機(jī)制砂物理特性對水泥膠砂流變性能的影響及機(jī)理

王軍偉，安明喆，劉亞洲，王月，余自若

（1.北京交通大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，北京 100044；2.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量研究所，北京 100081）

鐵路建設(shè)里程長、對資源消耗量大，每公里新建鐵路約需混凝土細(xì)骨料2.5 萬t。近年來，隨著國內(nèi)環(huán)保要求提高、天然砂限采政策實(shí)施，符合鐵路標(biāo)準(zhǔn)的天然砂日益短缺，機(jī)制砂替代天然砂用作鐵路建設(shè)中混凝土用細(xì)骨料的趨勢越發(fā)明顯[1-2]。但鐵路沿線礦山地質(zhì)狀況復(fù)雜，機(jī)制砂母巖種類繁多以及機(jī)制砂生產(chǎn)工藝和設(shè)備的差異，導(dǎo)致機(jī)制砂關(guān)鍵物性參數(shù)波動(dòng)大。當(dāng)機(jī)制砂級配不良時(shí)，影響機(jī)制砂混凝土堆積狀態(tài)和孔隙率，從而導(dǎo)致機(jī)制砂混凝土和易性差，易發(fā)生泌水和離析[3-4]。郭丹等[5]研究了Ⅱ區(qū)機(jī)制砂不同級配對膠砂和混凝土性能和易性和強(qiáng)度的影響，發(fā)現(xiàn)采用Ⅱ區(qū)上限偏細(xì)砂可改善C30混凝土的和易性，采用Ⅱ區(qū)中值至下限偏粗砂可提高C50混凝土的和易性和強(qiáng)度。張恒春等[6]也發(fā)現(xiàn)機(jī)制砂顆粒級配對混凝土性能產(chǎn)生顯著影響，并研究了間斷級配機(jī)制砂對混凝土拌合物性能的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)機(jī)制砂間斷顆粒粒徑增大，機(jī)制砂平均粒徑減小，混凝土坍落度、泌水率和振動(dòng)離析率均隨之減小；但間斷級配機(jī)制砂顆粒級配在合理范圍波動(dòng)時(shí)，也可配制出和易性良好的混凝土。

若機(jī)制砂顆粒中針片狀含量高、顆粒形貌差，顆粒與顆粒之間的咬合力和摩擦力增大，水泥漿體流動(dòng)所需克服的阻力增加，水泥漿體流動(dòng)性變差。宋少民等[7]通過研究指出機(jī)制砂針片狀顆粒含量對砂漿和混凝土流動(dòng)性能、強(qiáng)度及耐久性產(chǎn)生影響，機(jī)制砂顆粒形狀是評價(jià)機(jī)制砂品質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)。對于水泥膠砂，機(jī)制砂的針片狀含量不宜超過10%；對于混凝土，機(jī)制砂的針片狀含量不宜超過20%。機(jī)制砂針片狀顆粒的含量與生產(chǎn)成型工藝及設(shè)備有很大的關(guān)系，生產(chǎn)過程中機(jī)制砂的整形對提升機(jī)制砂滿足建設(shè)用砂要求起到重要作用。譚世霖等[8]圍繞石屑的可利用性能，通過對石屑進(jìn)行顆粒整形，得到顆粒級配好、堆積密度和緊密密度高、空隙率低、泥塊含量和棱角性低的機(jī)制砂。在此研究的過程中，數(shù)字圖像處理技術(shù)也能對整形前后的機(jī)制砂形貌進(jìn)行檢測與表征，指導(dǎo)機(jī)制砂的規(guī)范性制備與生產(chǎn)[9-10]。

