羅輝

（翁牛特旗萬(wàn)里川混凝土制造有限公司，內(nèi)蒙古赤峰 024500）

淺談內(nèi)蒙古沙漠特細(xì)砂在混凝土中的應(yīng)用

羅輝

（翁牛特旗萬(wàn)里川混凝土制造有限公司，內(nèi)蒙古赤峰 024500）

隨著資源的枯竭，滿足泵送混凝土生產(chǎn)所需要的天然 Ⅱ 區(qū)中砂越來(lái)越少，而且受當(dāng)?shù)氐貐^(qū)政策的限制，部分地區(qū)對(duì)環(huán)境的保護(hù)，甚至禁止開(kāi)采，這樣一來(lái)導(dǎo)致可用天然砂寥寥無(wú)幾。本文通過(guò)利用沙漠特細(xì)砂制作混凝土的研究，介紹沙漠特細(xì)砂的特性，并詳細(xì)介紹了混凝土的配制方法。

特細(xì)砂；配合比；最佳比例；工作性能；強(qiáng)度

0 前言

翁牛特旗是內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市所轄旗縣，位于內(nèi)蒙古東南部。地處西遼河上游科爾沁沙地西端，沙漠資源豐富。當(dāng)?shù)赜糜诨炷潦┕そㄔO(shè)的基本是該地區(qū)的特細(xì)砂，由于當(dāng)?shù)?Ⅱ 區(qū)中砂嚴(yán)重的缺乏，開(kāi)發(fā)利用豐富的特細(xì)砂資源并用于工程實(shí)踐當(dāng)中，從可持續(xù)發(fā)展宏觀角度看有著較為長(zhǎng)遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。目前赤峰市翁牛特旗特細(xì)砂儲(chǔ)存量大、質(zhì)量較穩(wěn)定、價(jià)格便宜，對(duì)商品混凝土具有良好的潛在經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。為此，實(shí)驗(yàn)室通過(guò)大量試驗(yàn)以沙漠特細(xì)砂為研究對(duì)象，經(jīng)研究試驗(yàn)表明，通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)研究特細(xì)砂、水洗砂以及特細(xì)砂與水洗砂復(fù)摻對(duì)混凝土工作性能和抗壓強(qiáng)度的影響，重點(diǎn)研究不同復(fù)摻比例、砂率及砂的種類對(duì)混凝土的影響規(guī)律，分析出特細(xì)砂對(duì)混凝土強(qiáng)度，和易性的影響。掌握特細(xì)砂配制混凝土的關(guān)鍵技術(shù)，并取得了成果，已在工程中推廣應(yīng)用。

1 沙漠特細(xì)砂

特細(xì)砂是指細(xì)度模數(shù)在1.5以下的砂。該特細(xì)砂細(xì)度均值在 0.25mm 左右，屬于特細(xì)砂，該砂的比表面積大、收縮率大，拌制同樣強(qiáng)度混凝土?xí)r用水量和外加劑需要量要比普通中、粗砂混凝土大，但含泥量較低，適合作為細(xì)骨料小粒徑范圍的填充成分。隨著中砂的緊缺，特細(xì)與水洗砂的復(fù)摻能有效的解決中砂的緊缺，同時(shí)也能降本增效。特細(xì)砂復(fù)摻改性是其綜合應(yīng)用的重要手段，本特細(xì)砂物理性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 特細(xì)砂物理性能

2 原材的選擇與物理性能指標(biāo)

（1）水泥：內(nèi)蒙古赤峰市喀喇沁草原水泥廠生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)為 P·O42.5，其性能見(jiàn)表2。

表2 水泥性能指標(biāo)

（2）粉煤灰：赤峰元寶山電廠 Ⅱ 級(jí)粉煤灰，其性能見(jiàn)表3。

表3 粉煤灰性能指標(biāo)

（3）天然水洗粗砂：赤峰翁牛特山嘴子生產(chǎn)的粗砂，其性能見(jiàn)表 4。

表4 天然水洗粗砂的性能指標(biāo)

（4）Ⅱ區(qū)中砂：赤峰玉黃天然河砂，其性能見(jiàn)表5。

表5 Ⅱ區(qū)中砂的性能指標(biāo)

（5）卵石：赤峰翁牛特山嘴子生產(chǎn)的5～31.5mm卵石，性能見(jiàn)表6。

表6 卵石的性能指標(biāo)

（6）外加劑：赤峰柏吉納生產(chǎn) BJN-2 聚羧酸高效減水劑，其性能見(jiàn)表 7。

表7 外加劑的性能指標(biāo)

