精制砂用于CL墙体C40自密实混凝土的研究和工程应用

张全贵，杨建宁，周金金，息学立

（石家庄金隅旭成混凝土有限公司，河北 石家庄 051430）

精制砂用于CL墙体C40自密实混凝土的研究和工程应用

张全贵，杨建宁，周金金，息学立

（石家庄金隅旭成混凝土有限公司，河北 石家庄 051430）

相比一般河砂与普通机制砂，精制砂有最小的比表面积，可有效降低混凝土水胶比，用于配制自密实高性能混凝土有较大优势。试验表明，随机制砂细度模数和石粉含量的增大，混凝土工作性能表现为先优后差，抗压强度逐渐增大至平衡值。根据试验结果，选定细度模数 2.8，石粉含量 8% 的精制砂，用于实际工程 CL 墙体设计的 C40 自密实混凝土。

精制砂；自密实混凝土；CL 墙体

0 引言

混凝土是由以水泥为主的胶结材浆体与多种不同粒径砂石混拌均匀成型的土建工程材料。砂作为混凝土的主要原材料之一，包括天然砂和机制砂两大类。受自然资源的限制，以河砂为主的天然砂越来越无法满足日益增长的混凝土生产需求，另外因过量地开采天然砂源，对自然环境所造成的压力也日益增加，因此使用机制砂替代河砂在国内外已成为混凝土行业可持续发展的一种趋势[1]。

自密实混凝土因具有十分良好的工作性、力学性能与耐久性，而被广泛应用于各类混凝土工程中。自密实混凝土除要求填充密实外，还要求集料均匀的悬浮在胶结材浆体中，具有不离析的施工流动性。在自密实混凝土中集料体积分数占60%以上，对自密实混凝土的各项性能起着重要的作用。与一般河砂相比，普通机制砂颗粒往往级配不良、颗粒粗糙、多棱角、表面积大、石粉含量高等不足点，因此，级配连续、粒型圆整、石粉含量稳定可控的精制砂（完全有粒径10～16mm 的石灰石制作的，厂家可调级配，级配连续，粒型圆整、石粉含量稳定可控基本不含泥，粒型接近于立方体和球形，不同于一般的机制砂），对于配制自密实混凝土意义重大。

本文研究了利用精制砂配制 C40 自密实高性能混凝土，研究了精制砂的细度模数、石粉含量等指标对自密实混凝土工作性能、力学性能的影响规律。

1 砂比表面积

针对混凝土集料颗粒粗细程度与比表面积关系的规律，付沛兴提出了一个“比粒度”的概念。在砂细度模数指标基本一样的条件下，什么样的砂比表面积最小，达到配制最密实性混凝土的要求。

在同体积情况下，球体的表面积最小，立方体其次。但真正达到接近球体外形和立方体的集料颗粒也很少，但精制砂已基本满足。控制比表面积的大小是配制性价比高的混凝土的关键，精制砂相对常见的河砂和一般的机制砂来说其比表面积要小不少，对降低混凝土的水胶比有利，为配制大流态的高性能混凝土提供了许多便捷之处。

2 原材料与试验方法

2.1 试验原材料

（1）水泥：赞皇金隅水泥厂 P·O42. 5 普通硅酸盐水泥。性能指标如表1。

（2）矿物掺合料

粉煤灰：为西柏坡电厂F类Ⅰ级粉煤灰。依据 GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》进行检测，其性能指标见表2。

表2 粉煤灰技术指标 %

矿渣粉：为邢台超岩建材的 S95 级矿渣粉，性能指标如表3。

表3 矿渣粉性能指标

（3）骨料

表1 水泥性能指标

细骨料：河砂，正定河道，Ⅱ 区，细度模数 2.8；精制砂，细度模数 2.8～3.2，Ⅱ 区级配，石粉含量为 5%～12%，主要成分为 CaCO3。5mm 筛余没有。

粗骨料：选用 5～10mm 连续级配碎石，产地为石家庄井陉矿区。性能指标如表4。

（4）外加剂：选用北京金隅水泥科技生产的外加剂，其性能指标如表5 所示。

表4 碎石性能指标

表5 外加剂性能指标

2.2 试验方法

（1）自密实混凝土的工作性能主要指填充性能和稳定性。试验采用坍落度、扩展度和 T500对混凝土工作性能进行表征，以便与工地实测对应，其他性能也已进行，在此文中不赘述。试验方法参照 CCES 02—2006《自密实混凝土设计与施工指南》进行。

（2）混凝土试件的抗压强度按 GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》规定进行。抗压试件制作按要求，不采取振捣措施，分两次均匀装入试模中，中间间隔30s。成型试件横截面尺寸为 100mm×100mm。

2.3 混凝土试配

为研究精制砂的细度模数、石粉含量对自密实混凝土的影响，设计精制砂的细度模数分布为 2.6、2.8、3.0 和 3.2，石粉含量分布为 5%、8%、12%，混凝土配比方案如表6 示，外加剂掺量根据出机状态进行调整，A0 为河砂配比。A1 到 A7是精制砂。

