■鐘 波 ■同濟大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200092

我國天然河砂資源分布不均、數(shù)量有限，多年基礎(chǔ)建設(shè)使得作為原材料之一的天然河砂供應(yīng)已無法完全滿足需求，全國多個省市局部地區(qū)無砂可用。山砂、海砂越來越多作為河砂的替代品，但山砂資源有限、含泥量大，難以長期滿足大規(guī)模生產(chǎn)和質(zhì)量控制需要;海砂氯離子含量高，凈化工藝復(fù)雜，制備成本高，應(yīng)用范圍受到嚴(yán)格限制;而機制砂來源廣泛、制備工藝簡單，受到混凝土行業(yè)的高度關(guān)注［1-2］。

隨著國家和地方對河砂“禁采”、“限采”政策的實施，混凝土行業(yè)采用機制砂替代天然河砂制備混凝土將成為必然趨勢。由于機制砂混凝土本身在力學(xué)性能、收縮與抗裂性以及耐久性能方面，能夠達到甚至超過天然砂混凝土的水平，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國家大型混凝土工程，比如三峽工程大壩及圍堰、黃河小浪底工程大壩、渝懷鐵路金洞隧道、旗號嶺隧道等［3］。因此使用機制砂在更多領(lǐng)域更大規(guī)模上更廣泛地區(qū)應(yīng)用將成為必然趨勢。

目前國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的機制砂表面粗糙，級配不完全合理，細度模數(shù)偏大。多數(shù)企業(yè)為減少機械磨損，降低生產(chǎn)成本，生產(chǎn)的機制砂細度模數(shù)多為3.1 以上(粗砂)，而配制混凝土細度模數(shù)最好是2.5～3.0 范圍。另外，機制砂的級配區(qū)最好為II 區(qū)，各級篩余一定要符合標(biāo)準(zhǔn)要求，但有的企業(yè)根本不認識或重視此指標(biāo)，使機制砂的優(yōu)勢無法體現(xiàn)，在人們對機制砂認識的初級階段，機制砂企業(yè)自己給自己造成了阻力。本文針對江西本地砂源，與贛江河砂對比，研究機制砂細度模數(shù)對水泥砂漿工作性和混凝土工作性及強度的影響規(guī)律，為本地區(qū)機制砂的生產(chǎn)和應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

1 試驗材料和試驗方法

1.1 試驗材料

水泥:江西海螺水泥股份有限公司生產(chǎn)的P·O42.5 級水泥，比表面積為378m2/kg;粉煤灰:江西某電廠二級粉煤灰，45μm 篩余18.6%，需水量比為100%，密度是2.52kg/m3;礦粉:新余鋼鐵廠冶煉生鐵時排放的?；郀t礦渣，密度為2.86g/cm3，比表面積430m2/kg，28d 活性指數(shù)97%，流動度比100%;粗骨料:試驗用粗集料是高安5～31.5mm連續(xù)級配碎石，表觀密度為2710kg/m3，堆積密度為1560kg/m3，空隙率為42.5%，壓碎值為7.6%;細骨料:河砂為贛江中砂，細度模數(shù)2.6，機制砂為萍鄉(xiāng)和樂平的兩廠家生產(chǎn)，均為碎石破碎篩分而成，其中萍鄉(xiāng)機制砂為花崗巖機制砂，編號為PX，樂平機制砂為石灰?guī)r機制砂，編號為LP，細度模數(shù)2.9，針片狀含量6.0%，細骨料的主要性能指標(biāo)見表1;外加劑:江西迪特公司生產(chǎn)的聚羧酸系緩凝高效減水劑，減水劑含固量為7.50%，摻量1.8%時減水率20%。

表1 細骨料的主要性能指標(biāo)

1.2 試驗方法

(1)試驗配合比見表2。

表2 機制砂混凝土配合比

(2)機制砂砂漿工作性按照《混凝土外加劑應(yīng)用規(guī)范》(GB 50119-2013)國家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

(3)機制砂混凝土工作性的測定方法。按照《普通混凝土拌合物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50080-2002)規(guī)定的坍落度法測試混凝土拌合物的工作性。

(4)機制砂混凝土力學(xué)性能的測定方法。試件尺寸采用150mm 的立方體試件，按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50081-2002)進行測試。

2 試驗結(jié)果與分析

不同于天然砂適合泵送混凝土的的細度模數(shù)為2.3～3.0，機制砂普遍較粗，選取細度模數(shù)2.6～3.5 進行相關(guān)試驗分析。試驗選用萍鄉(xiāng)機制砂PX1-PX8，細度模數(shù)從3.5～2.5，試驗過程中除機制砂細度模數(shù)變化外，其余各參數(shù)(石粉含量、針片狀含量)大致相同，研究細度模數(shù)對水泥砂漿和混凝土流動性、強度的影響。

2.1 機制砂細度模數(shù)對砂漿工作性的影響

參照GB50119-2013《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中的混凝土外加劑相容性快速試驗方法，在C30、C60 混凝土原有配合比的基礎(chǔ)上，降低0.02 的水膠比，去除粗骨料，配制成水泥砂漿，研究不同細度模數(shù)機制砂對水泥砂漿擴展度的影響，試驗結(jié)果見表3 和圖1、圖2。

