林允肯

（永嘉縣榮昌混凝土有限公司，浙江 溫州 325100）

0 前言

基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模建設(shè)使得混凝土需求持續(xù)旺盛，帶動了混凝土原材料的大量使用，而國家對于天然砂石資源的管控使得天然砂供應(yīng)短缺，市場成本居高不下，機(jī)制砂作為替代資源在混凝土生產(chǎn)中得到應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。機(jī)制砂顆粒級配較差，顆粒形狀不規(guī)整，含有一定的石粉，在使用過程中易受到含粉量、MB 值等因素影響[1]，需要對和不同材料搭配的使用效果進(jìn)行研究。

天然河砂粒型規(guī)則，機(jī)制砂混凝土中河砂的加入能夠提高混凝土的漿骨比，改善混凝土的泵送效率，但隨著天然河砂資源的缺乏及開采難度的增加，天然河砂含泥已成為無法回避的問題，含泥量較多的河砂會影響混凝土的工作性能，并且混凝土的強(qiáng)度增長乏力，外加劑摻量也會增加[2]。

本文針對河砂含泥對機(jī)制砂混凝土性能的影響進(jìn)行研究，以期為混凝土生產(chǎn)提供技術(shù)參考。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

（1）膠凝材料

水泥為海螺 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，水泥的性能指標(biāo)見表 1；粉煤灰為Ⅱ級灰，需水比 98%，燒失量3.5%；礦粉：S95，比表面積 402m2/kg。

表 1 水泥的性能指標(biāo)

（2）細(xì)集料

所取河砂細(xì)度模數(shù)為 1.5，含泥量 2%。本試驗將河砂進(jìn)行反復(fù)沖洗，用 75μm 方孔篩取泥粉顆粒，進(jìn)行烘干備用，按照質(zhì)量比例稱取泥粉與干凈河砂混合，獲得不同含泥量的河砂。

機(jī)制砂為石灰質(zhì)原石制得，細(xì)度模數(shù)為 2.7，石粉含量為 12%，MB 值 1.8。

所用石子為小石（5～10mm）和大石（10～25mm）按照 2:3 比例混合而成。

（3）外加劑

聚羧酸減水劑，含固量 17%，廠家推薦摻量為1.0%～4.0%，具體用量根據(jù)試驗效果而定。

1.2 試驗方法

（1）砂含泥量試驗及篩分試驗參照 GB/T 14684—2011《建筑用砂》進(jìn)行。

（2）混凝土工作性能按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行混凝土坍落度及擴(kuò)展度測試。

（3）混凝土力學(xué)性能試驗，按照 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》將混凝土充分拌和，成型 100mm×100mm×100mm 混凝土試件，覆膜養(yǎng)護(hù) 24h 后拆模，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，測試混凝土3d、7d 和 28d 的抗壓強(qiáng)度。

（4）采用接觸法測試混凝土的干燥變形性能。按照混凝土配比成型尺寸 100mm×100mm×515mm 的棱柱體試件，每組 3 塊，并預(yù)埋測頭，帶模養(yǎng)護(hù) 1d 后脫模，測試室內(nèi)（(20±2)℃、相對濕度為 50%）和標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)（(20±5)℃、相對濕度≥95%）下不同齡期的混凝土收縮率，計算公式如下：

式中：

εt——試驗期為 t(d) 的混凝土收縮率，%；

L0——時間長度的初始度數(shù)，mm；

Lt——試件在試驗期 t(d) 時測得的長度讀數(shù)，mm；

Lb——試件的測量標(biāo)距，mm。

1.3 混凝土配合比

本試驗選擇 C30 混凝土，混凝土基礎(chǔ)配合比及各原材料用量見表 2。

表 2 混凝土配比及原材料用量 kg/m3

2 試驗結(jié)果及討論

2.1 河砂含泥量對外加劑摻量的影響

河砂的泥粉為 75μm 以下的細(xì)小顆粒，泥粉特殊的分子結(jié)構(gòu)使得其易吸水產(chǎn)生膨脹，同時對于外加劑也表現(xiàn)出較強(qiáng)的吸附性。以 C30 混凝土為例，測試混凝土坍落度在 (220±10)mm 時的外加劑摻量，探究河砂含泥對外加劑摻量的影響，結(jié)果見表 3 和圖 1。

表 3 河砂含泥量對外加劑摻量的影響

圖 1 含泥量對外加劑摻量的影響

表 3 和圖 1 結(jié)果顯示，河砂含泥量從 0 增加至15%，混凝土中外加劑摻量呈現(xiàn)大幅增加，外加劑對混凝土工作性能的改善效果明顯下降。

水泥加水后，水分被水泥顆粒包裹，外加劑的加入使得水泥表面顆粒附著同向電荷，從而使水泥包裹的水分得到釋放，混凝土流動性增加[3]。泥粉對外加劑的吸附優(yōu)先膠凝材料顆粒，使得外加劑分子首先吸附在泥粉顆粒表面[4]，無法直接作用在水泥顆粒，使得外加劑摻量增加，對混凝土流動性的作用效果降低。

2.2 河砂含泥對混凝土工作性能

混凝土良好的工作性能是保證混凝土強(qiáng)度和耐久性保證的前提，拌合物良好的和易性和坍落度保持能力是衡量混凝土出機(jī)質(zhì)量的重要指標(biāo)。以表 2 混凝土配比為基礎(chǔ)，研究不同機(jī)砂含泥量對混凝土工作性能的影響，結(jié)果見表 4。

