不同種類(lèi)機(jī)制砂對(duì)混凝土性能的影響

趙博 賴(lài)龍潔 李虎成

（深圳市鵬城基業(yè)混凝土有限公司）

0 前言

近年來(lái)，混凝土用砂持續(xù)緊張，價(jià)格也不斷高漲，甚至在有些地方有錢(qián)也難以買(mǎi)到合格的河砂，河砂甚至淡化海砂都逐漸變?yōu)橄∪辟Y源，因此推進(jìn)機(jī)制砂的使用成為必然的選擇。2020 年3 月，國(guó)家發(fā)展改革委等15 部門(mén)印發(fā)了《關(guān)于促進(jìn)砂石行業(yè)健康有序發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，提出推進(jìn)機(jī)制砂高質(zhì)量發(fā)展；廣東省在2021 年5月也發(fā)布了具體的實(shí)施方案，明確了建筑用砂未來(lái)的主流方向就是機(jī)制砂。機(jī)制砂的發(fā)展方興未艾。但是目前市場(chǎng)上的機(jī)制砂種類(lèi)繁多，很多生產(chǎn)廠家因?yàn)槿鄙賹?zhuān)業(yè)的技術(shù)人員及專(zhuān)業(yè)知識(shí)，生產(chǎn)出來(lái)機(jī)制的質(zhì)量千差萬(wàn)別。

本研究主要針對(duì)深圳及周邊地區(qū)生產(chǎn)的機(jī)制砂開(kāi)展了機(jī)制砂膠砂流動(dòng)度試驗(yàn)和混凝土試配對(duì)比試驗(yàn)，研究不同種類(lèi)的機(jī)制砂對(duì)混凝土和易性、抗壓強(qiáng)度的影響。研究發(fā)現(xiàn)，機(jī)制砂膠砂流動(dòng)度與混凝土和易性有著良好的相關(guān)性，可用于指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)，效果顯著。

1 試驗(yàn)原材料

機(jī)制砂：為了探討不同種類(lèi)機(jī)制砂在混凝土和砂漿體系中深層次的作用關(guān)系，盡量減少變量，選取物理性能相近的機(jī)制砂，歷時(shí)半年左右，收集了13 種滿(mǎn)足II區(qū)中砂連續(xù)級(jí)配的機(jī)制砂樣品，取樣量各100 公斤左右，根據(jù)亞甲藍(lán)值的大小，分別從小到大依次編號(hào)1 號(hào)樣、2 號(hào)樣、3 號(hào)樣……13 號(hào)樣，其各項(xiàng)物理性能指標(biāo)如表1。

表1 不同種類(lèi)機(jī)制砂物理性能指標(biāo)

由圖1 可知，亞甲藍(lán)值和含泥量大小整體存在正相關(guān)的關(guān)系，亞甲藍(lán)值可以作為定性判定機(jī)制砂中含泥量的主要成分是泥粉還是石粉，其中2 號(hào)樣和4 號(hào)樣亞甲藍(lán)相同都為1.0g/㎏，但是含泥量卻相差2 倍，可能是機(jī)制砂中的石粉含量高，被作為含泥量計(jì)算導(dǎo)致的結(jié)果差異，或者是機(jī)制砂本身的化學(xué)成分對(duì)亞甲藍(lán)的吸附不同所造成。

圖1 亞甲藍(lán)值與含泥量關(guān)系

2 機(jī)制砂砂漿流動(dòng)度試驗(yàn)

2.1 機(jī)制砂砂漿流動(dòng)度配合比設(shè)計(jì)

為了機(jī)制砂進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收時(shí)能方便快捷地測(cè)得機(jī)制砂性能，滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，根據(jù)水泥膠砂流動(dòng)度試驗(yàn)方法原理，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)中常用標(biāo)號(hào)配合比作為基準(zhǔn)配合比，對(duì)機(jī)制砂進(jìn)行了不同材料用量的優(yōu)化，選定膠砂流動(dòng)度試驗(yàn)配比如表2。

