機制砂級配對大流態(tài)混凝土性能的影響

張云 祝睿娟 彭曉強 孫宏淵

摘? 要：機制砂的質量控制不能簡單的只考慮整體粗細程度，還應考慮其級配分布。同在一個級配區(qū)，細度模數相近，但是粒級分布不同，級配曲線就會存在較大差異，顆粒分配占比不同，導致骨料相互填充程度不同，相同配比下混凝土表現(xiàn)出的工作性能也存在差異。機制砂級配曲線特征對混凝土的工作性能影響較大。機制砂級配曲線形狀多樣，機制砂級配不良同樣是導致混凝土拌合物和易性不佳的重要因素，因此有關機制砂級配如何合理控制是工程應用重點關注的問題之一。

關鍵詞：機制砂? 級配? 曲線特征? 大流態(tài)混凝土? 性能

中圖分類號：TV 64213? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2021）02（b）-0091-03

Effect of Machine-made Sand Grade on Performance of Large-flow Concrete

ZHANG Yun1? ZHU Ruijuan1? PENG Xiaoqiang2? SUN Hongyuan2

（1.Hebei University of Water Resources and Electric Engineering， Cangzhou， Hebei Province， 061001 China;

2. Hebei Institute of Architectural Engineering， Zhangjiakou， Hebei Province， 075024? China）

Abstract： The quality control of machine-made sand should not only consider the overall thickness， but also consider its grading distribution. In the same gradation area， the fineness modulus is similar， but the grain size distribution is different. The gradation curve will have a big difference. The grain distribution proportion is different， resulting in different filling degree of aggregate. The same ratio of concrete performance is also different. The characteristics of mechanical sand gradation curve have great influence on the working performance of concrete. Therefore， how to reasonably control the gradation of machine-made sand is one of the key concerns of engineering applications.

Key Words：Machine made sand; Gradation; Curve characteristics; Large flow concrete; Performance

我國每年砂石用量超過100億萬噸，建設規(guī)模的發(fā)展和環(huán)境保護的矛盾日益凸顯，天然砂限制開采或無資源可采。為緩解供需矛盾機制砂逐漸進入預制混凝土拌制生產中。

級配是指不同大小顆粒的相互搭配、填充的情況，在《建設用砂》規(guī)范（GB/T 14684-2011）中砂子的級配分為三區(qū)，分區(qū)評定標準是一較大的范圍數值。同在一個級配區(qū)，細度模數相近，但是粒級分布不同，級配曲線就會存在較大差異。顆粒分配占比不同，導致骨料相互填充程度不同，相同配比下混凝土表現(xiàn)出的工作性能也存在差異。

該文主要研究機制砂級配對大流態(tài)混凝土和易性及強度的影響，通過和易性及強度的檢測得出相應試驗數據，找出機制砂級配曲線特征與大流態(tài)混凝土工作性能的關聯(lián)性，為機制砂的生產和使用提供相應的技術指導。

1? 級配對大流態(tài)混凝土和易性的影響

機制砂級配曲線形狀多樣，機制砂級配不良同樣是導致混凝土拌合物和易性不佳的重要因素，因此有關機制砂級配如何合理控制是工程應用重點關注的問題之一[1]。

1.1 原材料選用

水泥：水泥采用金隅水泥，標號為P·O 42.5。

粉煤灰：Ⅱ級粉煤灰，細度10.2%，燒失量4.3%， 100%的需水量比。

砂：冀東集團石灰石機制砂，細度模數為2～3之間，石粉量 5%，MB值為0.5;石灰石礦屬一等品。

碎石：最大粒徑不超過20 mm的碎石，連續(xù)級配。

外加劑：聚羧酸減水劑。

拌合水：普通飲用水。

1.2 試驗方法

機械篩篩分，對各級配顆粒繪制曲線，研究機制砂級配對混凝土和易性的影響。

篩分：依據 GB/T 14684-2011《建筑用砂》標準，進行篩分試驗，將<0.075 mm、0.075～0.15 mm、0.15～0.3 mm、0.3～06 mm、0.3～0.6 mm、0.6～1.18 m m、1.18～2.36 mm、2.36～4.75 mm各粒徑范圍級配分別進行篩分。機制砂篩分結果見表1，篩分曲線見圖1。

和易性試驗：目前沒有能夠全面反映拌合物和易性的檢測方法，依據實際常用方法，此次試驗常采用坍落度輔以擴展度的方法評定流動性;坍落、擴散形態(tài)評定粘聚性;肉眼觀測泌水泌漿程度評定保水性[2]。

1.3 試驗數據及分析

配置C40，坍落度不低于200 mm，擴展度為（500+50mm）的混凝土。配合比為：B∶S∶G∶W=480∶710∶1160∶230，（膠凝材料由水泥和粉煤灰組成，其中水泥∶粉煤灰=2∶8），減水劑摻量為1.2%。和易性測定結果如表2所示。

