí)混凝土拌合物的性能影響較大，含泥量在合格的范圍內(nèi)發(fā)生波動(dòng)，拌合物性能也會(huì)發(fā)生較大的變化。在基準(zhǔn)配合比（水泥:礦粉:膨脹劑:粘改劑:細(xì)骨料:粗骨料:減水劑:引氣劑:水=300:140:47:28:789:821:7.725:2.575:180）上，取顆徑小于 0.075mm 的粘土顆粒，按 1.4%、1.5%、1.6%、1.7%、1.8%、1.9%和 2.0% 的摻入到砂中，測(cè)定其流動(dòng)性和保坍性能，結(jié)果見(jiàn)表 3。圖 4 為砂的含泥量與自密實(shí)混凝土流動(dòng)性及保坍效果的變化關(guān)系，由圖 4 可見(jiàn)，在減水劑含量為1.6% 時(shí)，隨著含泥量的增加，擴(kuò)展度與 90min 擴(kuò)展度降低，含泥量小于等于 1.8% 時(shí)，下降趨勢(shì)比較平緩，含泥量大于 1.8% 時(shí)，下降趨勢(shì)急劇增加。隨著含泥量的增加，T500和 90min T500增加，含泥量大于 1.8% 時(shí)，90min T500不能達(dá)到要求。隨著砂含泥量的增加，要達(dá)到相應(yīng)流動(dòng)性和保坍效果，應(yīng)增加減水劑含量。

圖5 為砂的含泥量與自密實(shí)混凝土含氣量的變化關(guān)系，由圖 5 可見(jiàn)，含氣量隨著含泥量增加，先增加后下降，含泥量的增加不利于引氣劑發(fā)揮作用。

表3 砂含泥量對(duì)混凝土性能的影響

圖4 砂的含泥量與流動(dòng)性及保坍效果的關(guān)系

進(jìn)一步開(kāi)展含泥量與拌合物流動(dòng)性相關(guān)試驗(yàn)，得出進(jìn)一步結(jié)果，試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)砂的含泥量從 1.0%增長(zhǎng)到 2.0% 時(shí)，性能達(dá)到符合要求的情況下，減水劑的摻量從 1.2% 增加到 1.8%，而當(dāng)砂子的含泥量從2.0% 增長(zhǎng)到 2.2% 時(shí)，減水劑的摻量從 1.8% 增加到2.2%。砂子的含泥量每增加 0.4% 時(shí)，減水劑的摻量增加 0.2%。在同樣含泥量的情況下，減水劑的摻量相差0.2% 時(shí)，摻量大的自密實(shí)混凝土則會(huì)發(fā)生擴(kuò)展度比出機(jī)時(shí)變大，即擴(kuò)展度返大。

砂子含泥量應(yīng)不大于 2.0%，含泥量變化超過(guò) 0.3%時(shí)，自密實(shí)混凝土的出機(jī)性能及保坍效果將很難保證，否則應(yīng)及時(shí)調(diào)整減水劑的摻量和其他材料用量。

圖5 砂的含泥量與含氣量的關(guān)系

3 結(jié)論

砂的細(xì)度模數(shù)對(duì)自密實(shí)混凝土性能影響較大，存在最佳砂率，使自密實(shí)混凝土拌合物性能達(dá)到最佳；細(xì)度模數(shù)不大于 2.7 時(shí)，隨著細(xì)度模數(shù)的增加，自密實(shí)混凝土達(dá)到最佳性能，最佳砂率隨之增加；其他因素不變，砂子含泥量不大于 2.0%，含泥量變化不超過(guò) 0.3% 時(shí)，自密實(shí)混凝土的出機(jī)性能及保坍效果變化不大。

自密實(shí)混凝土對(duì)原材料比較敏感性，要求試驗(yàn)人員嚴(yán)把材料合格關(guān)，保證原材料合格，加強(qiáng)各種材料性能的對(duì)比分析，如原材料的性能變化過(guò)大，則需要及時(shí)對(duì)配合比進(jìn)行調(diào)整，以保證混凝土的質(zhì)量。