機(jī)制砂特性對(duì)C80混凝土工作性的影響

余海燕，胡東光

（天津城建大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300384）

作為建設(shè)大國(guó)，我國(guó)混凝土的消耗量逐年增加，而天然砂作為混凝土的主要原料，其需求量的增加不言而喻.但沒有節(jié)制地開采天然砂，已經(jīng)對(duì)環(huán)境造成了一定的破壞.為了保護(hù)河道河床，相關(guān)部門已經(jīng)頒發(fā)了一系列針對(duì)性的政策，嚴(yán)格禁止不合理地開發(fā)天然河砂資源，市場(chǎng)上的天然河砂越來越少[1-2]，成本也越來越高，因此急需一種材料能夠替代天然河砂.機(jī)制砂是由制砂機(jī)等制砂設(shè)備加工制成，是一種制作比較簡(jiǎn)單、應(yīng)用比較便捷的混凝土原材料，已在較多工程中使用[3-4].因此，機(jī)制砂代替天然河砂成為混凝土行業(yè)發(fā)展的一大趨勢(shì)[5].但是機(jī)制砂表面有較高的粗糙度、外形尖銳有棱角、針片狀多等特性都會(huì)影響混凝土的性能.目前，機(jī)制砂在低強(qiáng)度等級(jí)混凝土中的應(yīng)用技術(shù)較為成熟[6-7]，但是在高強(qiáng)混凝土中的研究相對(duì)來說較少[8-10].因此，本文主要對(duì)不同母巖、石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)、級(jí)配等因素進(jìn)行試驗(yàn)研究，以探究其對(duì)C80混凝土工作性的影響.

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原材料

水泥：P·O 42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥；礦粉：S95級(jí)礦粉，主要性能指標(biāo)見表1；細(xì)集料：機(jī)制砂，包括云母巖、石灰?guī)r、鐵尾礦3種母巖，其相關(guān)性能指標(biāo)見表2；粗集料：石灰石碎石，含泥量≤0.5%，級(jí)配為2.36~25.50 mm；外加劑：石家莊花聯(lián)新型材料科技有限公司生產(chǎn)的聚羧酸鹽減水劑.

1.2 試驗(yàn)方法及主要測(cè)試設(shè)備

混凝土配合比如表3所示，工作性測(cè)試和評(píng)價(jià)方式按照GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行.機(jī)制砂顆粒形狀測(cè)試儀器為BT-2900動(dòng)態(tài)圖像顆粒分析系統(tǒng)，由丹東百特儀器有限公司生產(chǎn).圓形度計(jì)算方法為：e=（4π×投影面積）/（周長(zhǎng)×周長(zhǎng)）.

表1 礦粉性能指標(biāo)

表2 3種母巖機(jī)制砂的性能參數(shù)

表3 C80混凝土配合比 kg/m3

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 不同母巖機(jī)制砂對(duì)C80混凝土工作性的影響

選取石灰?guī)r、鐵尾礦和云母巖3種母巖機(jī)制砂，同一制砂參數(shù)和工藝下生產(chǎn).水洗、篩分后去除石粉，級(jí)配接近國(guó)際《建筑用砂》中II區(qū)級(jí)配中值，由其制備的C80混凝土工作性測(cè)試結(jié)果見表4.

表4 不同母巖對(duì)C80混凝土工作性的影響

由表4可以看出，用石灰?guī)r、云母巖、鐵尾礦機(jī)制砂制備的C80混凝土的坍落度分別為220，205，200 mm，擴(kuò)展度分別為540，520，510 mm.石灰?guī)r機(jī)制砂混凝土比云母巖機(jī)制砂混凝土的坍落度大15 mm，擴(kuò)展度大20 mm；云母巖機(jī)制砂混凝土比鐵尾礦機(jī)制砂混凝土的坍落度大5 mm，擴(kuò)展度大10 mm.由此可以看出，由石灰?guī)r機(jī)制砂制得的C80混凝土的工作性最優(yōu).

2.2 機(jī)制砂石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)C80混凝土工作性的影響

選擇機(jī)制砂母巖為石灰?guī)r，石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0，3%，6%，8%，10%.由其制備的C80混凝土工作性的試驗(yàn)結(jié)果如表5所示.

表5 石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)C80混凝土工作性的影響

從表5中可以看出，不摻加石粉時(shí)，混凝土坍落度為220 mm，擴(kuò)展度為530 mm，黏聚性較小；石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%和6%時(shí)，混凝土和易性良好，具有相同的工作性，比不摻加石粉的機(jī)制砂混凝土坍落度增加了10 mm，擴(kuò)展度增加了30 mm.石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%時(shí)，混凝土的坍落度為220 mm，擴(kuò)展度為510 mm.相比于SF-2和SF-3組，混凝土的坍落度下降了10 mm，擴(kuò)展度下降了50 mm，拌合物開始表現(xiàn)出黏性；繼續(xù)增加石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)到10%時(shí)，混凝土坍落度為190 mm，擴(kuò)展度為480 mm.相比于SF-2和SF-3組，混凝土的坍落度和擴(kuò)展度下降更多，分別降低了40 mm和80 mm，表現(xiàn)出更強(qiáng)的黏性.因此，隨著機(jī)制砂中石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，C80混凝土的坍落度和擴(kuò)展度呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì).當(dāng)石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%和6%時(shí)，C80混凝土的工作性最好.適量的石粉（3%~6%）能夠有效地削弱機(jī)制砂表面粗糙帶來的不利影響，減小了粗細(xì)骨料之間的摩擦，改善混凝土的工作性.但是當(dāng)其質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過6%時(shí)，混凝土的工作性就會(huì)開始下降，黏性增加顯著，且隨著石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的繼續(xù)增加，會(huì)加大新拌混凝土的用水量，同時(shí)其對(duì)外加劑的吸附會(huì)降低減水劑的減水效果，導(dǎo)致混凝土的工作性劣化.

