机制砂级配对胶砂及混凝土性能的影响研究*

陈景，兰聪，刘东，卢佳林，王建

（中建西部建设西南有限公司，四川 成都 610052）

机制砂级配对胶砂及混凝土性能的影响研究*

陈景，兰聪，刘东，卢佳林，王建

（中建西部建设西南有限公司，四川 成都 610052）

通过筛分试验方法将机制砂各级配进行筛分并按照一定规律进行重新配置，研究了机制砂各级配对胶砂流动度、胶砂力学性能、混凝土工作性以及混凝土力学性能的影响。试验结果表明：机制砂比表面积影响单位用水量，对工作性具有一定影响，而影响其强度的因素主要有机制砂级配合理性和机制砂筛底筛余；影响混凝土包裹性的主要因素是机制砂级配和外加剂，而机制砂级配起确定性作用。

机制砂；级配；工作性；力学性能

0 前言

当前，随着中国基础设施建设的快速发展以及可持续发展的环保意识的加强，再有天然砂资源越来越匮乏，使用机制砂已成为必然的趋势[1]；但机制砂在级配、筛底、粒形以及石灰石品质等方面与天然砂存在显著的差异均对混凝土工作性和力学性能具有显著的影响[2-4]。然而，机制砂粒形决定于制砂设备，石灰石矿影响石灰石品质；可通过优化改进设备以及优选优质石灰石矿达到改善机制砂级配和品质的问题。本文主要研究了机制砂级配对胶砂以及混凝土工作性和力学性能的影响，可为机制砂生产过程中级配的选择和分布提供试验参考和指导，促进和提高机制砂在混凝土中应用及控制水平。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

水泥：水泥采用 P·O 42.5R 普通硅酸盐水泥。水泥的化学成分见表 1。

粉煤灰：Ⅱ 级，细度 10.2%，烧失量 4.5%，需水量比 100%。

砂：都江堰拉法基石灰石机制砂，细度模数为2.8，石粉量 8.0%，MB 值为 0.5；石灰石矿属一等品。

碎石：5～25mm 连续级配的碎石。

外加剂：公司自产聚羧酸减水剂，增稠剂以及聚丙烯酰胺。

拌合水：普通饮用水。

表1 水泥的化学成分 %

1.2 试验方法

本试验通过筛分机制砂，并对机制砂各级配进行重新组合配置，研究机制砂级配对混凝土工作性以及力学性能的影响。

筛分：参照 GB/T 14684－2011《建筑用砂》标准中筛分试验方法将 2.36～4.75mm，1.18～2.36mm，0.6～1.18mm，0.3～06mm，0.15～0.3mm，0.075～0.15mm 以及 0.075mm 以下各粒径范围级配分别进行筛分。

胶砂试验：参照 GB/T 2419－2005《水泥胶砂流动度测定方法》试验方法进行测试

抗压强度：参照 GB/T 50081－2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》对混凝土强度进行评价。

2 试验结果与分析

2.1 机制砂级配及胶砂流动度分析

机制砂在生产过程中主要对其粒形和级配以及石粉含量进行控制，本文为研究机制砂级配对混凝土工作性以及力学性能的影响，将机制砂进行筛分并对其进行重新配置。机制砂配置数据以及筛余累计曲线分别见表 2和图 1、图 2。

表2 机制砂配置级配表

图1 各机制砂级配质量分数分布图

图2 拉法基机制砂累计筛余曲线图

由表 2 和图 1、2 趋势图可知， JP-1 机制砂根据Dinger-Funk 方程[5]得到理论最紧密堆积空隙率最小级配，而 JP-2～JP-5 机制砂根据“类抛物线”趋势进行配置；拉法基原机制砂与配置机制砂存在较大的差异即在 0.6～1.18mm 级配和筛底出现异常，整个级配范围出现“锯齿”状趋势级配较差，此特征属于级配不合理性对混凝土工作性具有一定的影响。从机制砂细度角度分析，细度模数越小，其比表面积越大，对胶砂和混凝土工作性和力学性能具有较大的影响，如图 3 和图 4。

由图 3 可知，随着机制砂细度模数减小及比表面积增大，胶砂流动度降低。而不同机制砂的胶砂强度见图 4，各试验组别强度变化趋势均是先增大后降低的，影响其强度的因素主要有机制砂级配合理性和机制砂筛底筛余；并且筛底对胶砂抗折强度有一定的增强作用，且在 10%～12% 最佳。JS-1、JS-2、JS-3 与 JZ 组胶砂流动度差异不大，在 (230±7)mm 范围内，差异性不明显，其胶砂抗压均有增强作用，与机制砂级配合理性有关。

图3 机制砂比表面积与胶砂流动度数据图

图4 不同级配机制砂其胶砂强度趋势图

2.2 机制砂级配对混凝土工作性影响分析

研究机制砂级配对混凝土工作性及力学性能的影响设计了 C30 混凝土，胶材采用水泥+Ⅱ 粉煤灰的胶凝体系，并改变机制砂级配，并对其砂率进行调整，在降低比表面积对单位用水量影响的条件下，保证工作性基本一致；混凝土配合比及工作性描述见表 3。