表 4 河砂含泥量對混凝土工作性能的影響

表 4 的試驗結(jié)果顯示，河砂含泥增多，混凝土拌合物的坍落度和擴(kuò)展度都有不同程度的下降。河砂含泥低于 2.5% 時，混凝土初始坍落度和擴(kuò)展度相比不含泥河砂損失較小，且 1h 后的混凝土坍落度和擴(kuò)展度損失也相對較低；當(dāng)河砂含泥量進(jìn)一步增加，混凝土拌合物初始狀態(tài)降低明顯，混凝土流動性顯著降低，經(jīng)時坍損也大幅增加；當(dāng)河砂含泥在 15% 時，在相同的外加劑摻量下，混凝土初始坍落度相比基準(zhǔn)下降 20%，1h 坍落度下降超過 30%。

2.3 河砂含泥量對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

抗壓強(qiáng)度反映了混凝土結(jié)構(gòu)抵抗外來荷載和自身應(yīng)力的能力，抗壓強(qiáng)度的影響因素較多，原材料質(zhì)量、配合比設(shè)計以及施工養(yǎng)護(hù)優(yōu)劣都對混凝土強(qiáng)度造成影響，河砂含泥會造成混凝土工作性能下降，對混凝土抗壓強(qiáng)度也會產(chǎn)生一定影響，對此測試不同含泥量的河砂拌制的混凝土的 3d、7d、28d 抗壓強(qiáng)度表 5、圖 2。

表 5 河砂含泥量對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

圖 2 河砂含泥量對混凝土不同齡期強(qiáng)度的影響

表 5 和圖 2 結(jié)果顯示隨著河砂含泥量增加，混凝土3d、7d 和 28d 抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)不同程度的降低，當(dāng)河砂含泥量較低時（2.5%）混凝土抗壓強(qiáng)度下降幅度不大，這是因為砂中一定含泥能夠?qū)λ中纬梢欢ò?，使得混凝土保水性提高，?dāng)砂中泥含量進(jìn)一步增加，泥對外加劑和水分的吸收大幅降低了混凝土的工作性能，這些泥粉顆粒吸附在膠凝材料表面，使得漿體和骨料的結(jié)合能力下降，混凝土出現(xiàn)更多的微裂紋，混凝土強(qiáng)度下降。圖 2 結(jié)果同時可以看出河砂含泥對混凝土 28d 強(qiáng)度影響較大，這是因為泥粉對水分的吸附較快，失水也較快，混凝土持續(xù)水化所需水分不足，混凝土膠凝產(chǎn)物生成量少，對強(qiáng)度的影響更加明顯。

2.4 河砂含泥量對混凝土體積收縮的影響

泥粉容易吸收水分從而產(chǎn)生體積膨脹，當(dāng)環(huán)境干燥水分容易散失，河砂含泥對混凝土有效水膠比造成波動，使得混凝土需水量增加，養(yǎng)護(hù)不善對混凝土體積穩(wěn)定性造成一定影響，試驗測試了河砂含泥對標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)和室內(nèi)干燥養(yǎng)護(hù)下的混凝土收縮的影響，結(jié)果見表 6、圖3。表 6 和圖 3 結(jié)果顯示無論標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)還是干燥養(yǎng)護(hù)，河砂中泥含量增加都會加大混凝土的體積收縮，當(dāng)干燥養(yǎng)護(hù)時，水分不足，水泥水化需要較多的水分，泥粉對水分的包裹使得水泥水化受阻，水化硅酸鈣和鈣礬石生成量不足，無法起到補(bǔ)償收縮的作用，隨著齡期增長，泥粉包裹的水分又加速散失，混凝土內(nèi)部微裂紋增多，進(jìn)一步加大了混凝土的收縮。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下，水分能夠得到良好補(bǔ)給，水泥水化所需水分充足，混凝土生成的水化產(chǎn)物能夠部分補(bǔ)償混凝土收縮，進(jìn)而混凝土的體積收縮大幅降低。

表 6 河砂含泥對混凝土體積收縮的影響（×10-6）

圖 3 河砂含泥對機(jī)制砂混凝土收縮的影響

3 結(jié)論

（1）河砂含泥增加，混凝土達(dá)到相同工作狀態(tài)所需的外加劑用量增加，說明砂中的泥會增大對外加劑的吸附，使得外加劑的減水效率下降。

（2）含泥量對混凝土初始工作狀態(tài)影響較大，較低含量的含泥能夠提高混凝土的保水性，但都使得混凝土工作性能下降，混凝土經(jīng)時坍損也隨著砂中泥含量增加而提高。

（3）含泥量較低（2.5% 以下）時混凝土抗壓強(qiáng)度損失相對較少，含泥量增加對各齡期混凝土強(qiáng)度均有負(fù)面影響，且對于混凝土 28d 抗壓強(qiáng)度影響更為顯著。

（4）河砂含泥會增大混凝土體積收縮，良好的養(yǎng)護(hù)條件有利于機(jī)制砂混凝土降低收縮，含泥量相同的同齡期混凝土，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)收縮低于干燥養(yǎng)護(hù)。