砂细度及砂率对混凝土强度及外加剂掺量的影响研究

高玉敏，高云辉，施奇男

(国产实业苏州混凝土有限公司，江苏省苏州市215127)

走可持续发展道路、实现混凝土行业“绿色生产”，同时为了改善混凝土的性能，公司将原来使用的萘系减水剂更换为对环境无污染的聚羧酸减水剂，为全面地掌握聚羧酸减水剂的性能以指导生产，公司组织人员进行了一系列试验，现将其中所做的砂细度及砂率对混凝土强度及聚羧酸减水剂掺量的影响试验加以分析总结，以供参考。

1 试验原材料

1)水泥:江苏金峰水泥集团有限公司生产的P.O42.5水泥，密度 3100 kg/m3，3d 抗压度 25.9MPa，2d天抗压强度48.2MPa。(2)矿粉:苏州闽航新型建材有限公司生产的S95级矿粉，密度2850kg/m3，流动比102%，3d天活性指数77%，28d活性指数96%。(3)粉煤灰:昆山鑫源环保热电有限公司生产的Ⅱ级粉煤灰，密度2150kg/m3，需水量比104%，45μm方孔筛筛余19.6%，烧失量6.9%。(4)砂:江西南昌产湖砂，表观密度 2650kg/m3，细度模数 1.7 ～3.1。(5)石:浙江湖州产5mm～25mm连续级碎石，表观密度2680kg/m3，泥含量0.6%，针片状含量5%。(6)减水剂:西卡(中国)有限公司生产的3301C型聚羧酸外加剂，密度 1050kg/m3，PH 值 5.5，固含量 27.2%。

2 试验配合比

本次采用C30配合比、3个砂率进行了试验，3个砂率分别是43%、45%、47%，砂细度模数采用3.1、2.9、2.7、2.5、2.3、2.1、1.9、及 1.7 八个级别，试验是使混凝土初始坍落度达到(210±10)mm时聚羧酸减水剂的掺量及其3、7、28、56d的强度。3个砂率的基础配合比如表1所示。

表1 基础配合比表

3 试验结果及分析

3.1 不同砂率及砂细度模数下聚羧酸掺量的变化如表2、图1。

表2 聚羧酸掺量变化表 /%

图1 聚羧酸掺量变化图

因粗颗粒过多无法达紧密填充。本次试验除了测试28d的强度，还做了3、7、56d的强度试验，这些龄期的强度规律与28d的相近，从强度的后期增幅来看，中粗砂的后期强度增长幅度较细砂要大，不管是从混凝土早期强度还是后期强度来看，混凝土用砂细度模数不应低于 2.1。

从表2图1可以看出，在相同砂率下要达到(210±10)mm的坍落度，随着砂细度模数的减小，聚羧酸减水剂的掺量逐步增大;而在砂细度相同时，随着砂率的增加，减水剂掺量增大，当砂为粗砂时，减水剂随砂率增加的幅度较小，而当砂为细砂时，减水剂随砂率增加的幅度加大。这是因为随着每方混凝土中砂增多或砂变细，砂的比表面积增大，则需水量增加，因试验是保持相同水胶比和相近坍落度进行的，所以随着砂率增加或砂细度模数的降低，减水剂掺量增加。另外，在使用西卡聚羧酸减水剂的过程中发现，该减水剂对外界温度、砂石含水率及含泥量、水泥品种等的变化很是敏感，在春秋季使用时其坍落度较易控制，在夏季高温时坍损偏大，混凝土在施工现场的初终凝时间提前，施工养护工作得及时，否则较易产生裂缝，而进入冬季低温时混凝土坍落度有时无坍损，反而会随着时间推移坍落度变大，所以在使用聚羧酸减水剂时一定多取样多观察多调整，慢慢掌控其使用规律及其与原材料的适应性。

3.2 不同砂率及砂细度模数下混凝土28d强度的变化如表3、图2。

从图2、表3可以看出，在相同砂细度模数下，混凝土的28d强度均是随砂率的增加而降低的，从堆积与填充角度分析，说明43%的砂率填充密实度比45%及47%要密实，过高的砂率对混凝土强度不利，所以在用水量和胶凝材料用量一定的情况下应通过试验确定合理的砂率值，合理的砂率不但能使混凝土流动性、泵送性能良好，而且可使混凝土的空隙率最小，密实度最大，从而提高混凝土强度以及混凝土的抗渗性、耐久性等长期性能;而在相同的砂率下，混凝土的强度最高值并未出现在细度模数3.1的最粗砂上，比较高的强度集中在细度模数2.5～2.9的中粗砂上，这是因为混凝土是多元的复合体系，砂石料构成其骨架，砂是用来填充石子所形成的空隙的，而细度模数超过3.0的砂

表3 28d强度变化表 /MPa

图2 28d强度变化图

3.3 混凝土放置3h后加减水剂的试验

表4 3h后添加减水剂28d强度变化表 /MPa

图3 3h后添加减水剂28d强度变化图

本次还对放置了3h的混凝土进行了加聚羧酸减水剂的试验，因本次试验是在7月份做的，正是夏季高温季节，混凝土在放置3h后坍落度已初始的210mm降至50mm～100mm但尚未达到初凝，加聚羧酸减水剂搅拌使混凝土坍落度重新达到210mm左右，减水剂添加量为胶凝材料的0.2% ～0.4%，其28d强度如表4及图3。

从图3表4可以看出，其强度变化趋势与新拌混凝土硬化后的强度变化趋势基本一致，另外放置3h再加聚羧酸减水剂的混凝土强度比新拌混凝土硬化后的强度均有所提高，这是因为水分蒸发造成水胶比有所降低的缘故，当然这是在混凝土加减水剂后搅拌均匀的情况下才会是这样。这个试验对生产的意义是:如果实际供货过程中出现搅拌车在现场等待时间过长，混凝土坍落度变小不好泵送但尚未初凝的情况下，不要向搅拌车内加水，而是通过计算加入适量的减水剂，然后采用快档旋转搅拌罐将混凝土搅拌均匀后再进行泵送施工。

4 结论

(1)为保持相同水胶比及相近坍落度，砂率增大或砂变细应适当增加减水剂用量。

(2)在用水量和胶凝材料用量一定的情况下应通过试验确定合理砂率，最好使用中粗砂配制混凝土。

(3)实际供货过程中如果出现搅拌车在现场等待时间过长，混凝土坍落度变小不好泵送但尚未初凝的情况不要向搅拌车内加水，而是通过计算加入适量的外加剂，然后采用快档旋转搅拌罐将混凝土搅拌均匀后再进行泵送施