石粉在混凝土中有填充和促進(jìn)水化作用，適量石粉能夠改善混凝土和易性，提升混凝土密實(shí)性和耐久性。石粉含量過高，混凝土需水量和黏度增加，流變性降低，硬化混凝土收縮徐變增大[11-12]。但不同巖性機(jī)制砂和石粉對減水劑的吸附性能各異，李崇智等[13-14]的試驗(yàn)表明，與鈣質(zhì)骨料相比，硅質(zhì)骨料親水性強(qiáng)、吸水性大，石粉表面的電動(dòng)電位（zeta 電位）高，與不同減水劑的適應(yīng)性差，將降低水泥漿體流動(dòng)性。Plank 等[15]發(fā)現(xiàn)蒙脫石對聚羧酸系減水劑有強(qiáng)吸附作用，若細(xì)骨料中蒙脫石含量較高，混凝土拌合物流變性能變差。國內(nèi)外學(xué)者通過研究指出蒙脫石是一種層狀硅酸鹽礦物，晶層間連接力較弱，水分子進(jìn)入晶層間，引起晶格膨脹，層間距增大；同時(shí)晶體結(jié)構(gòu)中的Si4+易被Al3+，F(xiàn)e3+等離子取代，使蒙脫石晶層間充斥過量正電荷，從而會(huì)對陰離子型聚羧酸減水劑有較強(qiáng)的吸附[16-19]。因此，機(jī)制砂中若含有類似蒙脫石、綠泥石等層狀硅酸鹽礦物，均會(huì)吸附陰離子型聚羧酸減水劑，從而降低混凝土工作性能。

機(jī)制砂可以通過除粉、水洗、整形等改進(jìn)措施，使顆粒級配、石粉含量、含泥量、顆粒形貌等性能得到有效改善。但機(jī)制砂母巖中有害礦物及不同粒徑顆粒固有特性，無法通過工業(yè)方法改變。目前，關(guān)于機(jī)制砂巖性和顆粒粒徑對減水劑吸附性能影響的研究并不多。

本文篩除機(jī)制砂中的石粉，通過室內(nèi)試驗(yàn)，研究不同巖性機(jī)制砂的水泥膠砂流變性能，揭示機(jī)制砂巖性和顆粒粒徑對減水劑的吸附作用機(jī)理。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 原材料

水泥：PI 42.5，中聯(lián)水泥有限公司生產(chǎn)，水泥化學(xué)分析結(jié)果及礦物組成見表1。

表1 中聯(lián)PI 42.5水泥的礦物組成和化學(xué)組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)

細(xì)骨料：為了研究巖性對機(jī)制砂性能的影響，以天然河砂作為對比樣，分別選用貴州產(chǎn)鈣質(zhì)機(jī)制砂（JC1）和廣西河池產(chǎn)鈣質(zhì)機(jī)制砂（JC2）、甘肅天水產(chǎn)硅質(zhì)機(jī)制砂（JS）為研究對象。細(xì)骨料的物相成分和化學(xué)成分分別利用X射線衍射物相分析與X射線熒光光譜進(jìn)行測試，結(jié)果見表2。

表2 細(xì)骨料物相分析與X射線熒光光譜測試結(jié)果

依據(jù)Q/CR-TKT-000047—2019《鐵路工程現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)機(jī)制砂及機(jī)制砂混凝土》試驗(yàn)方法測得的4種機(jī)制砂的圓形度與長徑比見表3。

表3 細(xì)骨料顆粒形貌參數(shù)

減水劑：緩凝型聚羧酸系高性能減水劑，減水率28%、含固量30%。

機(jī)制砂篩去石粉（粒徑小于75 μm 顆粒）后，除機(jī)制砂顆粒表面附著部分石粉外，控制機(jī)制砂石粉含量小于1%。為避免細(xì)骨料級配對試驗(yàn)的影響，試驗(yàn)前先將細(xì)骨料進(jìn)行篩分，再按照指定分計(jì)篩余稱取細(xì)骨料后混合，各級配區(qū)間分計(jì)篩余見表4，細(xì)骨料細(xì)度模數(shù)為2.98。

表4 機(jī)制砂各級配區(qū)間分級篩余

1.2 試驗(yàn)方法

1）水泥膠砂流動(dòng)度測試

不同細(xì)骨料膠砂流動(dòng)度測試依據(jù)GB/T 2419—2005《水泥膠砂流動(dòng)度測試方法》進(jìn)行。

2）細(xì)骨料膠砂流變性能測試

采用RST-SST 軟固體型觸屏流變儀測試細(xì)骨料膠砂流變性能，試驗(yàn)中采用不同巖性及級配區(qū)間機(jī)制砂配制砂漿，試驗(yàn)配比依據(jù)GB/T 2419—2005《水泥膠砂流動(dòng)度測試方法》，流變儀攪拌速度從0 r·min-1逐步增至30 r·min-1，90 s 后再降至0 r·min-1，記錄攪拌速度為30 r·min-1時(shí)的屈服應(yīng)力與塑性黏度。每隔10 min測試1次膠砂的屈服應(yīng)力與塑性黏度，測試1 h 內(nèi)細(xì)骨料膠砂流變參數(shù)的經(jīng)時(shí)變化。

