云母含量對(duì)泵送山砂混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

高禮雄， 譚文君， 張 彥， 李紅輝

(1.石家莊鐵道大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河北 石家莊 050043；2.廣東長大試驗(yàn)技術(shù)開發(fā)有限公司，廣東 廣州 511431)

山砂的來源比較廣泛，除碳酸鹽類巖石外大量的花崗巖也用于生產(chǎn)山砂，高云母含量花崗巖生產(chǎn)的山砂云母含量也較高。針對(duì)該類山砂，低砂率非泵送水工混凝土對(duì)其進(jìn)行了廣泛研究，并取得了一些有益的試驗(yàn)結(jié)果。有研究認(rèn)為3.5%范圍內(nèi)云母含量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度沒有影響[1]，云母含量為7.2%時(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度還略有提高[2]，最高云母含量為9.0%時(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度僅有小幅度降低[3]。從中可以看出大于2%的云母含量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度影響較小，這與《建設(shè)用砂》(GB/T 14684-2011)規(guī)定最高云母含量2%相矛盾。此外層狀結(jié)構(gòu)云母吸取大量自由水后會(huì)削弱水泥石與骨料間的粘結(jié)力，這也會(huì)使得高云母含量對(duì)混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響[4-7]。

目前針對(duì)云母含量對(duì)高砂率泵送混凝土抗壓強(qiáng)度影響的研究還未見報(bào)道，因此開展了0%、1%、2%和3%云母含量對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)泵送山砂混凝土抗壓強(qiáng)度影響的研究，并分析了云母含量對(duì)混凝土強(qiáng)度的作用機(jī)理。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)原材料

水泥：贊皇金隅水泥廠生產(chǎn)的P.O42.5普通硅酸鹽水泥；粉煤灰：河北西柏坡發(fā)電有限責(zé)任公司生產(chǎn)的F類Ⅱ級(jí)粉煤灰，細(xì)度10.3%，需水量比95%，燒失量5.0%；砂：河北鼎鑫產(chǎn)的機(jī)制山砂，細(xì)度模數(shù)2.9，云母含量0%，Ⅱ區(qū)級(jí)配；石子：河北鼎鑫產(chǎn)的5～25 mm連續(xù)級(jí)配碎石，壓碎值9.3%，云母含量0%；云母：靈壽縣華源云母有限公司生產(chǎn)的80目云母粉；減水劑：北京金隅水泥節(jié)能科技有限公司石家莊分公司出廠的JY-PS-1型聚羧酸高性能減水劑；水：自來水。

1.2 泵送山砂混凝土配合比

進(jìn)行了C35、C40和C50泵送山砂混凝土配合比設(shè)計(jì)，其配合比見表1，云母等質(zhì)量取代砂(以質(zhì)量百分比表示)。采用兩套減水劑對(duì)泵送山砂混凝土工作性能進(jìn)行研究，其中第①套減水劑用于探究云母含量對(duì)泵送山砂混凝土工作性能的影響，第②套減水劑是根據(jù)第①套減水劑試驗(yàn)結(jié)果調(diào)整后得到的，目的是保持混凝土初始和1 h坍落度在200±20 mm之間以滿足泵送要求。X射線衍射(XRD)和壓汞(MIP)分析用凈漿試驗(yàn)配合比見表2所示。

表1 泵送山砂混凝土試驗(yàn)配合比

表2 凈漿試驗(yàn)配合比

1.3 試驗(yàn)方法

混凝土工作性能按《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(cè)試；混凝土抗壓強(qiáng)度按《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50081-2019)進(jìn)行測(cè)試；XRD測(cè)試儀器為德國布魯克生產(chǎn)的D8 ADVANCE型X射線衍射儀；MIP測(cè)試設(shè)備為麥克默瑞提克(上海)儀器有限公司生產(chǎn)的AutoPore Ⅳ 9520全自動(dòng)壓汞儀，有效孔徑測(cè)試范圍0.003～1 000 μm。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 泵送山砂混凝土的工作性能及調(diào)整

