细集料掺配级配在混凝土中的应用研究

郝景润

(中铁隧道集团一处有限公司，重庆 401120)

0 引言

随着我国建筑业的快速发展，建筑用砂需求激增。我国大部分地区现在的建筑用砂都是采用的天然河砂，但天然河砂资源有限，再生速度较慢，合格的天然河砂数量急剧减少，导致价格上涨，工程成本剧增，特别是天然河砂资源缺乏的地区，供需矛盾极为突出。因此，许多地方特别是岩石资源丰富的地区提出了用机制砂代替河砂的解决办法，但由于机制砂在加工时候，会产生大量石粉，造成混凝土用水量增大，硬化后收缩较大，容易产生细小裂缝，耐久性降低，只适合于低标号混凝土的使用;随着机制砂的应用技术发展，许多地方采取水洗的方法降低机制砂的石粉含量，但经过水洗后的机制砂细小颗粒会丢失，将会导致级配严重不良，在混凝土中需用胶凝材料填充，成本增高，并且混凝土保水性不好，工作性能不良，泵送效果差，施工困难，施工效率低，混凝土质量不易保证。

为了改善机制砂的级配不良的问题，许多混凝土在生产过程中，都采用了机制砂中掺配特细砂的方法，对机制砂进行改善，但经过观察，许多在掺配时比较随意，掺配后只是参照了细度模数，没有对掺配后颗粒级配情况进行分析。

笔者根据混凝土的流变特性，采用砂浆的流变性能对不同级配情况进行了分析研究，并通过混凝土进行验证，提出了机制砂与特细砂掺配后的级配要求。

1 试验原材料

1)水泥:采用重庆“拉法基”牌P.O42.5 水泥，稠度27.1%，28 d 抗折强度7.6 MPa，28 d 抗压强度47.5 MPa。2)细集料:采用重庆水波洞砂石厂的水洗机制砂和湖北枝江的特细砂。3)粗集料:采用5 mm～20 mm 连续级配碎石，由5 mm～10 mm 和10 mm～20 mm 两种级配掺配而成。4)水:采用自来水，经检测符合要求。5)外加剂:采用重庆建研科之杰的缓凝型高性能减水剂，减水率29%。6)粉煤灰:采用重庆华珞粉煤灰开发有限责任公司的F 类Ⅱ级粉煤灰，需水量比97%。

2 细集料的级配分析研究

细集料在掺配过程中，可按照公式MX=MX1 ×A +MX2 ×B进行掺配后的细度模数计算，其中，MX1，MX2 分别为机制砂、特细砂的细度模数;A，B 均为各自的掺配比例。但是由于细集料的细度模数只是反映细集料的粗细程度，不能完全反映出细集料的级配情况。同样的细度模数的细集料可能存在均匀分配、两级分散、中间堆积等多种情况，但一定的级配时，细度模数是唯一的。也就是说，在细集料级配中，细度模数只能作为参考，决定因素是集料的级配。

新拌的流动性混凝土具有流变性能原理，符合宾汉姆体模型，体现流动性能的指标就是屈服应力和塑性粘度，但屈服应力和塑性粘度主要由混凝土中的砂浆性能决定，也就是说，砂浆的流变性能对混凝土的流变性能影响巨大。在配合比不变，材料相同时的情况下，砂浆中细集料的级配直接影响着砂浆的流变性能，流变性能的指标屈服应力决定着砂浆的流动性能的大小，就是砂浆的变形能力，扩展度的大小，如果要求混凝土流动量大，屈服应力越小越好;砂浆的塑性粘度决定着砂浆的流动速率，为了保持混凝土不离析，砂浆的塑性粘度应该越大越好，但是如果粘度过大，混凝土施工困难。

为了了解细集料掺配后级配情况对砂浆流变性能的影响，采用特细砂按照不同比例掺入机制砂中，进行砂浆的相对塑性粘度和相对屈服应力的检测，分析不同级配效果的影响。

1)细集料的级配筛分。

对选用的机制砂和特细砂进行筛分，颗粒级配见表1。

表1 细集料的级配

2)掺配比例研究。

根据两种细集料的筛分情况，经过计算，采用特细砂掺入机制砂25%，30%，35%，40%，45%等几个不同掺量来配置混合砂，掺配后的混合砂级配见表2。

表2 掺配后细集料级配

3)砂浆配合比确定。

为了保证试验效果，选定了某C35 泵送混凝土的配合比(见表3)，然后取掉粗集料的用量作为砂浆性能拌制的配合比。

表3 C35 泵送混凝土配合比

4)流变性能的测定。

a.测定方法:经过对砂浆流变性能测定方法的比较，选用了彭杰等人改进的漏斗来测试砂浆的流变性能。称取水泥1 000 g，其余材料依次按照比例称取，放进水泥胶砂搅拌机按照水泥胶砂搅拌机的固定程序搅拌240 s 结束，将搅拌好的水泥砂浆倒入漏斗中，进行相对屈服应力和相对塑性粘度的测试。b.测量砂浆的流变性能:按照表4 的砂浆配合比依次进行拌制，倒进漏斗中，测定砂浆的流速及砂浆在筒内的高度，计算每一种砂浆的相对塑性粘度和相对屈服应力(见表5)。