3）減水劑吸附量測試

采用總有機(jī)碳分析法（TOC）測試減水劑在機(jī)制砂表面的吸附量，具體操作方法是：分別稱取各級配區(qū)間機(jī)制砂15 g，減水劑0.15 g，水20 g，混合攪拌5 min，攪拌后取適量上層液相，以10 000 r·min-1的轉(zhuǎn)速高速離心分離2 min，然后取上清液0.5 g，加1 mol·L-1稀鹽酸1 g，加超純水稀釋至20 g，使用multi N/C 3100 總有機(jī)碳分析儀對試樣進(jìn)行測試。吸附量依據(jù)下式計(jì)算。

式中：T為吸附量，單位mg·g-1；C0為減水劑的初始質(zhì)量濃度，mg·L-1；C1為減水劑吸附后的質(zhì)量濃度，mg·L-1；V為體系的體積，L；m為細(xì)骨料質(zhì)量，g。

4）機(jī)制砂需水量比與吸水率試驗(yàn)

不同細(xì)骨料需水量比試驗(yàn)方法參照GB/T 18736—2017《高強(qiáng)高性能混凝土用礦物外加劑》，固定減水劑摻量及天然砂膠砂流動(dòng)度為（225±10） mm，通過調(diào)整機(jī)制砂膠砂用水量，使得機(jī)制砂膠砂流動(dòng)度為（225±5） mm，計(jì)算機(jī)制砂的需水量比。

不同細(xì)骨料吸水率試驗(yàn)方法參照GB/T 14684—2011《建設(shè)用砂》進(jìn)行。

5）機(jī)制砂表面電位測試

為了表征機(jī)制砂對減水劑的吸附特性，在0.3～0.6 mm級配區(qū)間的機(jī)制砂石粉中加入一定質(zhì)量濃度的減水劑溶液，控制水粉比為0.5，攪拌1 min后立即采用美國分散科技公司生產(chǎn)的zeta 電位儀（DT300，美國）測試zeta電位，然后分別靜置10，20，30，40，50和60 min后，測試石粉漿體的zeta電位。

2 機(jī)制砂物理特性對水泥膠砂流動(dòng)度的影響

2.1 機(jī)制砂巖性對水泥膠砂流動(dòng)度的影響

為研究不同巖性機(jī)制砂對水泥膠砂流動(dòng)度的影響，膠砂配比為水泥∶砂∶水=450∶1 350∶225，通過調(diào)整減水劑摻量使得膠砂初始流動(dòng)度為（210±10） mm，測試不同細(xì)骨料水泥膠砂所需聚羧酸減水劑的摻量，結(jié)果見表5。

表5 不同巖性細(xì)骨料水泥砂膠砂所需聚羧酸減水劑的摻量

由表5可見：JS水泥膠砂所需減水劑摻量最大，JC1 水泥膠砂所需減水劑摻量最小，說明不同巖性細(xì)骨料對膠砂流動(dòng)性能的影響程度不同。

由于4種細(xì)骨料顆粒形貌區(qū)別不大，且均符合Q/CR-TKT-000047-2019技術(shù)要求，在相同膠砂配比和細(xì)骨料級配前提下，細(xì)骨料對減水劑的吸附性能差異導(dǎo)致水泥膠砂達(dá)到相同初始流動(dòng)度所需的減水劑摻量不同，且JS 對減水劑的吸附性能強(qiáng)，所需減水劑的摻量大。由表2可知，JC2 和JC1 物相組成主要為方解石，CaO 占化學(xué)組成近90%，為鈣質(zhì)機(jī)制砂；JS 物相組成主要為長石，化學(xué)組成中SiO2超70%，為硅質(zhì)機(jī)制砂。因此可見在達(dá)到同等初始水泥膠砂流動(dòng)度條件下，硅質(zhì)機(jī)制砂所需的減水劑摻量更大。

