機(jī)制砂與河砂混凝土性能對比研究

顏廣

（廈門市集美區(qū)鴻銘建材有限公司，福建 廈門 361024）

機(jī)制砂與河砂混凝土性能對比研究

顏廣

（廈門市集美區(qū)鴻銘建材有限公司，福建 廈門 361024）

本文研究了在配合比數(shù)據(jù)相同的情況下分別使用機(jī)制砂、河砂、混合砂配制了 C25、C35、C45、C60 混凝土，研究的性能指標(biāo)有坍落度、擴(kuò)展度、1h 坍落度經(jīng)時(shí)損失、壓力泌水率、強(qiáng)度、自然養(yǎng)護(hù)的碳化深度、滲水高度比，并對這些指標(biāo)進(jìn)行了分析和對比。經(jīng)過對比分析，機(jī)制砂混凝土各項(xiàng)性能可以滿足施工質(zhì)量要求。

機(jī)制砂；機(jī)制砂混凝土；性能對比

0 前言

隨著建筑市場對建筑材料的需求不斷擴(kuò)大，混凝土作為最基礎(chǔ)、最大宗的建筑材料用量是巨大的，河砂作為配制混凝土最重要的地材之一，它的重要性不言而喻。但經(jīng)過多年不斷開采，天然河砂正在迅速減少，有的地方已經(jīng)枯竭，很多地區(qū)為了保持河流及自然景觀、保護(hù)河堤及生態(tài)平衡已經(jīng)禁止開采。且由于枯竭和禁止開采，市場上河砂出現(xiàn)以次充好，淡化海砂冒充河砂等質(zhì)量狀況日益令人擔(dān)憂。因此，研究使用機(jī)制砂配制混凝土勢在必行。

機(jī)制砂質(zhì)量穩(wěn)定、可控、可靠。機(jī)制砂原材料均一、砂粒清潔、無泥質(zhì)雜質(zhì)污染，具有更好的粒形和合理的級配，能滿足各類混凝土性能要求。機(jī)制砂代替天然河砂不僅具有經(jīng)濟(jì)效益同時(shí)還具有環(huán)境效益和社會效益。為此，混凝土工程技術(shù)人員應(yīng)深入開展對機(jī)制砂混凝土性能的試驗(yàn)研究，為推動(dòng)機(jī)制砂在我省建設(shè)工程中的實(shí)際應(yīng)用做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

1 原材料和配合比

1.1 水泥

漳平紅獅水泥有限公司生產(chǎn)的 P·O42.5R 水泥 A 及福建水泥股份有限公司生產(chǎn)的 P·O42.5R 水泥 B，其物理、力學(xué)性能指標(biāo)如表 1 所示。

表1 水泥性能指標(biāo)

1.2 粉煤灰

漳州后石電廠生產(chǎn)的 F 類 Ⅱ 粉煤灰，45μm 篩余20.8%，需水量比 100%，燒失量 1.46%。

1.3 礦粉

三鋼微礦粉（龍海）有限公司生產(chǎn)的 S95 級磨細(xì)礦粉，比表面積 410cm2/g，7d 活性指數(shù) 76%，28d 活性指數(shù) 98%，流動(dòng)度比 101%。

1.4 粗骨料

廈門同安發(fā)發(fā)碎石場生產(chǎn)的 5～2 0 m m 碎石和16～31.5mm 碎石，兩者按 4∶6 搭配成連續(xù)級配 5～31.5mm碎石，空隙率 42.3%。

1.5 外加劑

廈門科之杰新材料有限公司生產(chǎn)的 Point-S 聚羧酸高性能減水劑，推薦摻量在 1.6%～1.8%，混凝土減水率 28.7%。

1.6 細(xì)骨料

本文主要進(jìn)行對比研究的兩種砂。

（1）機(jī)制砂

我公司所屬制砂場生產(chǎn)的機(jī)制砂，其物理性能見表 2。

表2 機(jī)制砂物理性能

（2）河砂

龍海產(chǎn)河砂，其物理性能見表 3。

表3 河砂物理性能

1.7 拌合水

拌合水使用自來水。

1.8 試驗(yàn)用配合比

本次試驗(yàn) C25、C35 強(qiáng)度等級采用紅獅 P·O42.5R 水泥配制；C45、C60 強(qiáng)度等級采用建福 P·O42.5 水泥配制。C60 采用 5～20mm 碎石配制。每編號配合比平行試驗(yàn) 6 次，試驗(yàn)結(jié)果以 6 次試驗(yàn)結(jié)果平均值表示。各強(qiáng)度等級混凝土配合比見表 4。