表6 试验设计混凝土设配方案 kg/m3

3 试验结果分析

3.1 细度模数对混凝土工作性能的影响

不同细度模数的精制砂试配结果统计见表7。由表7 试验结果，用精制砂取代河砂，可配制工作性能相同的自密实混凝土，经时扩展度损失在控制范围内。对比不同细度模数的精制砂，在保持砂率不变，随细度模数增大，混凝土扩展度至 500mm 的时间 T500呈增加趋势，最终扩展度逐渐减小。细度模数达到 3.2，混凝土和易性变差，扩展度经时损失明显加快。

表7 不同细度模数对混凝土工作性能的影响

3.2 细度模数对混凝土抗压性能的影响

细度模数对混凝土抗压强度的影响见表8。由表8 知，河砂与不同细度模数的精制砂相比，精制砂各龄期抗压强度均优于河砂，分析认为，精制砂含石粉，填充于骨料间隙，混凝土密实度增大，抗压强度增大。随精制砂细度模数增大，混凝土强度增大。

表8 不同细度模数砂配制的混凝土抗压强度 MPa

3.3 石粉含量对混凝土工作性能的影响

石粉含量对混凝土工作性能的影响结果见表9。由试验结果，随精制砂石粉含量增加，T500先减小后增大，扩展度先增大后减小。当石粉含量达到 12% 时，混凝土状态粘稠，流动性能明显变差。这是因为石粉作为填充料，可填充混凝土中的间隙，排挤出空隙中的自由水分，改善混凝土的工作性能。但若含量超过一定范围，则会加大骨料比表面积，引起用水量的增加，导致混凝土粘稠[2]。

表9 不同石粉含量对混凝土工作性能的影响

3.4 石粉含量对混凝土抗压强度的影响

石粉含量对混凝土抗压强度的影响结果见表10。由结果可知，随石粉含量增加，混凝土强度逐渐增大，石粉含量为8% 基本达到平衡值。因为石粉在水泥水化过程中起晶核作用，可促进 C-S-H 和 Ca(OH)2的形成，使混凝土强度增大，当所需石粉含量达到限值时，若再增加石粉用量已不能起到上述作用[3,4]。

表10 不同石粉含量配制的混凝土抗压强度 MPa

4 生产应用

4.1 生产配合比选定

综合考虑以上混凝土试配方案，保证混凝土工作性能与力学性能，选取方案 A6 配比为生产配比应用，即精制砂细度模数为 2.8，石粉含量 8%。

4.2 工程应用

某商品房住宅工程，其中 5# 楼设计外墙所有楼层全部为CL 保温墙体，即墙体中间加置保温板，要求混凝土为 C40 不振捣自密实混凝土，在泵送及混凝土自落时具有良好的流动性能，抗离析性能。CL 墙体结构如图6 所示。

图6 CL 墙体结构图

混凝土设计为 C40 自密实免振混凝土，实际生产根据站内原材情况进行略微调整砂率和外加剂掺量，保证生产混凝土出厂具有良好的工作性能。浇筑现场入泵前，每车再次进行扩展度检测都在 680～690mm，倒提坍落度筒 5～6s，工作性能完全满足浇筑施工要求。拆模后的浇筑实体外观如图7示，填充密实，无蜂窝麻面出现，感官相当漂亮。

5 结论

（1）控制比表面积是配制高性能混凝土的关键，相比一般河砂和普通机制砂，精制砂比表面积最小，可有效降低混凝土水胶比。

（2）级配连续、粒型圆整、石粉含量稳定可控的精制砂可完全替代天然河砂用于配制自密实高性能混凝土，而且每车生产的混凝土拌合物性能相当稳定。

（3）精制砂的细度模数、石粉含量对混凝土的工作性能、抗压强度的影响：随精制砂细度模数和石粉含量的增大，工作性能先优后差，抗压强度增大至平衡值。

图7 墙体外观

[1] 陈欣声．机制砂在商品混凝土中的应用[J]．工程机械，2004，35(11): 74-75．

[2] 尹耿，马保果，张风臣，等．超细石灰石粉水泥基材料早起性能研究[J]．武汉理工大学学报，2009，31(4): 116-119．

[3] 杨长辉，张靖，叶建雄，等．早期养护条件对水泥石碳硫硅钙石型硫酸盐腐蚀的影响[J]．土木建筑与环境工程，2010，32(2): 135-139．

[4] 刘树华，阎培渝．石灰石粉在复合胶凝材料中的水化性能[J]．硅酸盐学报，2008,36(11): 1401-1405．

［通讯地址］河北省石家庄市栾城窦妪工业区 石家庄金隅旭成混凝土有限公司（051430）

张全贵（1975—），男，高工，主要研究商品混凝土的质量管控和各种特殊混凝土及混凝土外加剂。