超細粉砂在預拌混凝土中的應用

尹正剛，劉洪剛，王自強

（1.重慶市城投混凝土有限公司,重慶 400042；2.重慶市建筑科學研究院，重慶 400020）

1 前言

砂的粗細程度按照砂的細度模數μf分為粗、中、細、特細四級，其中特細砂μf＝1.5～0.7[1]； μf<0.7的砂，我們通稱為粉砂。重慶地區受到地理位置的影響，普通建筑工程一般使用特細砂或由特細砂與機制砂混合的混合砂配制混凝土。近年來，由于三峽大壩的建設，長江、嘉陵江上游兩岸的水土流失的治理，以及重慶及長江上游地區建筑業的蓬勃發展，使得原本不富裕的天然砂資源日愈枯竭，尤其在久旱之后，更難找到細度模數μf≥0.7 的河砂；而重慶地區人工機制砂的細度模數一般為3.2～3.8，且級配極不合理，若在預拌混凝土中全部使用機制砂做為細骨料，混凝土的工作性能極差，而且生產成本偏高，因此利用細度模數0.5、0.6粉砂與機制砂混合生產預拌混凝土已變得較為廣泛。我國已有學者成功地用粉砂配制出塌落度≥200mm , 擴展度≥600 mm, 28 d 抗壓強度≥100 M Pa 的粉砂高性能混凝土[2]，然而，使用超細粉砂（細度模數0.2～0.3，0.075mm以下部分>20%）配制預拌混凝土，還沒有相關的資料，筆者曾使用細度模數0.2的超細粉砂與人工機制砂混合，試驗配制預拌混凝土，并成功應用于混凝土結構上，現將有關的試驗及混凝土使用情況介紹如下。

2 細骨料的混合

粉砂為長江抽砂，顆粒級配及技術指標如表1，它的特點是：顆粒平均粒徑小, 比表面積大, 最大的顆粒粒徑為0.3mm；0.075mm篩的通過率高達21.6%，采用虹吸管法測定該粉砂的含泥量為8.6%，空隙率大。參照人工砂石粉含量的方法——亞甲藍法進行測試，MB值為1.2，說明此砂0.075mm以下的部份絕大多數為細砂，泥土的含量較少。

圖1 混合砂的級配分布圖

機制砂為重慶天堂山的石灰石機制砂，顆粒級配見表1，它的特點：顆粒平均粒度偏粗，接近粗砂的上限值，含粉量較少，MB值為0.6，0.3mm以下的通過率只有14.0%，若全部使用該機制砂配制混凝土，混凝土拌合物很硬，工作性能極差，尤其在的強度等級較低的混凝土中尤為突出。

混凝土的骨料級配不僅影響到各種骨料所占的比例，還影響著水泥和水的用量，最終影響到混凝土的工作性、泵送性、經濟性、孔隙率、收縮率和耐久性[3]。為了獲得性能優良的混凝土，我們對C20～C50的混凝土進行不同粉砂摻量的試驗，選用最優的混合方案為：C20、C25采用混合砂1，由35%的粉砂與65%的機制砂混合而成，C30、C35采用混合砂2，由30%的粉砂與70%的機制砂混合而成，C40～C45采用混合砂3，由25%的粉砂和75%的機制砂混合而成，C50采用混合砂4，由20%的粉砂和80%的機制砂混合而成，各種混合砂的級配分布如圖所示。

3 其它原材料情況

1) 水泥：重慶天助水泥有限公司生產的P·O42.5R，標準稠度26.3%，細度（0.08mm篩余）0.8%，安定性合格，28d抗壓強度49.6 MPa；

2) 粉煤灰：重慶華能珞璜電廠的Ⅱ級粉煤灰，細度（0.45mm篩余）：24.2%，需水量比：98.8%，燒失量：1.62%，三氧化硫含量：0.70%；

3）外加劑：采用氨萘復配的泵送劑，膠凝材料的1.6%摻入時，坍落度增加值大于140mm，砂漿減水率20.1%；

4）粗骨料：天堂產5～25mm的碎石, 表觀密度2.69㎏/m3，堆積密度1365㎏/m3。壓碎指標為9.3%，含泥量0.35%，針片狀顆粒含量為8.2%。

4 對比試驗

為了了解粉砂的摻入對混凝土的性能造成的影響，采用對比試驗的方法來研究，即在C20、C30、C40、C50四個等級的混凝土中，分別加入粉砂和特細砂，混凝土的其它原材料不變，比較其工作性能、力學性能及耐久性能的變化。試驗的配合比詳見表2，混凝土性能對比情況詳見表3。

