（山东中岩建材科技有限公司，山东 枣庄 277110）

0 引言

我国混凝土用量越来越大，天然砂资源也越来越紧张[1]。天然砂是一种地方性资源，短期内不可再生。不少地区天然砂资源逐步短缺，导致其价格越来越高。在经济利益的驱使下，许多地方的乱采、乱挖已造成严重的环境污染问题。为了保护生态环境，降低混凝土的生产成本，采用机制砂全部或者部分替代天然砂作为细集料的趋势明显[2]。

然而，机制砂与天然砂相比，在粒型、颗粒级配、石粉含量等方面存在着很大的区别[3]，使用机制砂配制的混凝土在工作性能和强度上与天然砂相比存在一定的差异[4]。由于机制砂在生产过程中会导致其级配不如河沙合理，容易断级配，造成在使用机制砂配制混凝土时易出现离析、泌水、工作性差等现象[5]。

本文选取两种有代表性机制砂，通过不同母液与功能助剂复配外加剂对含粉量少、颗粒级配差、细度粗的机制砂混凝土进行研究，分析保水型母液对机制砂混凝土的和易性、工作性能和力学性能的影响。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

试验用水泥为枣庄中联生产“中联”牌P.O42.5普通硅酸盐水泥，水泥物理及力学性能见表1。

表1 水泥的物理及力学性能

试验用掺合料为济宁邹县电厂生产的Ⅱ粉煤灰和山东鲁碧建材有限公司生产的S95级矿粉，其主要性能指标如表2、表3。

表2 粉煤灰的主要性能指标

表3 S95级矿粉的主要性能指标

试验选用两种代表性机制砂。1#是湿法生产水洗机制砂，石粉含量1.9%，MB值0.25%，细度模数3.31；2#是干法生产机制砂，石粉含量9.2%，MB值0.85%，细度模数2.54。机制砂筛余指标见表4，机制砂级配曲线见图1。

表4 机制砂筛余指标

图1 机制砂级配曲线图

试验用石子选用枣庄中联自产的石子，含泥量小于0.5%，公称粒径为5～20mm和16～31.5mm的碎石，其中5～20mm与16～31.5mm碎石的比例为6:4。

试验用减水剂选用山东中岩自产的聚羧酸减水剂。由通用型减水母液HL-700（含固量40%，减水率≥35%）、缓释型母液SR-3（含固量50%，减水率≥18%）、保水型母液BA-1（含固量40%，减水率≥30）复配而成。

其他功能助剂包括：葡萄糖酸钠（PN）、日本竹本油脂AE-220引气剂(YQ)、日本竹本油脂AFK-2消泡剂(XP)、泰安瑞泰水溶性10W粘度纤维素(XWS)。

1.2 试验方法

本试验适配混凝土强度等级为C30，用砂为纯机制砂，砂率为42%，减水剂掺量为1.0%。具体配合比见表5。

表5 混凝土配合比(kg/m3)

新拌和混凝土的坍落度、扩展度、含气量的测定按照GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行。混凝土3d、7d、28d的抗压强度试验参照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行。

2 试验结果与分析

机制砂混凝土硬化前的性能主要涉及混凝土稠度、和易性、可塑性、可加工性等，其中，和易性不仅表示混凝土浇灌成型的难易程度，也表示混凝土抵抗材料分层离析的能力，是满足混凝土施工过程的硬性条件。本文把混凝土和易性和工作性能作为混凝土性能评价指标，通过不同外加剂的复配找出适合该混凝土的外加剂配比，要求其出机坍落度在200～220mm、1h坍落度损失≤20mm，2h坍落度损失≤40mm，混凝土不泌水、不露石，和易性好为最优。

2.1 使用1#机制砂混凝土减水剂试配试验

由于 1#机制砂含粉量低，粗颗粒较多，且级配不太合理，使其很容易泌水、离析，和易性差。为了解决此问题，通过聚羧酸母液与功能助剂复配使混凝土达到良好的和易性。减水剂复配配比见表6，1#机制砂混凝土拌合物工作性能与强度见表7，不同减水剂配比经时坍落度损失见图2所示。

表6 1#机制砂混凝土减水剂复配配比表

根据表7，由H1可知，由于1#湿法生产水洗机制砂细度模数较大、含粉量少、颗粒形态不佳，使用通用减水母液与缓释母液复配现有的胶材量不足以包裹粗砂颗粒和石子，混凝土的保水性不好，出机混凝土放置几分钟后易泌水、无包裹性，和易性差，导致流动度不佳，且混凝土强度也较低。

表7 1#机制砂混凝土拌合物工作性能与强度

为了提高其和易性、防止泌水，使用速溶型纤维素进行保水增稠，由试验H2、H3、H4可知，随着纤维素用量的下降，混凝土的坍落度和扩展度都有所增加，且混凝土的和易性也较不加纤维素的要好，混凝土强度也优于H1。由此可以看出，为保证混凝土有良好的和易性及工作性，加入一定量的纤维素进行保水增稠是可行的。

但是纤维素的用量需要进行反复试验，找到母液与纤维素的平衡点，以达到混凝土和易性良好且不泌水的状态，这样做会增加工作量，且外加剂成本也会增加。因此，本文在减水剂复配中使用BA-1保水型母液，其减水率约为HL-700的80%，不易泌水且有一定的保水效果，能很好解决混凝土的泌水、和易性差的问题。如试验H5所示，BA-1等量替代HL-700后，混凝土的出机坍落度和扩展度与加纤维素的H4相差不大，保坍性能优于H4，混凝土强度最高，且不加纤维素能够降低母液用量从而降低外加剂的复配成本。

由图2可知，试验H1、H2、H3试配混凝土的出机坍落度不满足混凝土工作性能指标，1h、2h坍落度损失均不满足要求，试验H4出机状态与1h坍落度损失满足试验要求，但是2h坍落度损失＞40mm。试验H5所有指标满足要求，是最优减水剂配合比。

图2 1#机制砂不同减水剂配比经时坍落度损失

2.2 使用2#机制砂的混凝土减水剂试配试验

2#机制砂含粉量高，细度模数低，级配较1#合理，在混凝土试配过程中，和易性好，不会出现泌水、露石等现象，但是保坍性不佳。与1#砂不同，对于2#砂，主要考虑其经时坍落度损失。减水剂复配配比见表8，2#机制砂混凝土拌合物工作性能与强度见表9，不同减水剂配比经时坍落度损失见图3。

表8 2#机制砂混凝土外加剂复配配比表

由表9和图3可以看出，对于含粉量较多、细度较细的干法生产的机制砂保水型母液效果与通用减水母液相差不大。通过试验H8与H6对比，混凝土初始与1h拌合物工作性能均满足技术要求，但是H6试验2h坍落度损失＞40mm。通过试验H8与H7对比，混凝土各指标均满足要求，但是H8减水剂材料成本对比H7更低，更具有性价比。

表9 2#机制砂混凝土拌合物工作性能与强度

图3 2#机制砂不同减水剂配比经时坍落度损失

3 结论

1）对于湿法生产的水洗机制砂，由于细度粗、含粉少、颗粒级配不佳且质量不稳定，使用保水型聚羧酸母液替代纤维素等增稠保水助剂可以解决机制砂混凝土泌水、离析问题，提高和易性，大幅度改善混凝土的状态，且降低外减水复配材料成本。

2）对于干法生产的机制砂，其细度细、含粉量较高、颗粒级配较好，混凝土的和易性较好，使用保水型母液对比通用减水母液具有更好的混凝土状态，同时也能降低减水剂复配材料成本。