周珉，韋峰靜，甘露，覃佳，黃世力

（廣西魚峰混凝土柳東有限公司，廣西 柳州 545008）

0 引言

目前，機(jī)制砂依靠其低廉的成本價值、成熟的制備工藝和豐富的原料儲量，已經(jīng)完全替代天然砂成為當(dāng)前預(yù)拌混凝土細(xì)骨料組分的不二選擇?；炷潦悄壳笆褂昧孔畲蟮慕ㄖ牧?，把機(jī)制砂應(yīng)用到混凝土的制備中，大大緩解了天然砂資源的匱乏帶來的壓力，也為預(yù)拌混凝土企業(yè)帶來了巨大的利潤空間。

在柳州混凝土原材料市場上，機(jī)制砂主要有石灰石機(jī)制砂和鵝卵石機(jī)制砂兩種。石灰石機(jī)制砂是將柳州附近石灰石巖礦經(jīng)破碎、整形、篩分、收塵等工序制備而成，其主要特點(diǎn)是細(xì)度模式較小，小于 0.3mm 的粒徑較多，含粉量較大，單級最大壓碎指標(biāo)較好。石粉不但增加了水泥漿體含量，而且提高了混凝土的流動性，石粉還可起到微滾珠作用，減少砂與砂之間的摩擦，從而改善混凝土的和易性；石粉能減小顆粒間的空隙，排除空隙中的部分水分，使自由水增加，從而使?jié){體流動性增大，減小對用水量的需求[1]。鵝卵石機(jī)制砂是將采自柳江支流的鵝卵石經(jīng)水洗，破碎、整形而成，其顆粒較粗、細(xì)度模數(shù)大、級配較差、顆粒棱角較多，不宜單獨(dú)使用制備混凝土。

JGJ/T 385—2015《高性能混凝土評價標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，常規(guī)品高性能混凝土配合比應(yīng)按強(qiáng)度和耐久性能進(jìn)行設(shè)計，并應(yīng)使混凝土達(dá)到設(shè)計與施工要求的混凝土力學(xué)性能、拌合物性能、長期性能和耐久性能。本試驗(yàn)針對柳州附近的石灰石機(jī)制砂和鵝卵石機(jī)制砂雙摻設(shè)計并試配C50 高性能混凝土，研究兩種機(jī)制砂雙摻的搭配比例對C50 高性能混凝土的拌合物性能、力學(xué)性能以及抗?jié)B性能的影響，從中找出最優(yōu)搭配比例。

表1 水泥的主要性能指標(biāo)

1 試驗(yàn)

1.1 配合比要求

根據(jù) GB/T 50476—2008《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》、JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》、CJJ 2—2008《城市橋梁工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》、JGJ/T 385—2015《高性能混凝土評價標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定本試驗(yàn)配合比設(shè)計的相關(guān)要求：

（1）砂子顆粒級配為Ⅱ區(qū)，細(xì)度模數(shù) 2.8～3.0。

（2）碎石粒徑不宜大于 25mm。

（3）C50 混凝土最大水膠比為 0.45。

（4）混凝土最大膠凝材料用量不大于 500kg/m3。

（5）混凝土最大氯離子含量不應(yīng)超過膠凝材料總量的 0.10%。

（6）混凝土中最大堿含量為 3.0kg/m3（潮濕環(huán)境）。

（7）設(shè)計坍落度 180～210mm，設(shè)計擴(kuò)展度大于600mm。

1.2 原材料分析

（1）水泥采用魚峰牌 P·Ⅱ42.5 水泥，符合 GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》標(biāo)準(zhǔn)，具體性能指標(biāo)如表1。

表2 礦粉的主要性能指標(biāo)

表3 砂子的主要技術(shù)指標(biāo)

（2）礦物摻合料為強(qiáng)實(shí)牌 S95 級細(xì)磨礦渣粉，符合 GB/T 18046—2008《用于水泥和混凝土的粒化高爐礦渣粉》要求，具體性能指標(biāo)如表2。

（3）試驗(yàn)用石灰石機(jī)制砂為柳州周邊天然碎石破碎生產(chǎn)的砂子；鵝卵石機(jī)制砂為柳州市周邊砂廠生產(chǎn)；主要技術(shù)指標(biāo)見表 3，篩分分析見表 4。

