特细砂对混凝土性能的影响

张梅

（金华市龙鼎混凝土有限公司，浙江 金华 321031）

0 前言

当前混凝土作为基础结构材料的需求高居不下，砂石原材料供应持续紧张，尤其是天然砂资源日益枯竭，加上环保限采，使得优质砂石材料更加短缺，大量细度模数在 1.0 以下的特细砂流入市场。由于特细砂粒径较小、级配较差，在配制混凝土过程如不控制用量会造成混凝土流动性和保坍性能损失，影响混凝土强度和耐久性[1]。从利于生产和环保角度出发，不少学者对特细砂混凝土生产进行了卓有成效的研究，为特细砂的应用了提供良好指导，但多集中在特细砂自身特性如细度模数、含泥量等，而影响混凝土生产的其他因素如水胶比、环境温度等因素需要更多探讨。

合适的水胶比对于保证混凝土工作性能和强度至关重要，本文通过研究在不同水胶比条件下，掺特细砂对混凝土工作性能和强度的影响，为特细砂的应用提供技术参考。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

（1）水泥为海螺 P·O42.5 水泥，水泥的性能指标见表 1。粉煤灰为 Ⅱ 级灰，需水比为 97%。矿粉为S95，比表面积为 398m2/kg。

（2）特细砂为河砂，根据试验要求，选择不同细度模数的特细砂，不同含泥量细砂由原砂经过水洗干燥后筛余 75μm 以下泥粉，根据需要获得不同含泥量的特细砂。机制砂为石灰岩破碎而成，细度模数为 3.0，石粉含量为 9%，MB 值 2.0。

（3）石子由小石和大石按照一定比例混合得到的连续级配（5～25mm），压碎值 9%。

（4）外加剂采用科之杰减水剂，固含量为 15%，推荐掺量为 1.0%～3.0%。

表 1 水泥的性能指标

1.2 试验方法

（1）掺入特细砂后的混合砂细度模数参照 GB/T 14684—2011《建筑用砂》进行测试。

（2）按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》测试混凝土拌合物的扩展度、坍落度以及经时坍落度损失。

（3）按照 GB/T 50081—2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》，将拌和好的混凝土成型 100mm 100mm 100mm 混凝土试件，进行标准养护（温度(20±2)℃，相对湿度为 95%），测定混凝土 7d、28d抗压强度。

（4）采用 C30 配合比，基准组胶凝材料的用量为340kg/m3，砂率为 48%，中砂为全机砂，外加剂掺量为2.1%，固定外加剂用量，采用给定水胶比进行试验。

2 试验结果及讨论

2.1 特细砂掺量对混合砂细度模数的影响

选用特细砂细度模数为 0.8，机制砂初始细度模数为 3.0，特细砂的加入会增加混合砂中细颗粒粉料的比例，进而对混合砂的细度模数和颗粒级配造成影响，对不同特细砂掺量的混合砂进行测试，结果见表 2。

表 2 混合砂细度模数

表 2 结果显示，特细砂掺入对混合砂级配影响较大，细颗粒的增多使得混凝土细度模数降低[2]，增加特细砂掺量可以对机制砂细度模数进行有效调节。

2.2 水胶比对混合砂混凝土性能的影响

水胶比是影响混凝土工作性能和力学性能的重要指标，同样对混凝土服役安全和耐久性产生影响。采用通过改变用水量来改变混凝土的水胶比，对掺入特细砂（细度模数 0.8）后混合砂混凝土工作性能和强度进行测试，结果见表 3。

表 3 结果显示，水胶比为 0.40、0.45 时，相同水胶比特细砂掺量提高，混凝土初始工作性能先增加后降低，在特细砂掺量 20% 时，混凝土初始坍落度和扩展度最大，且相对全机砂混凝土和掺特细砂 40% 混凝土，1h 混凝土坍落度经时损失也较小。这是因为适量特细砂的加入改善了集料的颗粒级配，对集料的包裹性和粘聚性增加，混凝土和易性改善。当水胶比为 0.50、0.55，特细砂掺量提高，混凝土初始工作性能降低不大，混凝土经时损失相比水胶比较低时相对较小。对混凝土抗压强度而言，水胶比提高，都使得混凝土强度降低，当特细砂掺量 20%，混凝土各水胶比强度相比全机砂混凝土要高，这是因为适当掺量特细砂提高了混凝土的密实度，从而使得混凝土抵抗荷载的能力增强。

表 3 混合砂混凝土工作性能和强度结果

表 4 水胶比对掺不同细度模数特细砂混凝土性能的影响

2.3 同掺量下水胶比对掺不同细度特细砂对混凝土性能的影响

特细砂的细度对混合砂的级配产生影响，砂细度不同对水分的包裹及释放能力也会有所差异。设定特细砂同质量取代机制砂 20%，研究了不同水胶比情况下，特细砂细度模数对混凝土性能的影响，测试结果见表 4。

表 4 结果显示，相同水胶比情况下，特细砂适当的细度能够改善混凝土的级配，进而改善混凝土工作性能，当特细砂细度模数 1.0 时，在不同用水量下的混凝土和易性均达到最佳，混凝土 1h 经时保坍能力相对较强。用水量增加并未改善低细度特细砂混凝土的和易性，这是因为较多的细颗粒提高了浆体量，也增加了水分散失的速率。

水胶比增加，掺特细砂混凝土强度总体出现下降，但特细砂细度模数 1.0 时，混凝土流动性改善，使得混凝土密实性改善，从而有利于混凝土强度提高。

表 5 水胶比对不同含泥量特细砂混凝土性能的影响

2.4 特细砂含泥量对不同水胶比混合砂混凝土性能的影响

当前河砂开采越来越困难，含泥量高的河砂也逐渐充斥市场。泥粉自身容易吸水膨胀，且对外加剂容易产生竞争吸附[3,4]。设定特细砂掺量 20%，通过外掺泥粉获得含泥量 0%、2.5%、5.0%、10% 的特细砂，研究进行不同水胶比试验，结果见表 5。

从表 5 结果可知，特细砂含泥量增多，会阻碍混凝土的流变性能，使得混凝土初始坍落度和扩展度降低，同时由于泥粉自身易吸水膨胀，对外加剂产生竞争吸附，使得混凝土保坍能力降低。对于含泥量较多的特细砂，适当增加用水量有利于混凝土的流动，但对混凝土坍损并无帮助。

对于混凝土强度结果，同水胶比，特细砂含泥量增加，混凝土强度递减，含泥量低于 2.5% 略有下降，之后混凝土强度快速损失。同含泥量的特细砂，增加用水量使得混凝土空隙率增多，抵抗荷载的能力下降。

3 结论

（1）特细砂掺入能改变混合砂的颗粒级配，对混合砂的细度模数造成影响。

（2）同水胶比时适量的特细砂（20%）能够高混凝土的和易性和保坍能力，强度也有所增加。水胶比提高，对于高掺量特细砂初始工作性能有一定改善作用，但对混凝土强度发展不利。

（3）水胶比增加，掺同细度特细砂混凝土强度下降，但同水胶比，当特细砂细度模数 1.0 时，混凝土和易性良好，混凝土 7d 和 28d 强度优良。

（4）特细砂含泥对混凝土工作性能和强度带来负面影响，水胶比提高对于高含泥特细砂初始工作性能有一定改善作用，但易造成混凝土强度损失，因此需要严格控制特细砂含泥量。