云母含量对泵送山砂混凝土抗压强度的影响
2021-07-20高礼雄谭文君李红辉
高礼雄， 谭文君， 张 彦， 李红辉
(1.石家庄铁道大学材料科学与工程学院，河北 石家庄 050043；2.广东长大试验技术开发有限公司，广东 广州 511431)
山砂的来源比较广泛，除碳酸盐类岩石外大量的花岗岩也用于生产山砂，高云母含量花岗岩生产的山砂云母含量也较高。针对该类山砂，低砂率非泵送水工混凝土对其进行了广泛研究，并取得了一些有益的试验结果。有研究认为3.5%范围内云母含量对混凝土抗压强度没有影响[1]，云母含量为7.2%时混凝土抗压强度还略有提高[2]，最高云母含量为9.0%时混凝土抗压强度仅有小幅度降低[3]。从中可以看出大于2%的云母含量对混凝土抗压强度影响较小，这与《建设用砂》(GB/T 14684-2011)规定最高云母含量2%相矛盾。此外层状结构云母吸取大量自由水后会削弱水泥石与骨料间的粘结力，这也会使得高云母含量对混凝土强度产生不利影响[4-7]。
目前针对云母含量对高砂率泵送混凝土抗压强度影响的研究还未见报道，因此开展了0%、1%、2%和3%云母含量对不同强度等级泵送山砂混凝土抗压强度影响的研究，并分析了云母含量对混凝土强度的作用机理。
1 试验概况
1.1 试验原材料
水泥：赞皇金隅水泥厂生产的P.O42.5普通硅酸盐水泥；粉煤灰：河北西柏坡发电有限责任公司生产的F类Ⅱ级粉煤灰，细度10.3%，需水量比95%，烧失量5.0%；砂：河北鼎鑫产的机制山砂，细度模数2.9，云母含量0%，Ⅱ区级配；石子：河北鼎鑫产的5～25 mm连续级配碎石，压碎值9.3%，云母含量0%；云母：灵寿县华源云母有限公司生产的80目云母粉；减水剂：北京金隅水泥节能科技有限公司石家庄分公司出厂的JY-PS-1型聚羧酸高性能减水剂；水：自来水。
1.2 泵送山砂混凝土配合比
进行了C35、C40和C50泵送山砂混凝土配合比设计，其配合比见表1，云母等质量取代砂(以质量百分比表示)。采用两套减水剂对泵送山砂混凝土工作性能进行研究，其中第①套减水剂用于探究云母含量对泵送山砂混凝土工作性能的影响，第②套减水剂是根据第①套减水剂试验结果调整后得到的，目的是保持混凝土初始和1 h坍落度在200±20 mm之间以满足泵送要求。X射线衍射(XRD)和压汞(MIP)分析用净浆试验配合比见表2所示。
表1 泵送山砂混凝土试验配合比
表2 净浆试验配合比
1.3 试验方法
混凝土工作性能按《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T 50080-2016)进行测试；混凝土抗压强度按《混凝土物理力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2019)进行测试；XRD测试仪器为德国布鲁克生产的D8 ADVANCE型X射线衍射仪；MIP测试设备为麦克默瑞提克(上海)仪器有限公司生产的AutoPore Ⅳ 9520全自动压汞仪，有效孔径测试范围0.003～1 000 μm。
2 试验结果与分析
2.1 泵送山砂混凝土的工作性能及调整
第①套减水剂配制的三种强度等级混凝土工作性能试验结果见图1。由图1可知：1%范围内云母含量对C35、C40和C50混凝土初始坍落度和1 h坍落度损失几乎没有影响，1%～2%云母含量对C35、C40和C50混凝土初始坍落度和1 h坍落度损失有影响但不显著，超过2%后云母含量对C35、C40和C50混凝土初始坍落度和1 h坍落度损失有较大不利影响。为达到坍落度200±20 mm泵送要求，对2%及以上云母含量混凝土减水剂掺量进行了调整试验，结果见表1和图2。从图2可以看出，通过微调减水剂掺量方式可降低3%范围内云母含量对泵送混凝土工作性能的不利影响。
图1 云母含量对混凝土工作性能的影响
图2 调整后云母含量对混凝土工作性能的影响
2.2 云母含量对泵送山砂混凝土抗压强度的影响
采用第②套减水剂配制的不同云母含量C35、C40和C50泵送山砂混凝土7 d和28 d强度试验结果见图3。由图中可知：对C35和C40混凝土而言，2%范围内云母含量对混凝土抗压强度影响较小，超过后云母含量会造成混凝土强度急剧降低；对C50混凝土而言，1%范围内云母含量对混凝土抗压强度影响不显著，超过后云母含量会导致混凝土强度大幅度降低。当云母含量超出《建设用砂》(GB/T 14684-2011)标准规定达3%时，三种混凝土28 d强度相差不大，表明通过降低水胶比方式已不能改善云母含量对混凝土强度的不利影响。
图3 云母含量对混凝土抗压强度的影响
2.3 物相分析
对0%和3%云母含量C50泵送山砂混凝土28 d水泥石进行了物相分析，结果见图4。从图中可以看出：两种水泥石中，3%云母含量水泥石除存在大量云母晶体之外，其他水化产物AFt和Ca(OH)2晶体衍射峰强度与不掺云母水泥石近乎相同。该试验结果表明，3%范围内云母含量对C50泵送山砂混凝土水泥水化反应没有不利影响。
图4 C50混凝土水泥净浆试样XRD图谱
2.4 压汞测试分析
为进一步揭示云母含量对泵送山砂混凝土28 d强度作用机理，进行了C35和C50混凝土水泥石孔结构分析，试验结果见图5、图6和表3。从中可以看出：与不掺云母水泥石相比，3%云母含量导致C35和C50混凝土中水泥石的孔隙率和中值孔径急剧增大，且少害孔、有害孔和多害孔显著增加。这可能是由于云母吸取大量自由水后在混凝土内部形成了“水囊”，以致在硬化水泥石中生成大量孔隙，进而导致混凝土强度急剧降低。
图5 C35混凝土中水泥石累计孔隙率和孔径分布
图6 C50混凝土中水泥石累计孔隙率和孔径分布
3 结论
(1)云母含量对泵送山砂混凝土抗压强度的不利影响与混凝土强度等级有关。为降低云母含量带来的不利影响，C40及以下混凝土强度要求云母最高含量应控制在2%以下为宜，C50混凝土强度要求云母最高含量应控制在1%以下为宜。
(2)当云母含量超出适宜范围达3%时，通过降低水胶比方式已不能改善云母含量对混凝土强度的不利影响，这主要是由于云母吸水形成的“水囊”在硬化水泥石中形成大量孔隙造成的。
表3泵送山砂混凝土孔隙率和孔径分布
