机制砂配制C50 自密实混凝土的试验研究

王文林，朱宝贵，胡正阳， 朱妍，吴浩，吴思玥

（1.盐城市润盐环保建材有限公司，江苏 盐城 224044；2.江苏博拓新型建筑材料有限公司，江苏 盐城 224014）

0 引言

混凝土是建筑工程中用途最广、用量最大的一种建筑材料。 随着建筑业发展要求的日益增长，混凝土的使用量急剧增大，导致天然中砂资源匮乏。

自密实混凝土具有良好的工作性能、 力学性能、耐久性能，属于高性能混凝土的一种，已被广泛应用。 自密实混凝土具有高流动性，浇筑时无须振捣，能够依靠自身质量流动，易于施工[1]。 在自密实混凝土中骨料体积分数占60%左右， 因此其对自密实混凝土的各项性能起着重要的作用。 自密实混凝土中的细骨料目前主要为级配Ⅱ区的中砂， 砂过粗或过细都会造成混凝土拌合物工作性能和力学性能的降低[2]。 与中砂相比，机制砂具有细度模数大、颗粒粗糙、级配不良、石粉含量高等缺点[3-5]，适量掺入细砂能够在一定程度上弥补机制砂性能上的不足，同时调控砂的颗粒级配，因此研究混合砂自密实混凝土的配制技术， 具有重要的指导意义。

试验研究了机制砂和细砂混合比例、 砂率、机制砂石粉含量对C50 自密实混凝土V 型漏斗通过时间、扩展时间T50、坍落扩展度和28 d 抗压强度的影响，并成功配制出了C50 机制砂自密实混凝土。

1 试验原材料与方法

1.1 原材料的选择

（1）水泥：采用江苏磊达股份有限公司生产的P.II52.5 级水泥，其性能指标见表1。

（2）矿粉：采用盐城华港环保建材有限公司生产的S95 级矿粉，其性能指标见表2。

表1 水泥的物理力学性能

表2 矿粉的主要性能指标

（3）粉煤灰：采用盐城鼎力新材料有限公司生产的I 级粉煤灰，需水量94%，细度11.2%，烧失量3.2%。

（4）外加剂：江苏苏博特新材料股份有限公司生产的PCA-1 聚羧酸高效减水剂。

（5）粗骨料：碎石采用兄弟矿业生产的5～20 mm连续级配碎石，泥含量0.2%，压碎值8.6%，针片状含量6.2%。

（6）细骨料：采用兄弟矿业生产的机制砂和天然细江砂，其性能指标见表3。

表3 细骨料主要性能指标

1.2 试验方法

（1）拌合物V 型漏斗通过时间、扩展时间T50、坍落扩展度

坍落度是评价混凝土拌合物流动性的最常用的方法，但对于自密实混凝土而言，采用坍落度评价拌合物的流变性存在着一定的缺陷。本次试验混凝土拌合物性能采用V 型漏斗通过时间、 扩展时间T50、坍落扩展度这三个指标进行综合评价。 试验按CECS203:2006《自密实混凝土应用技术规程》进行。

（2）混凝土抗压强度

抗压强度按GB/T 50081—2002 《普通混凝土力学性能试验方法标准》 进行检测， 试件尺寸为150 mm×150 mm×150 mm 立方体。

2 试验配合比的确定

2.1 机制砂与细砂混合比例的确定

配制自密实混凝土宜采用级配II 区中砂， 机制砂、细砂均不符合要求，因此将机制砂和细砂按不同比例进行混合， 选取符合级配II 区中砂要求的混合比例进行试验，机制砂和细砂混合筛分结果见表4。

表4 机制砂与细砂混合试验结果

参照《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》（JGJ52—2006）, 可以看出表4 中试验编号为JS3、JS4、JS5、JS6 符合II 区中砂要求。

