特细砂与机制砂复掺对混凝土性能影响的试验研究

2016-12-08冯涛涛吴超赵世冉袁延召成东京张凯峰

商品混凝土 2016年11期

关键词：河砂细砂易性

冯涛涛，吴超，赵世冉，袁延召，成东京，张凯峰

（1. 中建西部建设北方有限公司，陕西西安 710116；2. 中建商品混凝土山西有限公司，山西太原 030000）

特细砂与机制砂复掺对混凝土性能影响的试验研究

冯涛涛1，吴超2，赵世冉1，袁延召1，成东京2，张凯峰1

（1. 中建西部建设北方有限公司，陕西西安 710116；2. 中建商品混凝土山西有限公司，山西太原 030000）

特细砂颗粒级配单一是造成混凝土流动性差的主要原因，本文通过对比试验对特细砂配制混凝土关键技术进行了系列研究。研究结果表明：特细砂与机制砂复掺利用且掺量为 25% 时，混凝土工作性能优良、抗压强度满足施工要求，此时混凝土砂率为 47%；特细砂与机制砂复掺所配制的混凝土物理力学性能优于普通河砂混凝土；特细砂的引入有助提升混凝土品质，降低能耗，有效降低优质河砂短缺地区混凝土的生产成本。

特细砂；混凝土；工作性能；抗压强度

0 前言

特细砂是指细度模数在 1.5 以下或者平均粒径在 0.25mm以下的砂[1]。特细砂由于粒径小、比表面积大，拌制同样强度混凝土时用水量和水泥用量比普通中、粗砂混凝土大。在同一施工条件下，采用特细砂制备的混凝土工作性能差，并且比普通中、粗砂混凝土更易出现收缩裂缝等质量缺陷。但是研究表明，通过合理的调配，特细砂配制的混凝土工作性能与抗压强度均能接近中、粗砂混凝土，甚至当采用特细砂配制高强、高性能混凝土时，其工作性能与强度也能满足施工要求，而且具有良好的抗冻性能与抗渗性能[2-5]。随着城市化进程的加快，优质河砂资源逐渐短缺，具有丰富特细砂资源的地区若能科学合理地使用特细砂，对于降本增效、提高混凝土质量具有重要意义。

特细砂复掺改性是其综合应用的重要手段，本文通过对比试验研究特细砂、机制砂以及特细砂与机制砂复掺对混凝土工作性能和抗压强度的影响，重点研究不同复掺比例、砂率以及砂的种类对混凝土性能的影响规律，掌握特细砂配制混凝土的关键技术。

1 原材料

（1）水泥：采用 P·O42.5 普通硅酸盐水泥，各项性能指标检测均符合 GB 175—2007《通用硅酸盐水泥》的要求。其物理性能见表 1。

表1　水泥物理性能指标

（2）掺合料：采用 Ⅱ 级粉煤灰、S95 级矿粉。其中，粉煤灰细度 16.8%，烧失量 5%，需水量比 101%；矿粉比表面积 400m2/kg，7d 活性指数 81%，28d 活性指数 98%。

（3）粗骨料：采用 5～31.5mm 连续级配碎石，紧密堆积密度 1650kg/m³，压碎值 12%。

（4）细骨料：特细砂，细度模数 1.2，含泥量 5%；机制砂，细度模数 3.2，MB 值 1.0；河砂，细度模数 2.7，含泥量4.3%。

（5）外加剂：萘系高效减水剂，减水率 18.7%，净浆流动度 220mm。

（6）拌合水：自来水。

2 试验方法

试验依据 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》进行 C40 混凝土配合比设计，通过对比试验分别研究特细砂与机制砂不同比例复掺、不同砂率、不同种类砂对混凝土工作性能及抗压强度的影响，其中混凝土设计水胶比为 0.45，总胶材用量 400kg/m3，工作性能及抗压强度分别参考 GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》和 GB/ T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行。