（7）拌合水：攪拌站地下水。

3 試驗(yàn)思路

以 C30 混凝土為研究對(duì)象，分析出不同復(fù)摻同比例、不同種類砂、不同砂率對(duì)混凝土工作性能的影響。

4 試驗(yàn)研究

試驗(yàn)依據(jù) JGJ55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》進(jìn)行 C30 混凝土配合比設(shè)計(jì)，其中混凝土設(shè)計(jì)水膠比為0.46，總膠凝材料用量370kg/m3。以20 升試驗(yàn)為據(jù)，拌合后試塊成型在23℃；濕度56% 的環(huán)境下進(jìn)行，抗壓試塊成型尺寸100mm×100mm×100mm，成型后一天拆模，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d（標(biāo)養(yǎng)室溫度(20±2)℃，濕度 95% 以上）進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，具體工作性能及抗壓強(qiáng)度分別參考 GB/T50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。

5 試驗(yàn)結(jié)果及分析

5.1 特細(xì)砂與水洗砂不同比例復(fù)摻對(duì)混凝土性能的影響

試驗(yàn)分別采用特細(xì)砂和水洗砂復(fù)摻，特細(xì)砂的取代率分別為5%、15%、25%、35%、45%、55%，試驗(yàn)結(jié)果及各項(xiàng)性能見(jiàn)表 8。

由表 8 可見(jiàn)，當(dāng)特細(xì)砂取代率分別為5%、15%、25%、35%、45%、55% 與水洗砂復(fù)摻時(shí)隨著特細(xì)的摻量的增加，混凝土性能呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)。從混凝土工作性能來(lái)看，特細(xì)砂摻量在5%～15% 之間時(shí)，混凝土的流動(dòng)性、粘聚性、包裹性差，易出現(xiàn)泌水和分層現(xiàn)象，隨著特細(xì)砂摻量的提高，混凝土和易性有較大的改善，具體表現(xiàn)為混凝土和易性、粘度、水泥漿體量，混凝土整體工作性能得到提升。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示本特細(xì)砂與水洗砂復(fù)摻時(shí)，本特細(xì)砂的最佳取代率為35%。這主要原因?yàn)椋弘S著特細(xì)砂摻量的增加，水洗砂與特細(xì)砂復(fù)摻時(shí)細(xì)骨料比表面積增大，顆粒級(jí)配趨于合理，混凝土各項(xiàng)性能得到改善，此時(shí)的混凝土和易性狀態(tài)最佳。然而當(dāng)特細(xì)砂摻量大于35% 時(shí)，混凝土和易性變差，這主要原因?yàn)椋杭?xì)骨料比表面積逐漸增大，對(duì)混凝土外加劑和水相對(duì)應(yīng)吸附的能力增加，粘度提升，流動(dòng)性變差。

5.2 特細(xì)砂與水洗砂不同比例復(fù)摻對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

特細(xì)砂與水洗砂不同比例復(fù)摻對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響，見(jiàn)圖1。

由圖1可知，隨著特細(xì)砂摻量的增加，混凝土抗壓強(qiáng)度表現(xiàn)出先增大后減小趨勢(shì)，7天、28 天混凝土試塊強(qiáng)度與圖1變化規(guī)律一致。當(dāng)特細(xì)砂摻量達(dá)到35%時(shí)，混凝土 7天、28 天強(qiáng)度達(dá)到最大值，這是因?yàn)樘丶?xì)砂小粒徑顆粒對(duì)水洗粗砂的填充和互補(bǔ)起到了很明顯的作用，優(yōu)化了水洗砂的顆粒級(jí)配，提升了混凝土的均質(zhì)性與密實(shí)性，對(duì)混凝土的水泥漿體量需求得以改善，是混凝土各項(xiàng)性能提升關(guān)鍵所在。當(dāng)特細(xì)砂摻量大于35%時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度降低，流動(dòng)性變差。

表8 摻特細(xì)砂試驗(yàn)結(jié)果及各項(xiàng)性能

圖1 特細(xì)砂摻量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

5.3 特細(xì)砂與水洗砂復(fù)摻時(shí)，不同砂率對(duì)混凝土性能影響

試驗(yàn)采用35% 特細(xì)砂摻量，同時(shí)采用不同砂率的方法進(jìn)行研究。當(dāng)特細(xì)砂摻量為35%，砂率分別為38%、41%、44%、47%、50%、53% 時(shí)固定特細(xì)砂摻量，不同砂率對(duì)混凝土性能的影響規(guī)律，混凝土配合比及性能見(jiàn)表 9。

