砂子在工程实践中若干问题总结

杨松林 张振宇 罗丽文

0 引言

砂子是混凝土中最普通的组成原材料。但众所周知,砂子的很多品质对混凝土性能有影响。砂子的种类及形态、颗粒级配及细度模数直接影响混凝土拌合物的用水量、和易性、密实度及强度;天然砂的含泥量不利于骨料与水泥的粘结,对混凝土的干缩,徐变及抗冻等性能均会产生不利影响;坚固性会直接影响混凝土的强度及耐久性;密度及吸水率评价颗粒的致密度和含孔状态;有机杂质影响水泥水化及混凝土强度等等。因此,工程中使用砂子时对其品质有严格的要求。尽管如此,工程中使用砂子时还是会经常遇到新问题,这些问题需要研究总结,以便指导实践。

1 砂子表面形态对减水剂减水率的影响

某试验室在检测江苏博特JM-Ⅱ型减水剂时,某段时间内发现,减水率比厂家提供的参数低10%左右。同种减水剂用业主试验室原材料检测发现,减水率正常,与厂家提供的减水率相当。随后立即开展试验,寻找问题。通过逐一更换原材料进行试验,最后发现是砂子的问题。这批砂子是从拌和楼取的样,取样人员为了方便直接从未刷锅的搅拌灌中放样,使得砂子表面裹了一层水泥粉煤灰浆体,水化硬化后,在砂子表面形成一层具有很多孔洞类似胶体一样的薄层。这就使得砂子表面形态发生了变化,对减水剂的减水率产生了一定影响。从表1可以看出,在使用问题砂与正常砂,不掺外加剂时,即基准配合比,混凝土用水量变化不大。掺减水剂后,问题砂比正常砂用水量大幅度增加。这说明问题砂只有与减水剂同时使用时,才会使用水量大幅度增加。分析原因,可能是由于问题砂表面类似胶体的多孔结构,吸附了大量的减水剂,使得减水剂不能在水泥表面发挥活性作用,宏观表现为减水率降低,混凝土用水量增加。

2 砂子石粉含量对混凝土性能的影响

某水电站混凝土施工使用的细骨料为大理岩人工砂,从目前制砂的生产加工情况和工况来看,大理岩骨料经过破碎后石粉含量达到40%以上,经过处理后使人工砂中保留了20%左右的石粉,但仍有20%以上的大理岩石粉被废弃。从工程成本上讲,是不经济的;从资源环境角度来讲,不仅是一个很大的资源浪费,因废弃而堆积的石粉更是一种环境污染;同时,从技术角度来讲,控制大理岩人工砂中石粉含量和细度模数波动范围也是很困难的。因此,石粉含量如何控制,人工石粉能否再利用,成为了一个最实际的工程问题。

表1 砂子对减水剂减水率的影响

人工砂中适量的石粉对混凝土是有益的,有适量的石粉存在,弥补了人工砂配制混凝土和易性差的缺陷,对提高混凝土密实性也有益处。尤其是在配制碾压混凝土时,石粉含量低于12%将难以压浆。但随着石粉含量增加,会对混凝土的某些性能产生不利影响,如单位用水量大幅度增加,硬化混凝土的干缩值增加;尤其是对混凝土的抗裂性能影响较为明显等(见图1)。要合理的利用石粉,必须控制石粉含量。DL/T 5144-2001水工混凝土施工规范规定:“人工砂石粉含量宜控制在6%～18%”。通过全面系统的研究人工石粉对混凝土性能的影响,并综合考虑混凝土的抗裂性能,推荐该大坝混凝土人工砂石粉含量控制范围为6%～20%,在次范围内,通过配合比的调整,既可以保证大体积混凝土性能,同时又利于资源再利用。

3 砂子岩性对用水量及含气量的影响

某电站大坝及厂房混凝土配合比设计室内拌和试验时,发现采用现有原材料拌制的混凝土用水量较大,混凝土引气困难,随即开展室内对比试验,寻找原因。

通过试验发现,外加剂与胶凝材料的适应性,粉煤灰品质,砂子石粉含量均不是混凝土用水量偏高,含气量偏低的主要原因。采用不同厂家的减水剂及引气剂,以及不同厂家水泥和粉煤灰,碾压混凝土和常态混凝土用水量均偏大,含气量均偏低,说明外加剂和水泥、粉煤灰不是导致用水量偏高的主要原因。更换砂子进行试验,在水胶比、砂率、外加剂品种及掺量、胶材品种、粗骨料品种相同的情况下,拌制的常态混凝土和碾压混凝土,均比本工程用砂拌制的混凝土单位用水量有较大幅度降低,而混凝土含气量有较大幅度提高。说明砂是导致混凝土用水量偏高、含气量偏低的主要原因。但通过研究砂子石粉含量对用水量及含气量的影响,得出随着石粉含量的降低,混凝土用水量略有降低,含气量略有提高,但变化幅度不大,因此,砂中石粉含量的多少不是影响混凝土用水量和含气量的主要因素。

最终对骨料的品质进行分析,一致认为引起混凝土用水量大,难以引气的原因是破碎砂子所采用的岩石岩性所致。该大坝坝区周围及初设中的料场,均为二迭系下统栖霞组岩石,岩性呈深灰色,间或夹有马鞍组岩石,呈黑色,质地较为松散及破碎,吸水率大,坚固性不满足要求。

4 结语

砂子的表面形态、石粉含量、破碎岩石的岩性会对混凝土的性能产生重要影响。因此,砂子虽然普通,却是引起混凝土某些性能异常的重要因素,在今后的工程实践中,必须重视并注意。

[1]李燕秋.我国人工砂的发展与应用[J].山西建筑,2009,35(2):175-176.