有研究[16-18]表明：層狀硅酸鹽礦物（蒙脫石、綠泥石等）因晶層間連接力較弱，水分子進(jìn)入層間后引起晶格膨脹，層間間距增大；晶體結(jié)構(gòu)中的Si4+易被Al3+，F(xiàn)e3+等離子取代，使晶層間有過量負(fù)電荷，zeta電位絕對值高。通過分別測試0.3～0.6 mm級配下不同巖性石粉漿體的zeta 電位，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可見：HS，JC1，JS 和JC2 石粉漿體表面的zeta 電位分別可達(dá)1.05，0.04，-1.63 和0.01 mV，驗(yàn)證了層狀硅酸鹽礦物具有較高zeta 電位絕對值的結(jié)果；硅質(zhì)機(jī)制砂JS表面zeta 電位絕對值隨靜置時(shí)間的延長先增大后降低，這主要是因?yàn)楣栀|(zhì)機(jī)制砂JS表面含有大量具有強(qiáng)極性的Si-O鍵，由于極化作用使機(jī)制砂石粉表面的活性位點(diǎn)被激活，石粉表面的zeta電位絕對值逐漸增加；同時(shí)由于機(jī)制砂JS 中含有5.1%的層狀綠泥石，從而對陰離子型聚羧酸減水劑的吸附作用增強(qiáng)。因此，石粉表面的zeta電位絕對值又會(huì)逐漸降低。

圖1 不同靜置時(shí)間下不同巖性石粉的zeta電位

圖2給出了相同初始水泥膠砂流動(dòng)度條件下，不同巖性細(xì)骨料水泥膠砂流動(dòng)度經(jīng)時(shí)變化。由圖2可見：HS水泥膠砂流動(dòng)度隨時(shí)間的延長略有增加，這是聚羧酸高性能減水劑具有的保坍緩釋作用所致；JC1，JS 和JC2 水泥膠砂流動(dòng)度隨時(shí)間延長均出現(xiàn)不同程度下降，60 min內(nèi)砂漿流動(dòng)度損失量排序?yàn)椋篔S（17%）＞JC2（11%）＞JC1（10%）。水泥顆粒接觸水后，生成水化產(chǎn)生物為絮凝結(jié)構(gòu)，降低了水泥膠砂流動(dòng)性，隨時(shí)間增加機(jī)制水泥砂膠砂流動(dòng)度損失量增大。聚羧酸減水劑對水泥顆粒分散作用以空間位阻作用為主、靜電斥力為輔[20-21]，隨時(shí)間延長機(jī)制砂表面吸附聚羧酸減水劑增多，水泥膠砂中起分散作用的減水劑減少。機(jī)制砂對減水劑吸附性能越強(qiáng)，水泥膠砂中起分散作用的減水劑越少，水泥膠砂流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失量越大。

圖2 不同巖性細(xì)骨料對水泥膠砂流動(dòng)度經(jīng)時(shí)變化

2.2 機(jī)制砂顆粒粒徑對水泥膠砂流動(dòng)度的影響

為了進(jìn)一步揭示不同級配區(qū)間機(jī)制砂對水泥膠砂流動(dòng)度的影響，用單個(gè)級配區(qū)間機(jī)制砂分別替代相對應(yīng)級配區(qū)間河砂，然后再與其他級配區(qū)間河砂混合獲得相應(yīng)混合砂，JC1，JC2 和JS 對應(yīng)的混合砂簡稱為JCH1，JCH2和JSH，混合砂膠砂流動(dòng)度測試結(jié)果如圖3所示。

圖3 混合砂顆粒級配區(qū)間對水泥膠砂流動(dòng)度的影響

由圖3可見：與其他2種混合砂相比，不同替換級配區(qū)間混合砂JCH2 水泥膠砂流動(dòng)度均有所增大；JCH1 除大于4.75～2.36 和2.36～1.18 mm 2個(gè)級配區(qū)間外，水泥膠砂流動(dòng)度也出現(xiàn)類似JCH2的現(xiàn)象；與JCH1 和JCH2 相反，JHS 不同替換級配區(qū)間混合砂水泥膠砂流動(dòng)度均有所減??；隨替換級配區(qū)間減小，機(jī)制砂對混合砂水泥膠砂流動(dòng)度影響程度先增大再減小，水泥膠砂流動(dòng)度變化在0.3～0.6 mm級配區(qū)間最顯著。

3 機(jī)制砂對水泥膠砂流變性能的影響

為了更直觀反應(yīng)機(jī)制砂對膠砂流變性能的影響，下文對4種細(xì)骨料膠砂屈服應(yīng)力和塑性黏度進(jìn)行測試。圖4為4種細(xì)骨料膠砂屈服應(yīng)力隨剪切速率的變化規(guī)律。