結合圖1機制砂級配曲線及表2和易性測定結果分析得出以下結論。

JP1粗大顆粒較少，0.15～0.6粒徑顆粒占比大，骨料整體偏細，屬于Ⅲ區(qū)過細砂。級配曲線呈現(xiàn)開口向上的下凸拋物線形狀，上部平緩，中下部較陡[3]。相同質量下，總表面積偏大，在配比不變的情況下，漿體不足以包裹砂石表面，拌合物流動性降低，界面包裹不足，導致硬化后強度偏低。

JP2機制砂中，0.15～1.18顆粒占比大，級配曲線形狀接近拉伸正S型，級配曲線上部較平，中下部較陡，整體曲線接近Ⅱ區(qū)上限，說明砂子仍然偏細，總表面積偏大（略好于JP1）因此，和易性略優(yōu)于LP1。

JP3級配曲線位于Ⅱ區(qū)中間，呈現(xiàn)完美的拉伸正S型，大中小各種粒徑顆粒占比均衡，充分發(fā)揮出0.60～4.75 mm粒級連續(xù)性作用，骨料整體性能明顯更好。總表面積較LP1、LP2偏小，且骨料之間相互填充，因此，拌合物表現(xiàn)出的流動性和粘聚性都較好[4]。

JP4級配曲線接近Ⅱ區(qū)下限，基本呈現(xiàn)拉伸正S型[2]。上部陡峭，下部平緩，說明粗大顆粒較多，顆粒間相互填充不好，因此漿體包裹骨料之余需要填充空隙，流動性略有降低。顆粒偏粗，粘聚性和保水性稍差。

JP5級配曲線呈現(xiàn)拉伸反S型，較JP4兩端平緩，粒級集中在0.3～2.36之間，大、小顆粒偏少，雖然整體較JP4偏細小，但相互填充性不好，孔隙率偏大，為此流動性和保水性有所降低。

2? 級配對混凝土強度的影響

2.1 檢測方法

根據GB/T 50107-2010規(guī)定，對混凝土拌合物進行標準養(yǎng)護，試模變長為100 mm，養(yǎng)護溫度為并測得不同級配下拌合物硬化后的強度，分析級配曲線特征于強度的關系。

2.2 試驗數據分析

不同級配下混凝土的強度檢測如圖2所示。

影響混凝土力學性能的關鍵因素是漿體的數量和稠度。在水膠比和漿體數量一定的前提下，機制砂級配特征影響混凝土成型質量，粘結界面強度、骨架合理性等方面，間接導致混凝土力學性能差異;因此，機制砂級配特征也是影響混凝土力學性能的重要因素之一[5]。

由圖2分析可知，配置出來的混凝土，無論是7d還是28d強度，最高的是編號為JP3的機制砂，強度較低的是編號為JP1、JP2的機制砂。

JP1砂子最細，粒徑集中在0.6 mm以下，1.18 mm以上的粗大顆粒相對含量較少，混凝土內部骨架不合理，骨料總表面積偏大，導致部分顆粒表面包裹不充分甚至無包裹。界面連接性差，因此強度偏低。

JP3機制砂顆粒主要分布在0.60～4.75 mm之間，充分體現(xiàn)了大中小顆粒的均勻性和相互填充性，拌合物中骨架整體性較好，顆?？偙砻娣e適中，因此既能保證漿體包裹骨料之后的流動性，又能保障界面連接，因此7 d和28 d強度最高。

JP4和JP5砂子略粗，顆粒主要集中在0.6 mm以上，中大顆粒較多，總表面積偏小，界面包裹效果好，但總的界面連接比JP3稍弱，因此強度等級略有降低[6]。

3? 結語

（1）隨著機制砂級配整體粗細程度的變化，骨料總表面積隨之改變，混凝土拌合物的和易性也各有不同，一般來說，機制砂越細，級配曲線下部越陡，和易性越差，位于Ⅱ區(qū)中間的呈現(xiàn)拉伸正S型的級配利于和易性的改善。

（2）影響混凝土強度的不僅僅有界面粘結力還有內部骨架的填充程度，試驗表明0.6～4.75 mm之間，顆粒分布越均勻，混凝土骨架填充程度越好，硬化之后的強度越大，和易性也有保障。

參考文獻

[1] 孫江濤，吳定略，曹亮宏，等.混合砂高強高性能混凝土性能研究[J].混凝土，2019（9）：146-149.

[2] 陳景，蘭聰，劉東，等.機制砂級配對膠砂及混凝土性能的影響研究[J].商品混凝土，2017（6）：34-37.

[3] 安鐘琪.大流態(tài)混凝土當量粉漿體體積研究[D].西南交通大學，2017.

[4] 鄧宋喜.機制砂特性及其對混凝土性能的影響分析[J].工程建設與設計，2018（7）：274-276.

[5] 張娟，房士偉，郭平，等.基于均勻設計方法的機制砂級配優(yōu)化研究[J].中外公路，2016（1）：267-272.

[6] 鄭振堯，李冬，姜立孟.機制砂級配調整及混凝土泵送施工質量控制[J].新型建筑材料，2020，47（11）：126-129.