机制砂特性对混凝土工作性能的影响

■李殿权，邹 亮，孟祥杰，黄小文 ■重庆建研科之杰新材料有限公司，重庆 402760

机制砂是经除土处理，由机械破碎、筛分制成的，粒径小于4.75mm 的岩石、矿山尾矿或者工业废渣颗粒，但不包括软质、风华的颗粒。随着我国基础设施建设量的增加以及国家对环境保护力度的加大，机制砂越来越多地应用于商品混凝土中。此外，在我国某些地区天然砂资源非常匮乏，特别是汛期的到来使得这些地区出现无天然砂可用的局面，重庆地区已经有少数搅拌站因为河砂的缺乏而采用全机制砂，因此对机制砂在混凝土中应用的研究具有重要的理论及现实意义。

1 实验原材料

(1)水泥:小南海P·O42.5R 级水泥。

(2)粉煤灰:珞电II 级粉煤灰，其品质及化学成分如表1 所示。

表1 粉煤灰品质及化学成分

(3)减水剂:a、减水型，固含量为10.0%;b、保坍型，固含量为12.0%;引气剂;增稠剂

(4)粗集料:石灰岩5～10mm 石子和10～20mm 石子。

(5)细集料:河砂，细度模数为1.38;4 种卵石机制砂(分别编号为1#、2#、3#、4#)，细度模数在2.90～3.10 之间;6 种碎石机制砂(分别编号为1、2、3、4、5、6)，细度模数在2.5～3.80 之间;所有机制砂MB 值均小于1.4。

2 实验方法

本研究以混凝土坍落度及扩展度为指标，对不同级配机制砂拌制的混凝土工作性能进行评价，混凝土工作性能按照GB/T 50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行测试。不同机制砂的孔隙率按照公式1-ρL/ρ 计算(ρL、ρ 分别表示堆积密度、表观密度，测试方法参照《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》进行)。

3 实验结果与讨论

3.1 机制砂等量取代河砂对混凝土工作性能的影响

本研究固定了细集料中机制砂用量为河砂用量的2.4 倍，配合比设计如表2 所示，考察了10 种不同机制砂(4 种卵石机制砂、6 种碎石机制砂)对混凝土工作性能的影响，实验结果如表3、4 所示。

表2 机制砂等量取代河砂配合比

表3 不同卵石机制砂对混凝土工作性能的影响

表4 不同碎石机制砂对混凝土工作性能的影响

由表3 所示可知，4 种卵石机制砂拌制的混凝土初始流动性比较接近，坍落度相差仅5mm，扩展度均在560～580mm 之间。但相对于1#、4#号卵石机制砂，2#、3#号卵石机制砂拌制的混凝土流动性损失较大，1h 之后1#、4#号卵石机制砂拌制的混凝土坍落度在200mm 以上、扩展度在400mm 以上，而2#、3#号卵石机制砂拌制的混凝土坍落度小于200mm、扩展度小于400mm。4 种卵石机制砂拌制的混凝土表现出良好的和易性，但1#、4#号卵石机制砂拌制的混凝土出现轻微的泌水现象。由表4 可知，除4、5 号碎石机制砂外，其余机制砂拌制的混凝土和易性均比较优异;2、3、6 号碎石机制砂拌制的混凝土出现较大的流动性损失，1h 后坍落度小于180mm，3 号碎石机制砂甚至只有120mm，1 号碎石机制砂拌制的混凝土流动性损失较小，1h 后坍落度为220mm、扩展度大于500mm，4、5 号碎石机制砂拌制的混凝土在1h 后坍落度及扩展度均有所增加。从表3、4 中可知，拌制混凝土时碎石机制砂要达到与卵石机制砂相近的流动性需要更多的外加剂，用a 外加剂时卵石机制砂的掺量为1.35%，而碎石机制砂的掺量达到了1.8%。

2#、3#号卵石机制砂明显改善了混凝土的泌水现象，主要是由于这两种卵石机制砂的石粉含量明显多于1#、4#号卵石机制砂的石粉含量，特别是3#号卵石机制砂石粉含量达到11.48%，孙秋彦的研究也认为卵石机制砂石粉含量控制在10%左右有利于混凝土的保水性。4、5号碎石机制砂拌制的混凝土出现严重泌水、沉底，主要是由于这两种机制砂石粉含量极低造成的，它们的石粉含量分别仅为0.1%和1.2%(见表3)，此外，这两种机制砂孔隙率也较大，特别是4 号碎石机制砂的孔隙率高达43.7%(见表3)，远远高于其他机制砂，孔隙率越高就需要更多的粉料填充空隙，这无疑对本身就缺乏石粉的这两种机制砂雪上加霜。对于石粉含量、孔隙率接近的4#号卵石机制砂和1 号碎石机制砂，达到相近的扩展度时碎石机制砂外加剂掺量明显增加，这可能是由于碎石机制砂表面相对于卵石机制砂而言更粗糙，吸附外加剂的能力更强，从而需要更多的外加剂达到相同的流动性。就流动性损失而言，1 号碎石机制砂拌制的混凝土流动性损失远远小于初始流动性接近的2、3、6 号碎石机制砂拌制的混凝土，这主要是由于前者石粉含量相对较少，吸附外加剂的量下降，残留在体系中游离的外加剂量相对较多，从而有利于混凝土流动性的保持。

3.2 全机制砂对混凝土工作性能的影响

卵石机制砂可能由于其颗粒表面较碎石机制砂光滑，在相近条件下(3#号卵石机制砂与3 号碎石机制砂)卵石机制砂拌制的全机制砂混凝土粘聚性较差。在碎石机制砂中，随着石粉含量和砂率的增加全机制砂混凝土的粘聚性得到了有效地改善，主要是由于混凝土体系中石粉含量的增加，客观上增加了混凝土中浆体的体积，从而有效地改善了混凝土粘聚性。

4 结论

(1)卵石机制砂比碎石机制砂更容易泌水，拌制的混凝土和易性较差。石粉含量和孔隙率接近的1#号卵石机制(石粉含量6.99%、孔隙率38.4%)和1 号碎石机制砂(石粉含量5.39%、孔隙率37.8%)等量取代河砂时，前者拌制的混凝土轻微泌水、粘聚性良，而后者拌制的混凝土不泌水、粘聚性优。

(2)在相同条件下混凝土要达到同样的流动性，碎石机制砂需要的减水剂掺量高于卵石机制砂;碎石机制砂由于较强的吸附能力使得其拌制的混凝土具有较大的流动性损失，保坍型减水剂有助于减小其流动性损失。

(3)同条件下，全机制砂混凝土的砂率较掺有河砂混凝土的砂率高，机制砂石粉含量越低砂率越高。卵石机制砂不宜配制低标号(C30及以下)全机制砂混凝土，石粉含量为11.48%的3#号卵石机制砂在46%砂率时的C30 混凝土粘聚性差;用碎石机制砂配制低标号(C30 及以下)全机制砂混凝土时，石粉含量宜控制在10%以上。

［1］王稷良.机制砂特性对混凝土性能的影响及机理研究［D］.武汉:武汉理工大学，2008.

［2］孙秋彦.卵石破碎原状机制砂混凝土石粉含量限值试验研究［D］.郑州:华北水利水电学院，2011.

［3］石新桥.机制砂在高性能混凝土中的应用研究［D］.天津:天津大学，2007.