圖4 不同巖性細(xì)骨料水泥膠砂屈服應(yīng)力隨剪切速率的變化規(guī)律

由圖4可見：屈服應(yīng)力均隨剪切速率的增大而增大；在相同剪切速率下，摻HS 膠砂的屈服應(yīng)力最小，在膠砂流變性能測試初期，摻JS 膠砂屈服應(yīng)力小于摻JC1和JC2膠砂屈服應(yīng)力，隨后摻JS膠砂屈服應(yīng)力增速加快，當(dāng)剪切速率大于4 s-1后，摻JS 膠砂屈服應(yīng)力大于其他3種細(xì)骨料膠砂，這說明JS對膠砂流變性能影響最顯著。

對摻4種不同細(xì)骨料膠砂的屈服應(yīng)力和塑性黏度采用賓漢姆流變模型進(jìn)行擬合，得到HS水泥膠砂、JC1 水泥膠砂、JS2 水泥膠砂和JC 水泥膠砂4種細(xì)骨料水泥膠砂塑性黏度分別為9.25，10.50，2.45和29.52 Pa·s，摻JS膠砂體系的塑性黏度明顯高于摻其他3種細(xì)骨料膠砂的塑性黏度，所有膠砂均符合賓漢姆流變模型特征。此結(jié)果與機(jī)制砂巖性對膠砂流動(dòng)度的影響結(jié)果相一致。

水泥砂漿中細(xì)骨料顆粒間內(nèi)摩擦力是阻止?jié){體流動(dòng)的因素之一，隨水泥漿體靜置時(shí)間延長，水化絮狀產(chǎn)物不斷增加，膠砂塑性黏度及流動(dòng)需要克服的內(nèi)摩擦力增大，膠砂流變性能變差[22-24]。在流變儀轉(zhuǎn)速為30 r·s-1的條件下，不同巖性細(xì)骨料砂漿的塑性黏度經(jīng)時(shí)變化量如圖5所示。

由圖5可知：HS水泥膠砂、JC1水泥膠砂、JS水泥膠砂和JC2水泥膠砂的初始黏度分別為16.05，18.01，33.54和21.90 Pa·s，靜置60 min后，塑性黏度分別變?yōu)?7.84，31.50，45.06和37.94 Pa·s；除HS水泥膠砂外，JS水泥膠砂、JC1 水泥膠砂和JC2 水泥膠砂的塑性黏度均隨水泥膠砂靜置時(shí)間的延長而增大，相同靜置時(shí)間時(shí)JS水泥膠砂塑性黏度最大；JC1 水泥膠砂和JC2 水泥膠砂達(dá)到相同膠砂流動(dòng)度所需減水劑摻量分別為0.2%和0.1%，隨靜置時(shí)間延長，JC2 水泥膠砂塑性黏度增速大于JC1 水泥膠砂；與機(jī)制砂相比，河砂HS水泥膠砂體系塑性黏度經(jīng)時(shí)變化并不明顯，60 min內(nèi)黏度增加率僅為11%。

圖5 不同巖性細(xì)骨料砂漿的塑性黏度經(jīng)時(shí)變化量

4 機(jī)制砂影響水泥膠砂流變性能的機(jī)理

4.1 機(jī)制砂對減水劑的動(dòng)態(tài)吸附行為

依據(jù)減水劑吸附量試驗(yàn)方法，測試不同級配區(qū)間（除＞4.75 mm）單位質(zhì)量細(xì)骨料對減水劑的吸附性能，結(jié)果見表6。

表6 不同粒徑細(xì)骨料對減水劑的吸附量

由表6可見：隨細(xì)骨料粒徑區(qū)間減小，單位質(zhì)量細(xì)骨料對減水劑吸附量均增大；JS 各粒徑區(qū)間單位質(zhì)量細(xì)骨料對減水劑吸附量均大于其他3種細(xì)骨料，且隨粒徑減小對減水劑吸附性能增強(qiáng)最顯著；HS，JC1和JC2對減水劑吸附性能較弱，隨顆粒級配區(qū)間降低，單位質(zhì)量細(xì)骨料對減水劑吸附量增長并不顯著，可見顆粒粒徑和比表面積不是影響其對減水劑吸附性能的主要因素；在大于0.3～0.6 mm的3個(gè)粒徑區(qū)間，HS 單位質(zhì)量細(xì)骨料對減水劑吸附量均小于JC1 和JC2，而在0.15～0.3，0.075～0.15 mm 2級配區(qū)間呈現(xiàn)相反規(guī)律。出現(xiàn)上述現(xiàn)象是因?yàn)闄C(jī)制砂由巖石破碎而成，顆粒表面缺陷多，粒徑較大時(shí)（大于0.3 mm）對減水劑吸附能力強(qiáng)于河砂。河砂是由多種巖石長期沖蝕而成，強(qiáng)度低、不密實(shí)、多孔的巖石易沖蝕成細(xì)小顆粒，在粒徑區(qū)間小于0.3～0.6 mm時(shí)，對減水劑的吸附能力反而強(qiáng)于機(jī)制砂。另一方面，云母同蒙脫石類似，都為層狀結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽，對減水劑吸附性能較強(qiáng)[25]。河砂中云母含量為5.7%，且主要分布在小于0.3 mm的級配中，是造成在粒徑區(qū)間小于0.3～0.6 mm時(shí)對減水劑吸附能力強(qiáng)于機(jī)制砂JC1和JC2的另一原因。