表2 膠砂流動(dòng)度試驗(yàn)配比（g）

2.2 機(jī)制砂砂漿流動(dòng)度檢測(cè)結(jié)果與分析

從表3、圖2 可以看出，亞甲藍(lán)值高的機(jī)制砂，膠砂流動(dòng)度整體低，亞甲藍(lán)值低的機(jī)制砂，膠砂流動(dòng)度高，整體呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性。但是在流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失方面卻表現(xiàn)不一致，亞甲藍(lán)值較高的機(jī)制砂膠砂流動(dòng)同樣較大及損失小，亞甲藍(lán)值低的機(jī)制砂初始膠砂流動(dòng)度大，反而經(jīng)時(shí)損失大。部分亞甲藍(lán)值較高，膠砂流動(dòng)度大，可能是因?yàn)闄C(jī)制砂中膨脹性粘土礦物含量稍微高而導(dǎo)致亞甲藍(lán)值大，也可能是因?yàn)榇嬖谏倭匡L(fēng)化巖及部分顆粒毛細(xì)孔有一定的吸附能力，所以導(dǎo)致亞甲藍(lán)值提高，卻不影響膠砂流動(dòng)的性能。

圖2 亞甲藍(lán)值與膠砂流動(dòng)關(guān)系圖

表3 機(jī)制砂亞甲藍(lán)值與膠砂流動(dòng)測(cè)定值

其中，相同亞甲藍(lán)值的機(jī)制砂膠砂流動(dòng)度卻不同，需要做混凝土試配對(duì)比試驗(yàn)，進(jìn)一步探討膠砂流動(dòng)度對(duì)混凝土的影響。

3 不同種類(lèi)機(jī)制砂混凝土試配對(duì)比試驗(yàn)

3.1 混凝土配合比設(shè)計(jì)及原材料選擇

選取常用的中低標(biāo)號(hào)混凝土作為試驗(yàn)對(duì)象，確定試配對(duì)比試驗(yàn)配合比如表4。

表4 對(duì)比試驗(yàn)混凝土配合比(㎏/m3)

水泥：采用廣東肇慶華潤(rùn)·潤(rùn)豐P·O42.5 水泥。各項(xiàng)物理性能指標(biāo)如表5。

表5 水泥各項(xiàng)物理性能指標(biāo)

粉煤灰：采用惠州平海電廠F 類(lèi)II 級(jí)粉煤灰。各項(xiàng)物理性能指標(biāo)如表6。

表6 粉煤灰各項(xiàng)物理性能指標(biāo)(%)

石子：采用惠州石場(chǎng)5～25mm 石子。各項(xiàng)物理性能指標(biāo)如表7。

表7 石子各項(xiàng)物理性能指標(biāo)

外加劑：采用深圳五山聚羧酸高性能減水劑。各項(xiàng)勻質(zhì)性指標(biāo)為：密度1.043g/cm3，固含量15.28%，PH 值5.1，減水率26.2%

3.2 試驗(yàn)方法

根據(jù)機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)和膠砂流動(dòng)的變化適當(dāng)調(diào)整砂率和外加劑用量，使得出機(jī)坍落度達(dá)到（200±20）mm，混凝土性能滿(mǎn)足施工的要求，在同等情況下進(jìn)行不同種類(lèi)的機(jī)制砂混凝土的試配對(duì)比試驗(yàn)，更好地體現(xiàn)不同種類(lèi)機(jī)制砂膠砂流動(dòng)度對(duì)混凝土性能的影響。