第①套減水劑配制的三種強(qiáng)度等級(jí)混凝土工作性能試驗(yàn)結(jié)果見圖1。由圖1可知：1%范圍內(nèi)云母含量對(duì)C35、C40和C50混凝土初始坍落度和1 h坍落度損失幾乎沒有影響，1%～2%云母含量對(duì)C35、C40和C50混凝土初始坍落度和1 h坍落度損失有影響但不顯著，超過2%后云母含量對(duì)C35、C40和C50混凝土初始坍落度和1 h坍落度損失有較大不利影響。為達(dá)到坍落度200±20 mm泵送要求，對(duì)2%及以上云母含量混凝土減水劑摻量進(jìn)行了調(diào)整試驗(yàn)，結(jié)果見表1和圖2。從圖2可以看出，通過微調(diào)減水劑摻量方式可降低3%范圍內(nèi)云母含量對(duì)泵送混凝土工作性能的不利影響。

圖1 云母含量對(duì)混凝土工作性能的影響

圖2 調(diào)整后云母含量對(duì)混凝土工作性能的影響

2.2 云母含量對(duì)泵送山砂混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

采用第②套減水劑配制的不同云母含量C35、C40和C50泵送山砂混凝土7 d和28 d強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見圖3。由圖中可知：對(duì)C35和C40混凝土而言，2%范圍內(nèi)云母含量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度影響較小，超過后云母含量會(huì)造成混凝土強(qiáng)度急劇降低；對(duì)C50混凝土而言，1%范圍內(nèi)云母含量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度影響不顯著，超過后云母含量會(huì)導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度大幅度降低。當(dāng)云母含量超出《建設(shè)用砂》(GB/T 14684-2011)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定達(dá)3%時(shí)，三種混凝土28 d強(qiáng)度相差不大，表明通過降低水膠比方式已不能改善云母含量對(duì)混凝土強(qiáng)度的不利影響。

圖3 云母含量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

2.3 物相分析

對(duì)0%和3%云母含量C50泵送山砂混凝土28 d水泥石進(jìn)行了物相分析，結(jié)果見圖4。從圖中可以看出：兩種水泥石中，3%云母含量水泥石除存在大量云母晶體之外，其他水化產(chǎn)物AFt和Ca(OH)2晶體衍射峰強(qiáng)度與不摻云母水泥石近乎相同。該試驗(yàn)結(jié)果表明，3%范圍內(nèi)云母含量對(duì)C50泵送山砂混凝土水泥水化反應(yīng)沒有不利影響。

圖4 C50混凝土水泥凈漿試樣XRD圖譜

2.4 壓汞測(cè)試分析

為進(jìn)一步揭示云母含量對(duì)泵送山砂混凝土28 d強(qiáng)度作用機(jī)理，進(jìn)行了C35和C50混凝土水泥石孔結(jié)構(gòu)分析，試驗(yàn)結(jié)果見圖5、圖6和表3。從中可以看出：與不摻云母水泥石相比，3%云母含量導(dǎo)致C35和C50混凝土中水泥石的孔隙率和中值孔徑急劇增大，且少害孔、有害孔和多害孔顯著增加。這可能是由于云母吸取大量自由水后在混凝土內(nèi)部形成了“水囊”，以致在硬化水泥石中生成大量孔隙，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度急劇降低。

圖5 C35混凝土中水泥石累計(jì)孔隙率和孔徑分布

圖6 C50混凝土中水泥石累計(jì)孔隙率和孔徑分布

3 結(jié)論

(1)云母含量對(duì)泵送山砂混凝土抗壓強(qiáng)度的不利影響與混凝土強(qiáng)度等級(jí)有關(guān)。為降低云母含量帶來的不利影響，C40及以下混凝土強(qiáng)度要求云母最高含量應(yīng)控制在2%以下為宜，C50混凝土強(qiáng)度要求云母最高含量應(yīng)控制在1%以下為宜。

(2)當(dāng)云母含量超出適宜范圍達(dá)3%時(shí)，通過降低水膠比方式已不能改善云母含量對(duì)混凝土強(qiáng)度的不利影響，這主要是由于云母吸水形成的“水囊”在硬化水泥石中形成大量孔隙造成的。

表3泵送山砂混凝土孔隙率和孔徑分布