表4 砂子篩分分析

（4）碎石為柳州馬鞍山連續(xù)級配 5～25mm 碎石，Cl-含量為 0.004%。

（5）外加劑為聚羧酸系高性能減水緩凝劑，摻量為膠凝材料的 2.6%，總堿量為 0.57%，Cl-含量為0.004%。

（6）拌合水為地下水，堿含量為 65mg/L，Cl-含量為 60mg/L，SO42-含量為 17mg/L。

1.3 配合比設(shè)計

試驗(yàn)確定水膠比為 0.31，膠凝材料為 480kg/m3，礦粉摻量為占膠凝材料的 29%，砂率為 41%，表觀密度為 2433kg/m3，計算得出試驗(yàn)用配合比如表 5。

表5 試驗(yàn)配合比k g/m3

1.4 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)主要是按照試驗(yàn)配合比，用兩種機(jī)制砂按不同比例混合來充當(dāng)細(xì)骨料配制混凝土。石灰石機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)較小、含粉量太高，日常生產(chǎn)中單獨(dú)使用配制的混凝土坍落度較小、流動性差。鵝卵石機(jī)制砂太粗、級配太差。在混凝土制備的時候，發(fā)現(xiàn)粒徑比較粗的砂石比較多的時候，應(yīng)該添加一些細(xì)粒徑和中粒徑的砂石，減少其中的孔隙，避免整體的表面積太大，不僅節(jié)約了水泥漿液的使用量，同時也提高了混凝土的強(qiáng)度和密實(shí)度，由此可見，砂的粗細(xì)程度和級配也是衡量砂質(zhì)量的重要指標(biāo)[2]。而兩種機(jī)制砂混合，按照比例搭配的混合砂可以得到較好的細(xì)度模數(shù)和級配，從中找出符合設(shè)計要求的雙摻比例進(jìn)行試配試驗(yàn)。

混合比例對混合機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)的影響見圖 1，混合砂的顆粒級配分布見表 6 和圖 2。

圖1 混合機(jī)制砂對細(xì)度模數(shù)的影響

由圖 1 可以看出兩種機(jī)制砂的混合時，石灰石機(jī)制砂摻量越大，混合砂的細(xì)度模數(shù)越小，當(dāng)摻量混合比例為 5:5、6:4、7:3、8:2 時，細(xì)度模數(shù)符合配合比要求的2.8～3.0 之間。

由表 6 和圖 2 可以看到，混合砂的級配分布在二區(qū)砂范圍內(nèi)的混合比例為 6:4、7:3、8:2、9:1。綜合細(xì)度模數(shù)的要求，選取石灰石機(jī)制砂與鵝卵石機(jī)制砂摻量混合比例為 6:4、7:3、8:2 的混合砂進(jìn)行配合比驗(yàn)證。

表6 不同尺寸方篩孔累計篩余

圖2 混合砂的顆粒級配分布

1.5 混凝土總堿含量及氯離子總含量計算

（1）混凝土總堿含量計算

混凝土的總堿含量包括水泥、礦物摻合料、外加劑及水的堿含量之和。其中，礦物摻合料的堿含量以其所含可溶性堿計算。礦渣粉的可溶性堿量取礦渣總堿量的 1/2。配合比設(shè)計中最大堿含量為 3.0kg/m3（潮濕環(huán)境）。試驗(yàn)配合比混凝土總堿含量計算結(jié)果見表 7。

表7 混凝土總堿含量計算結(jié)果

（2）混凝土氯離子總含量計算

混凝土中氯離子總含量包括水泥、礦物摻和料、粗骨料、細(xì)骨料、水、外加劑等所含氯離子含量之和，混凝土的氯離子總含量不應(yīng)超過凝膠材料總量的 0.10%，用三種摻和比例的混合砂配制混凝土中氯離子總含量見表 8。

表8 混凝土氯離子總含量試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)計算，三種混合砂試配的混凝土總堿含量及氯離子總含量滿足設(shè)計要求。試驗(yàn)選取這三種混合砂進(jìn)行配合比試配試驗(yàn)，并對配制的混凝土進(jìn)行工作性能、力學(xué)性能和抗?jié)B性進(jìn)行分析研究。