表4 砂浆配合比

表5 砂浆的相对塑性粘度和相对屈服应力

从相对塑性粘度和相对屈服应力的变化可以看出，相对塑性粘度在随着特细砂的掺量增加而增大，特别是在掺量达到45%的时候，相对塑性粘度增加较多;相对屈服应力在掺入25%，30%时变化较小，但在掺入量达到35%后变化量逐步加大。这是因为在砂浆中，当掺入较少的特细砂时，机制砂的颗粒棱角性较好，颗粒粒径较大，颗粒有部分沉积，这时需要的水泥浆量较少，富余的水泥浆较多，流动速率快，则相对粘度和相对屈服应力小;当随着特细砂掺量的加大，细集料的表面积增大，需要的水泥浆逐渐增多，相对塑性粘度及相对屈服应力逐渐增大。

5)砂浆流动度的测定。

a.试验方法:迅速倒满截锥圆模内，砂浆与截锥圆模上口齐平，截锥圆模尺寸为下口内径100 mm±0.5 mm，上口内径70 mm±0.5 mm，高60 mm±0.5 mm;然后徐徐提起截锥圆模，水泥砂浆在无扰动条件下自由流动直至停止，观察砂浆的流变速率，测量地面最大扩散直径及其垂直方向的直径，计算平均值，作为测定流动度。b.流动度测定:按照计划掺量确定细集料，对其一一进行拌制，测定出每种水泥砂浆的流动度，如表6 所示。

表6 砂浆的流动度

从流动度的测试过程可以看出，随着掺量的增大，浆体流动速率逐渐变慢，是由于塑性粘度逐渐增大;流动度在掺量为35%，变化显著，明显减小，这是由于屈服应力逐渐增大。流动度的测试虽然不能测出浆体流变性能的参数数值，但也可以看出浆体的变化规律，与锥体测试浆体的流变参数结果相一致。

3 混凝土配合比验证

1)混凝土配合比的确定。为了将流变性能的测试应用到混凝土中，我们按照特细砂掺配比例，调整了混凝土中的细集料组成，调整后的配合比见表7。

表7 混凝土配合比

2)混凝土工作性能及强度检测。按照调整后的配合比进行混凝土拌制，测定其拌合物出机坍落度、扩展度、保水性、粘聚性等指标，并成型混凝土试件，测定其混凝土7 d，28 d 抗压强度(见表8)。

表8 混凝土的性能

从坍落度检测情况来看，序号为1 的混凝土坍落度、扩展度虽然满足要求，但粘聚性、保水性不好，有少许泌水，在锥体部分骨料和浆体稍有分离，施工时浆体容易流失，造成堵管，施工困难;序号2 的混凝土坍落度、扩展度满足要求，粘聚性、保水性良好，也没有泌水，和易性良好，易施工;序号3 的混凝土坍落度、扩展度满足要求，粘聚性、保水性良好，无泌水，满足施工要求;序号4 的混凝土坍落度、扩展度不满足要求，流动性较差，粘聚性、保水性良好，无泌水，施工较困难;序号5 的混凝土坍落度、扩展度不满足要求，流动性差，粘聚性、保水性良好，无泌水，施工困难。

从混凝土强度情况来看，序号1，2，3 的混凝土的7 d，28 d 强度基本相同，没有什么显著的变化，但序号4，5 的混凝土7 d，28 d强度相对序号1，2，3 的来说，有所降低。

从混凝土试拌的工作性能和抗压强度情况来看，序号2 的混凝土各种性能最优，完全满足施工要求，与砂浆流变性能、流动度的测试情况相一致。

4 结语

1)混凝土的流动性能与砂浆的流变性能有很大的关系，在配合比一定的情况下，砂浆的流变性能可以决定混凝土的流动性能。2)砂浆的屈服应力越小越易流动，但砂浆的塑性粘度不能太小，否则混凝土会产生离析，泌水。3)在机制砂中掺配特细砂时，由于机制砂的棱角性强，颗粒较大，掺配后0.315 mm 筛孔通过量应控制在25%左右，细度模数在2.6～3.0 之间。

［1］DB 50/5030—2004，机制砂、混合砂混凝土应用技术规程［S］.

［2］彭 杰.混凝土耐久性和工作性设计有关方面的研究［D］.北京:中国建筑材料科学研究院，2002.

［3］宋德明，宋业政.不同石粉含量对机制砂性能的影响［J］.水利建设与管理，2011(2):45-46.

［4］王胜永，王立军.特细砂在商品混凝土中的研究与应用［J］.商品混凝土，2011(4):15-16.