2.3 機(jī)制砂MB值對(duì)C80混凝土工作性的影響

研究對(duì)象為石灰?guī)r機(jī)制砂，不同MB值對(duì)C80混凝土工作性的影響如表6所示.

表6 MB值對(duì)C80混凝土工作性的影響

通過表6可以發(fā)現(xiàn)，MB值為0.50 g/kg時(shí)，混凝土的坍落度為230 mm，擴(kuò)展度為560 mm.隨著MB值的增長(zhǎng)，C80混凝土的坍落度和擴(kuò)展度均逐漸減小，工作性劣化.MB值為0.75 g/kg時(shí)，混凝土坍落度和擴(kuò)展度分別為200 mm和500 mm，較N-1組混凝土坍落度和擴(kuò)展度下降了11%和12.5%；MB值為1.00 g/kg時(shí)，混凝土坍落度降到160 mm和420 mm，較N-1組混凝土坍落度和擴(kuò)展度下降了30.4%和25%.當(dāng)MB值繼續(xù)增大至1.25 g/kg，新拌混凝土總體上已失去工作性.當(dāng)MB值增大到一定值時(shí)，大量減水劑被石粉吸附，混凝土拌和用水減少，導(dǎo)致其工作性劣化.因此，混凝土的工作性受MB值影響顯著，宜控制在0.75 g/kg以下.

2.4 機(jī)制砂級(jí)配對(duì)C80混凝土工作性的影響

選擇母巖為石灰?guī)r的機(jī)制砂，石粉固定為5%.機(jī)制砂級(jí)配基本參數(shù)如表7所示.不同級(jí)配機(jī)制砂對(duì)C80混凝土工作性的影響見表8.

表7 機(jī)制砂級(jí)配基本參數(shù)

表8 級(jí)配對(duì)C80混凝土工作性的影響

由表8可以發(fā)現(xiàn)，G3組顆粒連續(xù)程度較好，各級(jí)粒徑分布合理，混凝土工作性較好，坍落度為220 mm，擴(kuò)展度為540 mm.G2組C80混凝土工作性較G3組稍差，坍落度比G3組小15 mm、擴(kuò)展度小30 mm，保水性不足.這是因?yàn)轭w粒連續(xù)程度較G3組差，大顆粒占比較多.G1組和G4組新拌C80混凝土坍落度分別為170 mm和190 mm，擴(kuò)展度分別為450 mm和530 mm.這兩組機(jī)制砂級(jí)配缺少大顆粒組分，細(xì)顆粒較多，導(dǎo)致混凝土坍落度降低，黏聚性較高，混凝土工作性欠佳.而G5組機(jī)制砂大顆粒較多，細(xì)顆粒較少，混凝土出現(xiàn)離析、泌水現(xiàn)象，和易性較差，失去可塑性.

2.5 機(jī)制砂粒形特征對(duì)C80混凝土工作性的影響

粒形的棱角特征一般用圓形度來表征.圓形度越大，表明顆粒形貌越趨于圓形.采用不同設(shè)備制得的石灰?guī)r機(jī)制砂配制C80混凝土，幾種粒形平均長(zhǎng)徑比和圓形度如表9所示，其中序號(hào)RS組為摻石粉的河砂.顆粒形狀如圖1所示，粒形特征對(duì)C80混凝土工作性的影響如表10所示.

表9 不同設(shè)備制備石灰石機(jī)制砂粒形測(cè)試結(jié)果（5%石粉）

圖1 不同顆粒形貌圖像

表10 粒形對(duì)C80混凝土工作性的影響

通過表10可以發(fā)現(xiàn)，各組的C80混凝土坍落度均在210~230 mm間，擴(kuò)展度均在520~550 mm間.MS1組拌得的C80混凝土和易性較其他三組差一點(diǎn)，且出現(xiàn)輕微離析.在相同的顆粒級(jí)配下，與摻石粉的河砂相比，機(jī)制砂圓形度超過0.87后，二者對(duì)C80混凝土工作性的影響相差不大.

3 結(jié)論

（1）對(duì)于C80混凝土而言，石灰?guī)r、云母巖、鐵尾礦3種母巖機(jī)制砂所拌得的C80混凝土坍落度、擴(kuò)展度從大到小順序?yàn)椋菏規(guī)r機(jī)制砂＞云母巖機(jī)制砂＞鐵尾礦機(jī)制砂.

（2）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%~6%的石粉可以改善C80混凝土的工作性.石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞6%時(shí)，C80混凝土的工作性開始下降；當(dāng)MB值為0.50 g/kg時(shí)，混凝土工作性最好.隨著MB值的繼續(xù)增大，混凝土坍落度、擴(kuò)展度逐漸降低.

（3）機(jī)制砂級(jí)配是C80混凝土泌水的主要因素.顆粒連續(xù)程度好，各級(jí)粒徑分布合理，混凝土工作性較好；在相同的顆粒級(jí)配下，圓形度大于0.87的機(jī)制砂可以制備出與河砂工作性相同的C80混凝土.