3 试验及结果分析

3.1 特细砂与机制砂不同比例复掺对混凝土性能的影响

试验分别采用特细砂取代 0%、5%、15%、25%、35%、45%、55% 的机制砂进行混凝土工作性能和抗压强度的试验研究，混凝土配合比与性能见表 2。

3.1.1 特细砂与机制砂不同比例复掺对混凝土工作性能的影响

由表 2 可见，当采用特细砂分别取代 0%、5%、15%、25%、35%、45%、55% 的机制砂时，随着特细砂掺量的增加，混凝土坍落度与扩展度均呈现先增加后减小的趋势。从混凝土工作性能来看，当特细砂取代率在 0%～15% 之间时，新拌混凝土易出现泌水分层、工作性能差的特点，随着特细砂掺量的提高，混凝土和易性有较大改善，具体表现为混凝土和易性提高、粘度上升；当特细砂取代率大于 25% 时，混凝土和易性变差、粘度急剧上升，且在 55% 取代率时已经基本失去流动性能。试验表明，特细砂取代率不宜超过 25%。这主要是因为，随着特细砂掺量的增加，细集料比表面积增大，颗粒级配趋于合理，混凝土和易性得到改善。当特细砂掺量达到 25% 时，细集料颗粒级配最佳，混凝土和易性最好，然而，当掺量大于 25% 时，细集料比表面积逐渐增大，所需水泥浆量不足，造成混凝土粘度增加，流动性变差。

表2　不同特细砂取代率混凝土配合比及性能结果

3.1.2 特细砂与机制砂不同比例复掺对混凝土抗压强度的影响

图1　特细砂掺量对混凝土抗压强度的影响规律

由图1 可知，随着特细砂掺量的增加，混凝土抗压强度表现出先增加后减小的趋势，这与表 3 中混凝土工作性能的变化规律一致。当特细砂掺量达到 25% 时，混凝土 7d、28d强度达到最大值。这是因为，特细砂的掺入优化了机制砂的颗粒级配，且在 25% 掺量下混凝土骨料间紧密堆积，共同提高了混凝土的抗压强度。另外，特细砂颗粒细小，随着掺量的增加，细集料比表面积相对增大，用于包裹细集料颗粒的水泥浆需求量增加[6]，具体表现为，特细砂掺量大于 25%时，混凝土和易性变差，抗压强度降低。

3.2 不同砂率对混凝土性能的影响

试验采用固定特细砂掺量，改变砂率的方法，对比研究砂率变化对混凝土性能的影响规律。其中，特细砂掺量为25%，砂率分别为 35%、39%、43%、47%、51%、55%，混凝土配合比及性能见表 3。

表3　不同砂率混凝土配合比及性能结果

3.2.1 不同砂率对混凝土工作性能的影响

由表 3 可知，在保持特细砂掺量不变的情况下，混凝土的工作性能随砂率的增加呈现先增强后减弱的趋势，当砂率增大至 43%～47% 时，混凝土流动性改善较为明显，并且在47% 时混凝土坍落度和扩展度达到了最大值，和易性最佳。试验表明，当砂率超过 51% 时，混凝土粘度上升，需水量增大[7]，工作性能降低，因此混凝土砂率不宜超过 47%。

3.2.2 不同砂率对混凝土抗压强度的影响

图2　不同砂率对混凝土抗压强度的影响规律

从图2 可以看出，随着砂率的逐渐增大，混凝土 7d、28d 抗压强度均呈现先增加后减小的趋势，且在 47% 砂率时，抗压强度出现峰值，这说明，当特细砂取代量为 25%时，混合细集料的合理砂率为 47%，此时混凝土的工作性能和抗压强度均能满足施工要求。

3.3 不同种类细集料对混凝土性能的影响

试验分别采用 25% 特细砂与机制砂复掺、60% 河砂与机制砂复掺、100% 河砂三种细集料体系进行混凝土性能对比试验研究，试验配合比见表 4。

表4　不同种类细集料混凝土配合比及性能结果

3.3.1 不同种类砂对混凝土工作性能的影响

由表 4 中试验数据可知，在坍落度相同的情况下，采用25% 特细砂与机制砂复掺制备的混凝土扩展度大于采用 100%河砂和采用 60% 河砂与机制砂复掺体系的混凝土。从工作性能来看，采用 60% 河砂与机制砂复掺体系的混凝土出现轻微泌水，因此，在泵送混凝土生产中，更宜采用 100% 河砂或25% 特细砂与机制砂复掺的细集料，考虑到当下优质河砂资源短缺的情况，在特细砂资源丰富地区，混凝土生产应采用25% 特细砂与机制砂复掺的细集料，以达到提升混凝土工作性能，降低能耗，提高经济效益的目的。

3.3.2 不同种类砂对混凝土抗压强度的影响

由图3 可知，采用 3 种不同类型细骨料制备的混凝土28d 抗压强度均满足 C40 混凝土设计要求。当采用 25% 特细砂与机制砂复掺使用时，混凝土 7d、28d 抗压强度最大，采用 60% 河砂与机制砂混合使用时，混凝土 28d 抗压强度最小，这是因为，特细砂在合理掺量下（25%）优化了机制砂的颗粒级配，提升了混凝土的匀质性与密实度，提高了混凝土的抗压强度。