表1 細骨料的顆粒級配

表2 C20～C50兩種河砂混凝土配合比 單位：kg/m3

表3 兩種河砂對混凝土性能的影響

表4 ××混凝土有限公司混凝土出廠檢驗強度統計表

從以上試驗表明：摻入超細粉砂相對特細砂的混凝土，在拌合物工作性能、力學性能、抗滲性能方面都會造成影響。由于試驗配合比是按照超細粉砂與機制砂混合的級配來設計的，在保證較好的工作性能的情況下確定的砂率，當河砂細度變粗，復合細度模數變大，細骨料的比表面積減少，混凝土需水量及漿體應該減少，或應當增加砂率，達到比表面積相同，因此，在砂率和用水量都不變的情況下，表現出超細粉砂的混凝土工作性能較好。同樣，由于超細粉砂的比表面積相對于特細砂大，需要包裹的水泥漿體多，而水泥的用量是一樣的，因此就會使混凝土的抗壓強度及抗滲性能降低。但由于粉砂的摻入量較少（細集料的20～35%），因此對混凝土以上各種性能的影響程度不大，同樣都能滿足混凝土結構的要求。同時試驗也表明，超細粉砂的摻入，對較高強度等級C50混凝土的抗壓強度的降低較大，而對C40以下等級的混凝土影響較小，因此，此超細粉砂，控制使用在C40及以下的強度等級中，若要用于C45、C50強度等級的混凝土中，應適當增加水泥用量。

5 工程應用情況

某年，重慶地區遭遇百年不遇的特大暴雨，長江上洪水爆發，很長一段時間，根本無法取到細度模數μf≥0.7的河砂，只有少數的幾艄抽砂船，在河邊能吸到少量的上文所示粉砂，重慶某混凝土公司由于河砂備料不足，在迫不得已的情況下，使用上述粉砂與機制砂混合，生產C20～C40各種等級的混凝土1.8萬立方，混凝土的和易性好，可泵性好；此批混凝土各等級混凝土交貨檢測的各項技術指標均達到設計要求，出廠檢驗28d強度統計如表4。通過嚴格的施工程序的控制，此批混凝土結構，均達到驗收標準。一年以后，對此批的混凝土澆筑的結構部分進行檢查，均未發現異常情況。

6 問題與討論

首先，為控制混凝土的質量，現行標準規定凡是公稱粒徑小于80μm的顆粒都稱為 “泥”，并對不同等級混凝土用砂石的含泥量做了限定。這些規定在砂石資源比較惡劣的地區必然限制了當地砂石資源的利用，同時提高了混凝土生產成本。但是由于對河砂采集工藝的不同，這部分“泥”對混凝土的影響是不同的，為了確定河砂中泥土的含量，本試驗參照人工砂石粉含量的方法進行判斷，是否有更簡單、更準確的試驗方法，對這部分“泥”中的有害成分進行定量的分析?需要做大量的研究工作。

其次，河砂中那部分不屬于泥土的“泥”，是否可以認為是一種惰性的礦物摻合料？是否可以參照礦物摻合料的使用方法進行運用？是否還有更好的混凝土外加劑與其配合使用？還需要大量試驗研究。

再次，此次混凝土的應用只是在C20～C40強度范圍，而且只是對混凝土的工作性能、力學性能及抗滲透性能進行了初步的試驗，要擴大此混凝土的使用面，還需在混凝土的耐久性方面進行深入的研究，尤其對其抗碳化性能、早期抗裂性能等進行細致的研究。

另外，此混凝土，由于細骨料的組成不同，為確保混凝土結構的施工質量，應采取的哪些有效的、科學的施工方法和手段進行控制？還需要一個長期的積累過程。

[1]JGJ 52-2006普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準[S]

[2]王沖，蒲心誠.粉砂高性能混凝土的研制 [J].重慶建筑大學學報 2001，（2）：77-80

[3]Steven H.Kosmatka等著，錢覺時等譯.凝土設計與控制[M].重慶：重慶大學出版社，2005.

[4]JGJ/T 10-95混凝土泵送施工技術規程[S]

[5]DB50/5030-2004機制砂、混合砂混凝土應用技術規程[S]

[6]DB50/5028-2004 特細砂混凝土應用技術規程 [S]