機(jī)制砂細(xì)骨料因巖性、顆粒表面結(jié)構(gòu)及缺陷等，使其在顆粒表面存在適合吸附減水劑的吸附位點(diǎn)，細(xì)骨料對減水劑吸附能力與吸附點(diǎn)多少成正比[26]。對于吸附性能較弱的細(xì)骨料，隨顆粒粒徑減少、比表面積增大，顆粒表面吸附點(diǎn)并未顯著增加，單位質(zhì)量機(jī)制砂對減水劑吸附量增長也不多；對減水劑吸附性能強(qiáng)的細(xì)骨料，隨顆粒粒徑減小和比表面積增大，顆粒表面適合吸附減水劑的吸附點(diǎn)明顯增多，單位質(zhì)量細(xì)骨料對減水劑吸附量增長顯著，說明機(jī)制砂巖性是影響其對減水劑吸附能力的主要因素。由表2數(shù)據(jù)可看出，JC1 和JC2 中主要以CaO 物相存在，含量分別為89%和97.4%，JS中以SiO2為主，含量為74.3%，鈣質(zhì)和硅質(zhì)物相不同的吸附位點(diǎn)，造成其對減水劑的吸附結(jié)果不同。

因各個(gè)級配區(qū)間細(xì)骨料質(zhì)量不同，單位質(zhì)量細(xì)骨料對減水劑吸附量無法體現(xiàn)各個(gè)級配區(qū)間細(xì)骨料對減水劑吸附量。參照文中級配，細(xì)骨料質(zhì)量按1 350 g 計(jì)，將不同級配區(qū)間單位質(zhì)量細(xì)骨料對減水劑吸附量與每個(gè)級配區(qū)間細(xì)骨料質(zhì)量相乘，得到不同級配區(qū)間細(xì)骨料對減水劑吸附量，結(jié)果見表7。

表7 不同級配區(qū)間細(xì)骨料對減水劑的吸附量

由表7可見：0.3～0.6 mm級配區(qū)間分計(jì)篩余最大（24%），此級配區(qū)間細(xì)骨料單位質(zhì)量對減水劑吸附量也較高，4種細(xì)骨料對減水劑吸附量在此級配區(qū)間均達(dá)到峰值，這是此級配區(qū)間機(jī)制砂對混合砂膠砂流動(dòng)度影響最顯著的主要原因[27-28]。

將各個(gè)級配區(qū)間對減水劑吸附量相加即為細(xì)骨料對減水劑吸附總量，JC1，JS，JC2和HS對減水劑的吸附總量分別為124，405，102 和87 mg，HS對減水劑吸附能力最弱，JS 則明顯強(qiáng)于其他細(xì)骨料，而且4種細(xì)骨料達(dá)到相同膠砂流動(dòng)度所需減水劑摻量、膠砂流動(dòng)度、流變性經(jīng)時(shí)損失量都與對減水劑吸附總量成正比。JC1 與JC2 對減水劑吸附能力相近，但達(dá)到相同初始流動(dòng)度時(shí)，JC2 膠砂所需減水劑摻量最小。JC1 膠砂減水劑摻量為JC2的2倍，膠砂體系中水泥顆粒與機(jī)制砂對減水劑存在競爭吸附，隨時(shí)間延長漿體中游離的聚羧酸減水劑量逐漸減少，減弱了聚羧酸減水劑對膠砂的分散作用，最終導(dǎo)致JC2膠砂流動(dòng)度和膠砂流變性經(jīng)時(shí)變化速率、經(jīng)時(shí)變化量均大于JC1。由此可見，細(xì)骨料對減水劑吸附能力是影響膠砂流動(dòng)度和膠砂流變性經(jīng)時(shí)變化的主要因素，提高減水劑摻量可以有效改善膠砂流動(dòng)、流變性能。

