特细砂泵送混凝土的制备研究

2017-05-25李雪徐新邵美翠马涛

商品混凝土 2017年5期

关键词：细砂骨料力学性能

李雪，徐新，邵美翠，马涛

（徐州中联混凝土有限公司，江苏徐州 22100）

特细砂泵送混凝土的制备研究

李雪，徐新，邵美翠，马涛

（徐州中联混凝土有限公司，江苏徐州 22100）

本文从碎石粒径区间、米石掺量和引气剂用量三个方面研究了特细砂泵送混凝土的工作性能及力学性能影响因素，结果表明，降低碎石最大粒径、适量掺入米石及适度引气使特细砂混凝土的工作性能和力学性能均有所提升。

特细砂；泵送；混凝土

0 前言

特细砂，俗称面砂，其细度模数在 0.7～1.5 之间，由于其平均粒度低、比表面积大，应用于混凝土中容易导致坍落度损失大、粘度大、开裂风险大等问题，在我国大部分地区应用受到严格的限制，GB 50164—2011《混凝土质量控制标准》中明确指出不宜单独采用特细砂作为细骨料配制混凝土，上海市钢筋混凝土预制构件质量监督站也于 2017 年 3 月份下达了严禁使用特细砂生产混凝土的规定[1-2]。

然而随着天然中砂资源的日益枯竭以及河道禁采的力度不断加大，特细砂作为一种储量丰富的资源，其在混凝土中的应用已成为不可阻挡的趋势。重庆地区由于中砂资源紧缺，特细砂混凝土应用已有几十年的历史，2004 年还制定出了DB 50/5028—2004《特细砂混凝土应用技术规程》[3]。

在数十年特细砂的应用实践中，已形成了“三低一超”的混凝土配合比设计原则（即低砂率、低坍落度、低水泥用量、粉煤灰超量掺入），基于此原则设计的混凝土可以大幅度缓解特细砂混凝土的质量缺陷。由于泵送混凝土的坍落度较大，突破了“三低一超”的原则，其配制难度远远高于传统的特细砂混凝土[4-5]。

1 试验

1.1 试验原料

（1）徐州中联 P·O42.5 水泥，28d 强度为 51. 7MPa；

（2）矿粉：徐州延远建材 S95 级矿粉，28d 活性指数103%；

（3）粉煤灰：国华 F 类 I 级，需水量比 98%；（4）特细砂：细度模数 0.8；

（5）米石：公称粒径 3～5mm；

（6）碎石 1：公称粒径 5～16mm；

（7）碎石 2：公称粒径 5～20mm；

（8）碎石 3：公称粒径 5～25mm；

（9）碎石 4：公称粒径 5～31.5mm；

（10）减水剂：苏博特 PCA，减水率 18%；

（11）引气剂：苏博特 GYQ-Ⅲ。

1.2 试验方法

基于特细砂混凝土的设计原则，参考重庆市地方标准DB 50/5028—2004《特细砂混凝土应用技术规程》，根据标准 5.0.7 要求，单独用特细砂配制泵送混凝土时砂率宜控制在20%～28% 之间。根据表 5.0.4 要求，采用细度模数为 0.8 的特细砂配制混凝土，稠度在 50～70mm 之间的用水量不宜超过 215kg。水胶比采用 0.45 设计配合比进行试配，混凝土工作性能及力学性能测试试验依据 GB/T 50080 和 GB/T 50081相关规定进行。

表 1 C30 试验基准配合比 kg/m3

2 试验结果与讨论

2.1 碎石粒径的对混凝土性能的影响

在本文试验中，选择四种粒径区间的碎石，最大公称粒径从 16mm 到 31.5mm。混凝土的工作性能及力学性能测试结果如表 2 所示。

表 2 碎石粒径对混凝土工作性能及力学性能的影响

试验结果表明，碎石粒径对特细砂混凝土的工作性能影响较大，碎石粒径越小，混凝土的抗离析性能越高，这一现象可以由流体力学中的斯托克斯（Stokes）定律给予很好的解释。

式中：

uo——沉降速度，m/s；

d ——颗粒直径，m；

ρs——颗粒密度，kg/m3；

ρ ——流体密度，kg/m3。

在泵送混凝土中，碎石处于悬浮状态，在混凝土的粘滞阻力及浆体与骨料的密度差恒定的前提下，粗骨料的粒径越小，其在混凝土中的运动速度就越低，因此其抗离析性能就越强。但碎石粒径过小时，由于其过大的比表面积使得混凝土的坍落度降低。

特细砂混凝土的力学性能与粘聚性有着良好的相关性，粘聚性良好的混凝土力学性能也得以保证，有离析现象的混凝土其 7d 和 28d 抗压强度也低。综合工作性能和力学性能的试验结果，碎石粒径区间为 5～20mm 时，其工作性能和力学性能均较为理想。

2.2 米石掺量的对混凝土性能的影响

3～5mm 的米石粒径区间介于特细砂与粗骨料之间，其在特细砂混凝土中的使用，可以部分弥合使用特细砂混凝土的集料级配断层问题，在本文试验中，选用粒径区间为5～20mm 的碎石，米石取代碎石的比例分别为 5%、10%、15%、20%、25%、30%。试验结果如表 3 所示。

表 3 米石掺量对混凝土工作性能及力学性能的影响

试验结果表明，米石掺量在 15% 以内时，混凝土的工作性能良好，力学性能有所提升，当米石掺量超过 15% 时，混凝土的工作性能变差，力学性能开始降低。适量的米石可以弥合特细砂混凝土的骨料级配断层，工作性能得以保证，力学性能得以提升。但米石的掺量过大时，由于粗骨料体系的比表面积增大，混凝土的工作性能明显下降，且由于粗骨料与浆体的界面过渡区增加导致硬化混凝土缺陷增加，混凝土的力学性能开始下降。

2.3 引气剂用量的对混凝土性能的影响

在普通混凝土中，适度引气可以改善混凝土的和易性，尤其是对于细骨料颗粒级配或颗粒形貌不良的混凝土，粒径适度的气泡相当于级配和形貌优良的细集料，可以增加混凝土的流动性，并提升混凝土的抗离析性能。

表 4 引气剂用量对混凝土工作性能及力学性能的影响

对于特细砂混凝土而言，整个集料级配中缺少 0.63～5mm 粒径区间的颗粒，引气剂的使用有助于混凝土工作性能的提升。当引气剂用量低于 0.03% 时，特细砂混凝土的工作性能明显提升，而混凝土的力学性能保持稳定，在引气剂用量为 0.01% 时，混凝土的 28d 抗压强度提升了 3MPa，这可能与混凝土的匀质性改善有关。当引气剂用量超过 0.03% 时，混凝土的和易性进一步改善，但由于气泡量的增多导致混凝土的力学性能下降。