由表 9 可知，同特細(xì)砂摻量不同砂率的情況下，混凝土的工作性能隨著砂率的增加 7天、28 天強(qiáng)度呈現(xiàn)先增強(qiáng)后減弱的趨勢(shì)，當(dāng)砂率在38% 和 41% 時(shí)混凝土的工作性、和易性差，砂率為 44%、47% 時(shí)混凝土流動(dòng)性和和易性有較大改善，混凝土在砂率為 47% 時(shí)坍落度和擴(kuò)展度達(dá)到了最大值，此時(shí)混凝土和易性狀態(tài)最佳。據(jù)圖中所示，當(dāng)砂率大于 47% 時(shí)混凝土比表面積增大、需水量增加、粘度上升，混凝土整體工作性能降低。因此對(duì)于混凝土和易性和混凝土整體工作性能來(lái)說(shuō)47% 砂率最佳，不應(yīng)低于和高于 47% 砂率。

不同砂率對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度影響規(guī)律曲線見(jiàn)圖2。

從圖2 可以看出，當(dāng)砂率為 47% 時(shí)混凝土 7天、28 天抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)峰值，說(shuō)明特細(xì)砂最佳取代量為35%，水洗砂與特細(xì)砂復(fù)摻時(shí)細(xì)骨料的合理砂率為47%，此時(shí)混凝土的和易性、工作性能及抗壓強(qiáng)度均能滿足施工要求。

圖2 砂率對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

5.4 不同種類細(xì)骨料對(duì)混凝土性能的影響

由表10 數(shù)據(jù)可知，在混凝土同等環(huán)境標(biāo)養(yǎng)同坍落度的情況下， 當(dāng)采用35% 特細(xì)砂取代率與水洗粗砂復(fù)摻時(shí)混凝土坍落度和擴(kuò)展度大于采用100% 河砂和采用70% 河砂與水洗砂復(fù)摻及摻100% 特細(xì)砂體系混凝土。當(dāng)采用 70% 河砂與水洗砂時(shí)混凝土易出現(xiàn)分層和泌水，采用100% 河砂時(shí)混凝土和易性和工作性適中，采用100% 特細(xì)砂時(shí)混凝土比表大，需水量增加，流動(dòng)性差，從混凝土工作性來(lái)說(shuō)摻100% 特細(xì)砂要比其它復(fù)摻和摻100% 河砂時(shí)的收縮率要大很多，此時(shí)的混凝土還易出現(xiàn)裂縫和起砂。因此和易性良好的混凝土更宜采用100% 河砂和35% 特細(xì)砂與水洗砂復(fù)摻的細(xì)骨料。不過(guò)考慮河砂的緊缺和價(jià)格性，應(yīng)優(yōu)先選擇采用35% 特細(xì)砂與水洗砂復(fù)摻，以達(dá)到混凝土降本增效的最大化。

表9 不同砂率試驗(yàn)結(jié)果及各項(xiàng)性能

表10 不同種類細(xì)骨料對(duì)混凝土性能影響

5.3.1 不同種類砂對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律曲線值

圖3 砂種類對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

由圖3所示，3種不同類型的細(xì)骨料配制 C30 混凝土?xí)r，當(dāng)采用35% 特細(xì)砂與水洗砂復(fù)摻使用時(shí)，混凝土 7天、28 天抗壓強(qiáng)度值最高，采用100% 特細(xì)砂時(shí)，混凝提抗壓強(qiáng)度值最小，這是因?yàn)樗瓷拜^粗，0.630mm 以下顆粒較少，特細(xì)砂顆?；径荚?.315mm 以下呈現(xiàn)互補(bǔ)作用，優(yōu)化了水洗粗的顆粒級(jí)配。使得混凝土各項(xiàng)性能得以提升。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)表明，當(dāng)水洗粗砂與特細(xì)砂復(fù)摻時(shí)特細(xì)砂取代率為35%、砂率為 47% 時(shí)，混凝土工作性能及和易性及抗壓強(qiáng)度達(dá)到最優(yōu)。在特細(xì)砂35% 取代率時(shí)，混凝土拌合物性能最佳，施工時(shí)不易產(chǎn)生分層和離析，在振動(dòng)時(shí)反而易以振實(shí)。優(yōu)于純河砂、河砂與水洗復(fù)摻及純特細(xì)配制的混凝土。采用特細(xì)砂與水洗砂復(fù)摻配制混凝土，可就地取材，成本低廉。只要采用相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)措施，改善混凝土性能是可行的，同時(shí)能降低資源的消耗，并產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和提升混凝土品質(zhì)。

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羅輝（1986—），男，內(nèi)蒙古赤峰市翁牛特旗萬(wàn)里川混凝土制造有限公司總工程師，主要從事商品混凝土技術(shù)研究和技術(shù)管理工作。

［通訊地址］赤峰市翁牛特旗烏丹鎮(zhèn)東工業(yè)園區(qū)萬(wàn)里川混凝土制造有限公司（024500）