2 試驗(yàn)結(jié)果和分析

2.1 試配混凝土工作性能

石灰石機(jī)制砂與鵝卵石機(jī)制砂摻量混合比例為6:4、7:3、8:2 的混合砂顆粒級配較好，新拌混凝土的工作性能基本滿足泵送施工要求，且無離析、無泌水。

從圖 3、圖 4 可以看出，石灰石機(jī)制砂摻量為 70%時，混凝土的流動性最好，適量的石粉充分填充混凝土膠凝材料和骨料的間隙，使得混凝土流動性相對較好，對抗離析性和抗泌水性也有比較大的貢獻(xiàn)。當(dāng)摻量為80% 的時候，混合砂中 0.6mm 至篩底的部分較多，增大了混凝土中比表面積，使得需水量增大，自由水減少，混凝土擴(kuò)展度和流動性相對減少。摻量為 60% 的混合砂，4.75～2.36mm 部分的大顆粒機(jī)制砂多棱角，顆粒間相互摩擦力較大，影響混凝土流動性。

2.2 試配混凝土力學(xué)性能

由圖 5 可知，因三種比例混合砂都屬于中砂范圍，相互混合的比例對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響并不明顯。

三種混合砂試配混凝土的 28d 齡期強(qiáng)度均達(dá)到強(qiáng)度等級的 115% 以上。機(jī)制砂的顆粒棱角較多，相互的粘結(jié)接觸點(diǎn)很多，在混凝土內(nèi)部形成較為堅固的連接關(guān)系，對混凝土抗壓強(qiáng)度的貢獻(xiàn)較大。

圖3 坍落度和擴(kuò)展度試驗(yàn)結(jié)果

圖4 間隙通過度試驗(yàn)結(jié)果

圖5 齡期—抗壓強(qiáng)度分析

2.3 試配混凝土抗?jié)B性能

混凝土是一種多相非均勻材料，從微觀上看是多孔結(jié)構(gòu)，水通過這些空隙在混凝土中滲透。一般認(rèn)為，混凝土的滲透性越低，水及腐蝕性介質(zhì)越不易滲入，即耐久性越好[3]。將三種混合砂試配的混凝土分別制作抗?jié)B試塊，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù) 28d 后進(jìn)行混凝土抗?jié)B試驗(yàn)，試驗(yàn)水壓從 0.1MPa 開始，以后每隔 8h 增加水壓 0.1MPa，當(dāng) 6個試件中有 3 個試件斷面呈有滲水現(xiàn)象時，停止試驗(yàn)，記錄當(dāng)時的水壓。

由表 9 可以看出，不同雙摻比例的混合砂拌制的混凝土所能加壓至最大水壓也有差異。

表9 抗?jié)B試驗(yàn)結(jié)果

當(dāng)石灰石機(jī)制砂摻量為 70%，混凝土整體密實(shí)度最高，抗?jié)B性能最佳，抗?jié)B等級達(dá)到 P12。當(dāng)摻和比例為6:4 時，混凝土漿體相對要少，混凝土內(nèi)部存在細(xì)小空隙，影響混凝土抗?jié)B性能。當(dāng)石灰石機(jī)制砂摻量過高，其石粉含量過大，破壞了混凝土內(nèi)部整體的堆積效果，影響水泥漿對骨料的包裹，導(dǎo)致混凝土抗?jié)B性能下降。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)分析了石灰石機(jī)制砂與鵝卵石機(jī)制砂按不同雙摻比例混合的混合砂特征，選取滿足 C50 高性能混凝土要求的混合砂進(jìn)行混凝土試配。研究不同雙摻比例的混合砂對 C50 高性能混凝土的工作性能的影響，對力學(xué)性能的貢獻(xiàn)，以及對比抗?jié)B性能，得出以下結(jié)論：

（1）各自存在級配缺陷的石灰石機(jī)制砂和鵝卵石機(jī)制砂按照 7:3 的比例混合后，可得到滿足 C50 高性能混凝土配合比設(shè)計要求的細(xì)度模數(shù)為 2.9 的二區(qū)中砂，拌制混凝土的工作性能最佳。

（2）符合設(shè)計要求的混合砂的摻和比例對混凝土齡期強(qiáng)度影響不大，28 天齡期強(qiáng)度均達(dá)到強(qiáng)度等級的115% 以上。

（3）摻和比例為 7:3 的混合砂制備的混凝土密實(shí)度最好，能加壓至最大水壓最高，抗?jié)B性能最佳。