3.3 混凝土性能試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。從表8 可見(jiàn)：

表8 混凝土性能試驗(yàn)結(jié)果

機(jī)制砂膠砂流動(dòng)大（亞甲藍(lán)值較小）和膠砂流動(dòng)經(jīng)時(shí)損失越小，混凝土的工作性能越好，同時(shí)混凝土1.5小時(shí)經(jīng)時(shí)損失也小，這是混凝土工作性能優(yōu)異的機(jī)制砂，如1 號(hào)樣、2 號(hào)樣、3 號(hào)樣、4 號(hào)樣、7 號(hào)樣、9 號(hào)樣、13號(hào)樣；其中5 號(hào)樣和6 號(hào)樣膠砂流動(dòng)較大，但是流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失也大，其配制的混凝土初始狀態(tài)良好，1.5h 后擴(kuò)展度損失大；而8 號(hào)樣10 號(hào)樣，雖然初始膠砂流動(dòng)度偏小，但是流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失小，通過(guò)提高外加劑用量，同樣有較好的工作性，并且1.5h 混凝土流動(dòng)性損失也不大，可以滿(mǎn)足施工要求；11 號(hào)樣和12 號(hào)樣膠砂流動(dòng)度在200mm 以下，1.5 經(jīng)時(shí)損失超過(guò)40mm，其混凝土拌合物外加劑摻量提高了10 點(diǎn)，出機(jī)坍落度才能達(dá)到200mm 以上，但1.5 小時(shí)后坍落度和擴(kuò)展度急劇降低，其工作性能已無(wú)法滿(mǎn)足施工的要求。

3.4 混凝土抗壓強(qiáng)度發(fā)展

不同種類(lèi)機(jī)制砂配制的混凝土分別留置3d、7d、28d 試塊，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9，強(qiáng)度增長(zhǎng)見(jiàn)圖3。

表9 混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

圖3 混凝土抗壓強(qiáng)度與機(jī)制砂總壓碎值指標(biāo)關(guān)系圖

通過(guò)各齡期混凝土抗壓強(qiáng)度的觀察可知，混凝土抗壓強(qiáng)度與機(jī)制砂壓碎值存在一定的負(fù)相關(guān)性，但是總壓碎值指標(biāo)在20%以下時(shí)，對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響不大，但是超過(guò)20%時(shí)則會(huì)導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度降低。根據(jù)砂石標(biāo)準(zhǔn)JGJ 52 的要求，機(jī)制砂總壓碎值指標(biāo)應(yīng)控制在30%以下，實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)壓碎值超過(guò)20%時(shí)宜降低標(biāo)號(hào)使用。

4 結(jié)論

不同種類(lèi)機(jī)制砂配制的混凝土性能和抗壓強(qiáng)度有較大差別，通過(guò)檢測(cè)機(jī)制砂膠砂流動(dòng)度能更準(zhǔn)確快捷地鑒定機(jī)制砂的質(zhì)量。膠砂流動(dòng)初始流動(dòng)度不小于200mm，且經(jīng)時(shí)損失不大于40mm，MB 值小于1.4，總壓碎值指標(biāo)20%以?xún)?nèi)的機(jī)制砂，拌制的混凝土工作性和抗壓強(qiáng)度最好；反之，膠砂流動(dòng)度小、經(jīng)時(shí)損失大的機(jī)制砂混凝土工作性差，總壓碎值指標(biāo)大于20%時(shí)還會(huì)導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度低。

5 展望

隨著建筑行業(yè)的不斷進(jìn)步發(fā)展，好的建筑資源不斷變得稀缺，導(dǎo)致建筑行業(yè)可用資源緊張，發(fā)展機(jī)制砂產(chǎn)業(yè)代替天然砂是必然選擇。但是不同種類(lèi)的機(jī)制砂，材質(zhì)、吸附性、壓碎值、細(xì)度、含泥量等技術(shù)指標(biāo)對(duì)配制混凝土的質(zhì)量影響很大，所配制機(jī)制砂混凝土的長(zhǎng)期性耐久性還需要持續(xù)觀察研究，機(jī)制砂的質(zhì)量監(jiān)管和配制混凝土技術(shù)還需要大力提升，這也是我們混凝土技術(shù)工作者的一份責(zé)任。