由表 3 数据可知，按各级配配制的机制砂与标准砂的胶砂流动度以及混凝土试配中单位用水量比较分析可知，级配对用水量具有一定的影响，但是影响程度不大。从机制砂级配角度分析，其对混凝土包裹性具有较明显的作用，在相同胶凝材料条件下，JP-1 机制砂细度模数 3.2，且 1.18mm 以上的占 50%；而 LFJ 机制砂级配出现轻微断级配，级配组合较差；JP-1～JP-5 配制的混凝土其包裹性均优于 LF-1 组别。LF－2组别其外加剂组分增加了增稠剂以及聚丙烯酰胺，改善其包裹性；通过改变外加剂组分在一定程度上能改善混凝土工作性和包裹性，但不能完全改善其包裹性。LF-1+ 通过改变优化机制砂级配，对改善混凝土包裹性具有决定性作用；此结论与国外学者结论一致[6-7]。综上，影响混凝土包裹性的主要因素是机制砂级配和外加剂，而机制砂级配起确定性作用。

表3 试配配合比及工作性

2.3 机制砂级配对混凝土力学性能影响分析

影响混凝土力学性能最重要的因素是水灰比和单位用水量，机制砂级配特征也是影响混凝土力学性能的关键因素之一。机制砂特征影响混凝土工作性能，混凝土工作性直接影响混凝土成型质量，间接导致混凝土力学性能差异；另一方面机制砂良好的级配能提供混凝土更合理的骨架，减少界面过渡区缺陷。图 5 为机制砂不同级配条件设计的 C30 混凝土 7d 和 28d 抗压强度。

由图 5 可知，LF 组别的 7d 和 28d 抗压强度均高于JP 组别，结合表 2 机制砂配置表中数据可知，筛底筛余在 LF 中起到最主要的作用，筛底筛余在混凝土中能增加了浆体富余量；而在 JP-1～JP-5 中筛底及石粉含量基本一致的条件下，理论最紧密堆积 JP-1 强度发展最高，最紧密堆积能在最少的浆体条件下，提高混凝土密实度，从而提高其强度。综上，机制砂影响混凝土强度最主要因素是筛底筛余和石灰石粉和机制砂级配。

图5 机制砂不同级配下抗压强度试验结果

3 结论

（1）随着机制砂细度模数减小及比表面积增大，胶砂流动度降低；而胶砂强度变化趋势均是先增大后降低的，影响其强度的因素主要有机制砂级配合理性和机制砂筛底筛余，且在 10%～12% 最佳。

（2）影响混凝土包裹性的主要因素是机制砂级配和外加剂，而机制砂级配起确定性作用；而外加剂可通过增加粘度的调节组分改善不良级配机制砂混凝土包裹性。

（3）优质的石灰石矿制备的机制砂的筛底筛余对抗压强度具有较大的增强作用；合理的级配也是提高混凝土抗压强度的关键因素之一，按最紧密堆积配置的机制砂级配其强度最高。

[1] 李北星，周明凯，等．机制砂中石粉对不同强度等级混凝土性能的影响研究[J]．混凝土，2008(7)：51-54-57.

[2] 姚楚康．石粉特性对混凝土性能的影响研究[D]．武汉理工大学，2014．

[3] 蔡基伟．石粉对机制砂混凝土性能的影响及机理研究[D]．武汉：武汉理工大学，2006.

[4] 严敏．集料中粉体对混凝土减水剂性能的影响规律[D]．武汉：武汉理工大学，2012．

[5] 傅沛兴．普通混凝土砂石级配的研究[J]．建筑材料学报，2007,(01)：1-6.

[6] Sr.J.M. Shilstone, Changes in Concrete Mixture Optimization [J]. Concrete International; Design and Construction, 1990, 12(6): 33-39.

[7] J.E.Jr.Galloway. Grading, Shape, and Surface Properties. ASTM Special Technical Publication. No. 169C, Philadelphia, 1944: 401-410.

The study of the machine-made sand grading to the mortar and concrete performance inf l uence*

Chen Jing, Lan Cong, Liu Dong, Lu Jialin, Wang Jian
(China West Construction Group Southwest Co., Ltd., Chengdu 610052)

Through the screening test method will be screening mechanism sand distribution at various levels and reconfigured according to certain rule, studied the mechanism of sand at various levels matching flow of mortar, the mechanical performance of mortar and concrete workability and mechanical properties of concrete. Experimental results show that the mechanism of sand specif i c surface area effect unit water use, has certain inf l uence on the workability, and the main factors which inf l uence the strength of mechanism sand level with reason and mechanism of sand sieve bottom. The main factors inf l uencing the concrete wrap is the mechanism of sand distribution and admixture, the deterministic effect on mechanism of sand distribution.

the machine-made sand; sand grading; workability; mechanical property

陈景（1981－），男，硕士，工程师，从事外加剂与预拌混凝土生产及应用技术的研究。

新疆应用职业技术学院科研启动基金项目，项目编号：XYZY2015YJ006。

［通讯地址］四川省成都市武侯区益州大道中段 555 号星辰国际（610052）