細集料摻配級配在混凝土中的應用研究

郝景潤

(中鐵隧道集團一處有限公司，重慶 401120)

0 引言

隨著我國建筑業的快速發展，建筑用砂需求激增。我國大部分地區現在的建筑用砂都是采用的天然河砂，但天然河砂資源有限，再生速度較慢，合格的天然河砂數量急劇減少，導致價格上漲，工程成本劇增，特別是天然河砂資源缺乏的地區，供需矛盾極為突出。因此，許多地方特別是巖石資源豐富的地區提出了用機制砂代替河砂的解決辦法，但由于機制砂在加工時候，會產生大量石粉，造成混凝土用水量增大，硬化后收縮較大，容易產生細小裂縫，耐久性降低，只適合于低標號混凝土的使用;隨著機制砂的應用技術發展，許多地方采取水洗的方法降低機制砂的石粉含量，但經過水洗后的機制砂細小顆粒會丟失，將會導致級配嚴重不良，在混凝土中需用膠凝材料填充，成本增高，并且混凝土保水性不好，工作性能不良，泵送效果差，施工困難，施工效率低，混凝土質量不易保證。

為了改善機制砂的級配不良的問題，許多混凝土在生產過程中，都采用了機制砂中摻配特細砂的方法，對機制砂進行改善，但經過觀察，許多在摻配時比較隨意，摻配后只是參照了細度模數，沒有對摻配后顆粒級配情況進行分析。

筆者根據混凝土的流變特性，采用砂漿的流變性能對不同級配情況進行了分析研究，并通過混凝土進行驗證，提出了機制砂與特細砂摻配后的級配要求。

1 試驗原材料

1)水泥:采用重慶“拉法基”牌P.O42.5 水泥，稠度27.1%，28 d 抗折強度7.6 MPa，28 d 抗壓強度47.5 MPa。2)細集料:采用重慶水波洞砂石廠的水洗機制砂和湖北枝江的特細砂。3)粗集料:采用5 mm～20 mm 連續級配碎石，由5 mm～10 mm 和10 mm～20 mm 兩種級配摻配而成。4)水:采用自來水，經檢測符合要求。5)外加劑:采用重慶建研科之杰的緩凝型高性能減水劑，減水率29%。6)粉煤灰:采用重慶華珞粉煤灰開發有限責任公司的F 類Ⅱ級粉煤灰，需水量比97%。

2 細集料的級配分析研究

細集料在摻配過程中，可按照公式MX=MX1 ×A +MX2 ×B進行摻配后的細度模數計算，其中，MX1，MX2 分別為機制砂、特細砂的細度模數;A，B 均為各自的摻配比例。但是由于細集料的細度模數只是反映細集料的粗細程度，不能完全反映出細集料的級配情況。同樣的細度模數的細集料可能存在均勻分配、兩級分散、中間堆積等多種情況，但一定的級配時，細度模數是唯一的。也就是說，在細集料級配中，細度模數只能作為參考，決定因素是集料的級配。

新拌的流動性混凝土具有流變性能原理，符合賓漢姆體模型，體現流動性能的指標就是屈服應力和塑性粘度，但屈服應力和塑性粘度主要由混凝土中的砂漿性能決定，也就是說，砂漿的流變性能對混凝土的流變性能影響巨大。在配合比不變，材料相同時的情況下，砂漿中細集料的級配直接影響著砂漿的流變性能，流變性能的指標屈服應力決定著砂漿的流動性能的大小，就是砂漿的變形能力，擴展度的大小，如果要求混凝土流動量大，屈服應力越小越好;砂漿的塑性粘度決定著砂漿的流動速率，為了保持混凝土不離析，砂漿的塑性粘度應該越大越好，但是如果粘度過大，混凝土施工困難。

為了了解細集料摻配后級配情況對砂漿流變性能的影響，采用特細砂按照不同比例摻入機制砂中，進行砂漿的相對塑性粘度和相對屈服應力的檢測，分析不同級配效果的影響。

1)細集料的級配篩分。

對選用的機制砂和特細砂進行篩分，顆粒級配見表1。

表1 細集料的級配

2)摻配比例研究。

根據兩種細集料的篩分情況，經過計算，采用特細砂摻入機制砂25%，30%，35%，40%，45%等幾個不同摻量來配置混合砂，摻配后的混合砂級配見表2。

表2 摻配后細集料級配

3)砂漿配合比確定。

為了保證試驗效果，選定了某C35 泵送混凝土的配合比(見表3)，然后取掉粗集料的用量作為砂漿性能拌制的配合比。

表3 C35 泵送混凝土配合比

4)流變性能的測定。

a.測定方法:經過對砂漿流變性能測定方法的比較，選用了彭杰等人改進的漏斗來測試砂漿的流變性能。稱取水泥1 000 g，其余材料依次按照比例稱取，放進水泥膠砂攪拌機按照水泥膠砂攪拌機的固定程序攪拌240 s 結束，將攪拌好的水泥砂漿倒入漏斗中，進行相對屈服應力和相對塑性粘度的測試。b.測量砂漿的流變性能:按照表4 的砂漿配合比依次進行拌制，倒進漏斗中，測定砂漿的流速及砂漿在筒內的高度，計算每一種砂漿的相對塑性粘度和相對屈服應力(見表5)。

