楊瑞環(huán) 謝正奮

（廣東省梅州市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測所）

0 前言

我國大多數(shù)地區(qū)，建筑用砂都是天然砂。隨著基本建設(shè)的日益發(fā)展，不少地區(qū)出現(xiàn)優(yōu)質(zhì)天然砂資源逐步減少、甚至無天然砂的情況[1]。建筑用砂供需矛盾日漸突出，導(dǎo)致天然砂市場供應(yīng)不足，且天然砂的質(zhì)量越來越差，出現(xiàn)含泥量大、質(zhì)量不穩(wěn)定等問題，給混凝土的配合比設(shè)計(jì)、質(zhì)量和成本控制等工作帶來諸多難題。因此積極解決建筑用砂問題，對混凝土企業(yè)十分重要。

建筑用砂通常包括機(jī)制砂、石英砂和河砂。機(jī)制砂是通過制砂機(jī)和其它附屬設(shè)備加工而成的砂子，成品更加規(guī)則，可以根據(jù)不同工藝要求加工成不同規(guī)則和大小的砂子，其物理化學(xué)性質(zhì)與母巖性質(zhì)相同[2]，對膠砂性能的影響有利有弊。石英砂是石英石經(jīng)破碎加工而成的石英顆粒。石英石是一種非金屬礦物質(zhì)，是一種堅(jiān)硬、耐磨、化學(xué)性能穩(wěn)定的硅酸鹽礦物，其主要礦物成分是SiO2[3-5]。河砂[6-7]是河水中自然石經(jīng)河水的沖擊和侵蝕而形成的有一定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的建筑材料。

本試驗(yàn)通過對9 組水泥膠砂和1 組標(biāo)準(zhǔn)水泥膠砂進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果采用正交試驗(yàn)[8]分析法來分析建筑用砂種類、摻量對水泥膠砂強(qiáng)度增強(qiáng)效果的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原料

⑴水泥：P·O42.5R，密度為3.17㎏/m3。性能指標(biāo)均符合GB 175-2007《通用硅酸鹽水泥》標(biāo)準(zhǔn)。

⑵機(jī)制砂：細(xì)度模數(shù)Mx=2.7，石粉含量Q=3.5%，顆粒級配見表1。

⑶石英砂：40～200 目，顆粒級配見表1。

⑷河砂：細(xì)度模數(shù)Mx=2.9，含泥量Q=2.5%，顆粒級配見表1。

表1 建筑用砂顆粒級配

⑸標(biāo)準(zhǔn)砂：中國ISO 標(biāo)準(zhǔn)砂。

⑹水：普通自來水。

1.2 配合比設(shè)計(jì)

為全面考察建筑用砂對水泥膠砂強(qiáng)度增強(qiáng)效果的影響，本試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果采用正交試驗(yàn)分析法進(jìn)行分析。本試驗(yàn)考慮2 種因素：①建筑用砂的種類：機(jī)制砂、石英砂和河砂三個(gè)水平；②建筑用砂的摻量：建筑用砂取代標(biāo)準(zhǔn)砂的25%、50%和75%三個(gè)水平。試驗(yàn)方案及結(jié)果見表2。

表2 水泥膠砂強(qiáng)度的試驗(yàn)方案及結(jié)果

1.3 性能測試

測試方法：采用40mm×40mm×160mm 成型試件，豎直放在20℃±1℃水中養(yǎng)護(hù)28d，在300kN 抗壓抗折一體機(jī)上進(jìn)行抗壓強(qiáng)度的測試。

2 結(jié)果及分析

2.1 強(qiáng)度測試值

試驗(yàn)測得10 組水泥膠砂的強(qiáng)度值如表2 所示。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

石英砂有明顯的降低作用，而河砂則影響不大。當(dāng)建筑用砂摻量為25%、50%和75%時(shí)，水泥膠砂1d 強(qiáng)度的平均值比純標(biāo)準(zhǔn)砂時(shí)分別提高-3.3%、-7.3%和-12.4%；水泥膠砂3d 強(qiáng)度的平均值比純標(biāo)準(zhǔn)砂時(shí)分別提高0.9%、-3.7%和-8.6%；水泥膠砂7d 強(qiáng)度的平均值比純標(biāo)準(zhǔn)砂時(shí)分別提高-3.0%、-11.6%和-17.8%。說明建筑用砂取代量越大，對水泥膠砂強(qiáng)度的增強(qiáng)效果影響越大。

利用正交試驗(yàn)直觀分析法分析各因素對水泥膠砂強(qiáng)度增強(qiáng)效果的影響，該影響主要通過極差值的大小進(jìn)行判斷。極差就是平均效果中的最大值與最小值之差，極差越大，表明該因素對試驗(yàn)指標(biāo)的影響越大。直觀分析計(jì)算結(jié)果見表3。表3 中Kˉ1、Kˉ2和Kˉ3表示各因素取水平1、2、3 時(shí)對應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果之和的平均值。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果的直觀分析