表3 不同細度模數(shù)機制砂對水泥砂漿擴展度的影響

圖1 細度模數(shù)對S30 砂漿擴展度的影響

圖2 細度模數(shù)對S60 砂漿擴展度的影響

從表3 和圖1、圖2 可以看出，隨著細度模數(shù)的減小，S30 和S60 砂漿的初始、30min、60min 擴展度均呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢。這是因為細度模數(shù)大時，粗骨料多，砂漿易表現(xiàn)出輕微離析、泌水、骨料堆積等現(xiàn)象，因此擴展度相對小;當(dāng)細度模數(shù)較小時，細顆粒較多，粒徑較小的顆粒比例較大，顆粒表面吸附的水增加，從而使?jié){體流動性變差;細度模數(shù)增加至一定程度，大小不同顆?；ハ啻钆?，相互填充空隙，顆粒表面吸附的水量適中，顆粒堆積效應(yīng)能起到減少空隙，使體系中有更多的自由水，因而漿體拌合物流動性增加?？傮w來說，細度模數(shù)對機制砂砂漿的擴展度影響不大，細度模數(shù)在2.8～3.0 范圍內(nèi)，砂漿擴展度較好。另外可以看出，S30 砂漿和S60 砂漿的30min 擴展度＞60min 擴展度＞初始擴展度。這和天然砂的規(guī)律是一致的。

2.2 機制砂細度模數(shù)對C30 混凝土工作性和強度的影響

研究機制砂細度模數(shù)在3.5～2.6 時，不同細度模數(shù)機制砂對C30混凝土性能的影響，按照C30 混凝土設(shè)計配合比進行試配，試驗結(jié)果見表4 和圖3、圖4。

表4 不同細度模數(shù)機制砂對C30 混凝土性能的影響

從表4 和圖3 可以看出，隨著細度模數(shù)的減小，C30 混凝土的坍落度和擴展度均先增大后降低，混凝土泌水率先降低后小幅度增長，當(dāng)細度模數(shù)在2.8～3.0 時，混凝土拌合物外觀良好，具有良好的粘聚性，泌水率較低，混凝土工作性能最好。當(dāng)細度模數(shù)大于3.0 時，機制砂中的粗顆粒較多，細顆粒較少，混凝土有點離析，粘聚性一般，泌水率略大，整體工作性能一般;而細度模數(shù)低于2.8 時，機制砂中細顆粒多，骨料比表面積增大，需要更多的漿體來包裹，此時混凝土的流動性略差，拌合物略粘，泌水率較低，混凝土工作性能也一般。

圖3 細度模數(shù)對混凝土工作性能的影響

圖4 細度模數(shù)對混凝土強度的影響

從表4 和圖4 可以看出，混凝土各齡期抗壓強度均隨著細度模數(shù)的減小而呈現(xiàn)先小幅度增大后小幅度降低的規(guī)律，總體增減幅度不大。當(dāng)細度模數(shù)在2.8～3.0 時，混凝土抗壓強度較高。此時機制砂的顆粒級配良好，粗顆粒與細顆粒比例較好，骨料顆?？障堵市?，混凝土的抗壓強度高。

2.3 機制砂細度模數(shù)對C60 混凝土工作性和強度的影響

研究機制砂細度模數(shù)在3.5～2.6 時，不同細度模數(shù)機制砂對C60混凝土性能的影響，按照C60 混凝土設(shè)計配合比進行試配，試驗結(jié)果見表5 和圖5、圖6。

表5 不同細度模數(shù)機制砂對C60 混凝土性能的影響

從表5 和圖5、圖6 可以看出，隨著細度模數(shù)的減小，C60 混凝土的坍落度和擴展度均先增大后降低，混凝土7d、28d 抗壓強度也是先增大后降低，總體來說，細度模數(shù)對坍落度、擴展度和各齡期抗壓強度的影響不大，細度模數(shù)在2.8～3.0 時，混凝土性能最好。

圖5 細度模數(shù)對混凝土工作性能的影響

圖6 細度模數(shù)對混凝土強度的影響

3 結(jié)論

(1)研究表明細度模數(shù)僅是表征砂的粗細程度的宏觀指標(biāo)，無法反映顆粒級配的真實情況，不能作為判斷砂品質(zhì)好壞的衡量指標(biāo)，顆粒級配是反映機制砂基本屬性最內(nèi)在的因素。在確定砂的顆粒級配滿足GB/T 14684-2011《建設(shè)用砂》2 區(qū)機制砂級配要求外，建議控制機制砂細度模數(shù)在2.8～3.0 左右。

(2)總體來說，細度模數(shù)對C60 混凝土性能的影響與對C30 混凝土性能的影響規(guī)律相當(dāng)，但整體影響不大，最佳細度模數(shù)均在2.8～3.0。

［1］余良君.混合砂代替天然中砂在混凝土中的應(yīng)用研究［J］.福建建材，2006(4):18-19.

［2］王稷良.機制砂特性對混凝土性能的影響及機理研究［D］.武漢理工大學(xué)博士學(xué)位論文，2008.

［3］陳炳祥，王震.長大隧道遠距離泵送機制砂混凝土施工技術(shù)研究［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2014，41(3):22-26.