表4 砂漿配合比

表5 砂漿的相對塑性粘度和相對屈服應力

從相對塑性粘度和相對屈服應力的變化可以看出，相對塑性粘度在隨著特細砂的摻量增加而增大，特別是在摻量達到45%的時候，相對塑性粘度增加較多;相對屈服應力在摻入25%，30%時變化較小，但在摻入量達到35%后變化量逐步加大。這是因為在砂漿中，當摻入較少的特細砂時，機制砂的顆粒棱角性較好，顆粒粒徑較大，顆粒有部分沉積，這時需要的水泥漿量較少，富余的水泥漿較多，流動速率快，則相對粘度和相對屈服應力小;當隨著特細砂摻量的加大，細集料的表面積增大，需要的水泥漿逐漸增多，相對塑性粘度及相對屈服應力逐漸增大。

5)砂漿流動度的測定。

a.試驗方法:迅速倒滿截錐圓模內，砂漿與截錐圓模上口齊平，截錐圓模尺寸為下口內徑100 mm±0.5 mm，上口內徑70 mm±0.5 mm，高60 mm±0.5 mm;然后徐徐提起截錐圓模，水泥砂漿在無擾動條件下自由流動直至停止，觀察砂漿的流變速率，測量地面最大擴散直徑及其垂直方向的直徑，計算平均值，作為測定流動度。b.流動度測定:按照計劃摻量確定細集料，對其一一進行拌制，測定出每種水泥砂漿的流動度，如表6 所示。

表6 砂漿的流動度

從流動度的測試過程可以看出，隨著摻量的增大，漿體流動速率逐漸變慢，是由于塑性粘度逐漸增大;流動度在摻量為35%，變化顯著，明顯減小，這是由于屈服應力逐漸增大。流動度的測試雖然不能測出漿體流變性能的參數數值，但也可以看出漿體的變化規律，與錐體測試漿體的流變參數結果相一致。

3 混凝土配合比驗證

1)混凝土配合比的確定。為了將流變性能的測試應用到混凝土中，我們按照特細砂摻配比例，調整了混凝土中的細集料組成，調整后的配合比見表7。

表7 混凝土配合比

2)混凝土工作性能及強度檢測。按照調整后的配合比進行混凝土拌制，測定其拌合物出機坍落度、擴展度、保水性、粘聚性等指標，并成型混凝土試件，測定其混凝土7 d，28 d 抗壓強度(見表8)。

表8 混凝土的性能

從坍落度檢測情況來看，序號為1 的混凝土坍落度、擴展度雖然滿足要求，但粘聚性、保水性不好，有少許泌水，在錐體部分骨料和漿體稍有分離，施工時漿體容易流失，造成堵管，施工困難;序號2 的混凝土坍落度、擴展度滿足要求，粘聚性、保水性良好，也沒有泌水，和易性良好，易施工;序號3 的混凝土坍落度、擴展度滿足要求，粘聚性、保水性良好，無泌水，滿足施工要求;序號4 的混凝土坍落度、擴展度不滿足要求，流動性較差，粘聚性、保水性良好，無泌水，施工較困難;序號5 的混凝土坍落度、擴展度不滿足要求，流動性差，粘聚性、保水性良好，無泌水，施工困難。

從混凝土強度情況來看，序號1，2，3 的混凝土的7 d，28 d 強度基本相同，沒有什么顯著的變化，但序號4，5 的混凝土7 d，28 d強度相對序號1，2，3 的來說，有所降低。

從混凝土試拌的工作性能和抗壓強度情況來看，序號2 的混凝土各種性能最優，完全滿足施工要求，與砂漿流變性能、流動度的測試情況相一致。

4 結語

1)混凝土的流動性能與砂漿的流變性能有很大的關系，在配合比一定的情況下，砂漿的流變性能可以決定混凝土的流動性能。2)砂漿的屈服應力越小越易流動，但砂漿的塑性粘度不能太小，否則混凝土會產生離析，泌水。3)在機制砂中摻配特細砂時，由于機制砂的棱角性強，顆粒較大，摻配后0.315 mm 篩孔通過量應控制在25%左右，細度模數在2.6～3.0 之間。

［1］DB 50/5030—2004，機制砂、混合砂混凝土應用技術規程［S］.

［2］彭 杰.混凝土耐久性和工作性設計有關方面的研究［D］.北京:中國建筑材料科學研究院，2002.

［3］宋德明，宋業政.不同石粉含量對機制砂性能的影響［J］.水利建設與管理，2011(2):45-46.

［4］王勝永，王立軍.特細砂在商品混凝土中的研究與應用［J］.商品混凝土，2011(4):15-16.