2.3 影響因素水平分析及討論

由表2 和表3 可以看出，各因素對水泥膠砂各齡期強(qiáng)度增強(qiáng)效果的影響程度是一致的，均為建筑用砂種類＞建筑用砂摻量。表3 中當(dāng)機(jī)制砂、石英砂和河砂分別取代標(biāo)準(zhǔn)砂時(shí)，水泥膠砂1d 強(qiáng)度的平均值比純標(biāo)準(zhǔn)砂時(shí)分別提高11.6%、-29.7%和-4.9%；水泥膠砂3d 強(qiáng)度的平均值比純標(biāo)準(zhǔn)砂時(shí)分別提高16.7%、-29.7%和1.5%；水泥膠砂7d 強(qiáng)度的平均值比純標(biāo)準(zhǔn)砂時(shí)分別提高3.7%、-35.0%和-1.2%。說明三種建筑用砂中，機(jī)制砂對水泥膠砂強(qiáng)度有明顯的增強(qiáng)作用，尤其是早期強(qiáng)度；

根據(jù)表2 和表3 中樣品的強(qiáng)度結(jié)果值，做強(qiáng)度隨建筑用砂種類變化曲線圖1，強(qiáng)度隨建筑用砂摻量變化曲線圖2。

由圖1 看出，水泥膠砂強(qiáng)度隨著建筑用砂種類的不同而不同。其中機(jī)制砂的膠砂強(qiáng)度最高，相比于標(biāo)準(zhǔn)砂，有增強(qiáng)效果。原因可能是：①機(jī)制砂由機(jī)軋石子破碎而成，外表新鮮，棱角尖銳，彼此間的咬合度高；②機(jī)制砂是屬于石灰石質(zhì)，機(jī)制砂中的石粉具有活性，能夠與水泥膠凝材料發(fā)生二次水化反應(yīng)，提高膠砂強(qiáng)度；但是由于其活性不大，故早期強(qiáng)度提高比較顯著。石英砂的膠砂強(qiáng)度明顯最低，大幅度降低了標(biāo)準(zhǔn)砂的水泥膠砂強(qiáng)度，原因可能是：石英砂太細(xì)，粒徑集中在600μm 以下，比表面積大，故相同質(zhì)量的建筑用砂所需的用水量就顯著增加。而本試驗(yàn)中的配合比相同，即用水量不變，故導(dǎo)致用于水泥水化產(chǎn)生強(qiáng)度的膠凝材料所需的這部分水量不夠，因而強(qiáng)度不能完全發(fā)揮出來，導(dǎo)致強(qiáng)度大幅度降低。河砂的膠砂強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)砂的相比，有略微的降低。降低的原因可能是：河砂中的含泥量需水量大，且一定程度上破壞了膠凝材料的界面，但是整體上影響不大。因此對于建筑用砂種類，其增強(qiáng)效果的影響為：機(jī)制砂＞河砂＞石英砂。

圖1 強(qiáng)度隨建筑用砂種類變化情況圖

由圖2 得出，隨著建筑用砂摻量的增加，水泥膠砂的強(qiáng)度呈現(xiàn)下降趨勢，尤其是7d 強(qiáng)度表現(xiàn)最為明顯。說明建筑用砂摻量越大，對水泥膠砂強(qiáng)度增強(qiáng)效果影響越大。原因可能是：建筑用砂的細(xì)粉、雜質(zhì)較多。⑴這些因素會增加需水量，當(dāng)摻入到一定量時(shí)，就會影響到水泥水化所需的用水量，導(dǎo)致水泥水化不完全，強(qiáng)度發(fā)揮不出來。當(dāng)摻量越大時(shí)，這種影響越大；⑵雜質(zhì)可能破壞水化產(chǎn)物的界面，導(dǎo)致界面黏性降低，從而降低強(qiáng)度。摻量越大，雜質(zhì)越多，破壞越嚴(yán)重，從而強(qiáng)度越低。因此，對于建筑用砂摻量，其增強(qiáng)效果的影響為：25%＞50%＞75%。

3 結(jié)論

⑴在建筑用砂種類和建筑用砂摻量兩個(gè)因素中，影響水泥膠砂強(qiáng)度增強(qiáng)效果的主要因素是建筑用砂種類。

⑵本試驗(yàn)中機(jī)制砂增強(qiáng)水泥膠砂強(qiáng)度，石英砂降低，而河砂影響不大。

⑶水泥膠砂強(qiáng)度隨著建筑用砂摻量的增加，呈現(xiàn)降低趨勢。

⑷機(jī)制砂對水泥膠砂的早期強(qiáng)度有明顯的增強(qiáng)作用。