2.2 自密实混凝土配合比的确定

（1）C50 自密实混凝土性能要求

表5 为CECS203:2006 《自密实混凝土应用技术规程》中关于自密实混凝土的坍落扩展度、扩展时间T50 和V 型漏斗通过时间等性能的要求。

表5 C50 自密实混凝土性能要求

（2）C50 自密实混凝土基准配合比

按CECS203:2006 《自密实混凝土应用技术规程》相关要求确定进行配合比设计，表6 为C50 自密实混凝土基准配合比。

表6 C50 自密实混凝土基准配合比

3 试验结果及结果分析

3.1 机制砂与细砂混合比例对混凝土性能的影响

图1 为不同机制砂和细砂混合比例配制的C50 自密实混凝土的坍落扩展度、T50 时间、V 型漏斗通过时间和28 d 抗压强度。由图1 可知，坍落扩展度、T50 时间、28 d 抗压强度均能满足设计要求，而V 型漏斗通过时间，仅机制砂和细砂混合比例6:4 和5:5 的两组试验能满足设计要求。 随着机制砂和细砂混合比例的减小， 混合砂细度模数降低，同时混合砂中粗糙颗粒含量降低，有利于提高拌合物的工作性能；但当细砂含量增加到一定程度时，混合砂的比表面积急剧增大，需润湿的浆体量增加，富余浆体减少，从而导致混凝土拌合物的工作性能下降。

图1 机制砂和细砂混合比例对C50 自密实混凝土性能的影响

3.2 砂率对混凝土性能的影响

图2 为不同砂率（45%、48%、51%、54%）配制的C50 自密实混凝土的坍落扩展度、T50 时间、V型漏斗通过时间和28 d 抗压强度。图2 可知，随着砂率的增加，混凝土的抗离析性能变好，坍落扩展度也逐渐变大， 砂率在48%~54%对T50 时间影响不大。砂率对混凝土工作性能的影响是基于砂浆对粗骨料的包裹性，在浆体富足的条件下，随着砂率的增加，砂浆量不断增加，从而提升了拌合物的工作性能。 砂率对混凝土28 d 抗压强度的影响变化比较明显，在砂率为48%时抗压强度达到最大，而砂率为54%时， 混凝土28 d 抗压强度低于设计强度；合适的砂率能够有效降低骨料的空隙率，提高混凝土的密实度，因此砂率过高或过低都会对混凝土的抗压强度产生影响。

图2 砂率对C50 自密实混凝土性能的影响

3.3 机制砂石粉含量对混凝土性能的影响

图3 为不同石粉含量的混合砂（3%、5%、7%、9%） 配制的C50 自密实混凝土的坍落扩展度、T50时间、V 型漏斗通过时间和28 d 抗压强度。 由图3可知，随着石粉含量的增加，混凝土的流变性、抗离析性能、抗压强度均有所提高，当石粉含量达9.0%时，混凝土的各项性能均大幅度下降。 机制砂石粉含量对混凝土拌合物工作性能的影响主要表现在两个方面： ①石粉小于0.08 mm 的细小颗粒，其加入混凝土中能够填充部分细小空隙，弥补机制砂粒型缺陷，减少骨料之间的摩擦阻力，起到一定的润滑作用；②机制砂石粉含量的增加会使用水量增加，在用水量一定的条件下，混凝土拌合物自由水减少，从而加大了混凝土拌合物的粘度。 如果上述正面作用占据优势，则改善混凝土拌合物的工作性能，否则降低混凝土拌合物的工作性能。因此，选择合理的机制砂石粉含量对配制自密实混凝土非常重要。

图3 砂石粉含量对C50 自密实混凝土性能的影响

随着石粉含量的增加， 混凝土28 d 抗压强度呈现先升高后降低的变化趋势。砂石粉含量对混凝土28 d 抗压强度的影响主要表现在三个方面：①石粉本身并非完全惰性，还能与水泥中某些成分进行水化反应，提高混凝土强度；②石粉含有大量的细小颗粒，能够发挥微细集料效应，填充混凝土内部空隙，提高混凝土强度；③过多的石粉会附着混凝土的界面过渡区， 削弱界面过渡区的粘结强度，从而降低混凝土强度。

4 结论

（1）当机制砂和细砂混合比例为6:4 和5:5 时，可以配制出性能优异的C50 自密实混凝土。

（2）机制砂的砂率对C50 自密实混凝土的工作性能、力学性能影响最为显著，当砂率为48%时，自密实混凝土的抗压强度最大，为63.8 MPa。

（3）机制砂石粉在5%左右时有利于改善C50 自密实混凝土工作性能，提高其抗压强度。