4.2 機(jī)制砂吸水性能影響膠砂實(shí)際水灰比的機(jī)理

機(jī)制砂巖性和顆粒性狀影響機(jī)制砂的吸水性能，盡管水泥膠砂用水量相同，機(jī)制砂膠砂體系的水灰比同樣存在差異，影響機(jī)制砂和膠凝材料顆粒表面的溶劑化水膜厚度。因此，除機(jī)制砂對減水劑吸附性能外，其吸水性能同樣影響水泥膠砂流變性能。

表8和表9分別是不同巖性細(xì)骨料需水量及JS各級配區(qū)間吸水率測試結(jié)果。

表8 不同種類細(xì)骨料的需水量

表9 機(jī)制砂（JS）各級配區(qū)間吸水率

由表8和表9可見：相同減水劑摻量（1.0%）下，達(dá)到（210±10）mm 水泥膠砂流動(dòng)度JS 需水量最大；隨顆粒級配區(qū)間降低，硅質(zhì)機(jī)制砂JS 吸水率單邊增長，在小于0.6～1.18 mm級配區(qū)間吸水率增長明顯，與對減水劑吸附呈現(xiàn)相似規(guī)律。在對減水劑和水的吸附疊加作用下，4種細(xì)骨料中JS水泥膠砂體系的游離減水劑質(zhì)量濃度和水灰比最小，造成膠砂屈服應(yīng)力隨攪拌速率增大的變化量和塑性黏度經(jīng)時(shí)損失量都最大；又因JS 在0.3～0.6 mm級配區(qū)間吸水量和減水劑吸附量都達(dá)到峰值，相同水膠比條件下，水泥漿體黏度增加，對顆粒的潤滑作用降低，不同顆粒間的滑動(dòng)阻力增大，混合砂JHS在此替換級配區(qū)間膠砂流動(dòng)度損失最明顯。

JC1 和JC2 在小于0.3 mm的級配區(qū)間對減水劑的吸附能力弱于河砂，相同減水劑摻量（1.0%）下，達(dá)到（210±10） mm 膠砂流動(dòng)度，需水量也小于河砂。文中所選4種細(xì)骨料，達(dá)到同樣膠砂流動(dòng)度，需水量與其對減水劑吸附總量成正比。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，隨著小于0.6 mm～1.18 mm級配區(qū)間顆粒含量增加，水泥膠砂的保水性和黏聚性增強(qiáng)，水泥膠砂流動(dòng)性能變差。出現(xiàn)上述現(xiàn)象，其主要原因仍是含有層狀硅酸巖礦物的細(xì)骨料在小于0.6～1.18 mm級配區(qū)間對減水劑和水的吸附能力明顯增強(qiáng)，使水泥膠砂中起分散作用的游離減水劑質(zhì)量濃度和水灰比降低。

5 結(jié) 論

（1）機(jī)制砂的層狀硅酸鹽礦物含量高、zeta 電位絕對值大，對減水劑吸附性能強(qiáng)。機(jī)制砂對減水劑吸附性能與表面吸附點(diǎn)多少成正比，顆粒粒徑與比表面積不是影響對減水劑吸附性能的主要因素。

（2）不同巖性機(jī)制砂達(dá)到相同膠砂流動(dòng)度所需減水劑摻量、膠砂流動(dòng)度與流變性經(jīng)時(shí)損失量都與對減水劑吸附總量成正比。

（3）不同巖性機(jī)制砂均在0.3～0.6 mm級配區(qū)間對減水劑和水吸附量達(dá)到峰值，此級配區(qū)間顆粒對膠砂流動(dòng)度和流變性能影響最顯著。

（4）硅質(zhì)機(jī)制砂JS的吸水率與對減水劑的吸附量呈現(xiàn)相似變化趨勢，在對水和減水劑的吸附疊加作用下，硅質(zhì)機(jī)制砂的水泥膠砂中游離減水劑質(zhì)量濃度和實(shí)際水灰比均小于鈣質(zhì)機(jī)制砂，導(dǎo)致水泥膠砂流動(dòng)度和流變性能變差。