表4 混凝土配合比 kg/m3

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果見表 5。

表5 混凝土試驗(yàn)結(jié)果

2.2 試驗(yàn)分析

上述試驗(yàn)分別采用 100% 機(jī)制砂，70% 機(jī)制砂+30% 河砂，100% 河砂進(jìn)行試驗(yàn)平行對比。各個(gè)試驗(yàn)指標(biāo)影響情況如下。

2.2.1 機(jī)制砂摻量對強(qiáng)度的影響

圖 1～4 分別考察了機(jī)制砂摻量對 C25、C35、C45、C60等強(qiáng)度的影響。從圖 1～4 看出，機(jī)制砂混凝土的強(qiáng)度在配合比參數(shù)一致的情況下比河砂混凝土的強(qiáng)度略高，主要是因?yàn)闄C(jī)制砂顆粒是采取機(jī)械破碎的，表面較粗糙，與水泥漿混合時(shí)有著較高的握裹力，而河砂表面較圓滑，握裹力稍差。這是應(yīng)用機(jī)制砂的優(yōu)勢之一。

圖1 機(jī)制砂摻量對C25強(qiáng)度的影響

圖2 機(jī)制砂摻量對C35強(qiáng)度的影響

圖3 機(jī)制砂摻量對C45強(qiáng)度的影響

圖4 機(jī)制砂摻量對C60強(qiáng)度的影響

2.2.2 機(jī)制砂摻量對混凝土坍落度的影響

機(jī)制砂摻量對混凝土坍落度的影響如圖 5 所示。

(2) 沖擊風(fēng)場和常規(guī)邊界層風(fēng)場下，干字型輸電塔的風(fēng)振響應(yīng)均以兩個(gè)方向的一階彎曲振型為主，扭轉(zhuǎn)響應(yīng)和高階彎曲響應(yīng)不顯著。

圖5 機(jī)制砂摻量對新拌坍落度的影響

由圖 5 可知，機(jī)制砂混凝土的新拌坍落度與和易性要比同等配合比條件下的河砂混凝土略差。由于天然河砂顆粒形狀趨向圓形，表面較圓滑，所以表現(xiàn)出較好的和易性、流動(dòng)性。這是機(jī)制砂應(yīng)用面臨的問題，在實(shí)際應(yīng)用中可通過配合比參數(shù)和提高減水劑性能解決。如適當(dāng)提高用水量、砂率，提高減水劑的增稠效果等。

2.2.3 機(jī)制砂摻量對混凝土擴(kuò)展度的影響

機(jī)制砂摻量對混凝土擴(kuò)展度的影響如圖 6 所示。從圖 6知，C35、C60 強(qiáng)度等級使用河砂配制的擴(kuò)展度比使用機(jī)制砂配制的擴(kuò)展度要大，C45 強(qiáng)度等級基本保持一致，C25 強(qiáng)度等級使用機(jī)制砂配制的擴(kuò)展度比使用河砂配制的擴(kuò)展度要大些。總體上使用河砂配制的擴(kuò)展度要比機(jī)制砂配制的擴(kuò)展度略大，因?yàn)楹由盎炷恋暮鸵仔浴⒘鲃?dòng)性比機(jī)制砂混凝土的和易性、流動(dòng)性要好，故其擴(kuò)展度也相應(yīng)略好些。

圖 6 機(jī)制砂摻量對擴(kuò)展度的影響

2.2.4 機(jī)制砂摻量對混凝土 1h 經(jīng)時(shí)坍落度損失的影響

機(jī)制砂摻量對混凝土 1h 經(jīng)時(shí)坍落度損失的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖 7。

圖7 機(jī)制砂摻量對坍落度 1h 經(jīng)時(shí)損失的影響

由圖 7 可知，C25、C35、C60 強(qiáng)度等級使用機(jī)制砂配制的混凝土坍損均比使用河砂配制的混凝土坍損要大些，C45強(qiáng)度等級使用機(jī)制砂配制的混凝土坍損均比使用河砂配制的混凝土坍損要小。總體上來講，使用機(jī)制砂配制的混凝土坍損要比使用河砂配制的混凝土坍損要大些，是因?yàn)闄C(jī)制砂的吸水率要比河砂的大，在配制混凝土后對外加劑有一定的吸附作用，因此外加劑的保坍效果將會減弱。對于這點(diǎn)，在機(jī)制砂應(yīng)用時(shí)可以適當(dāng)提高外加劑摻量予以克服。

2.2.5 機(jī)制砂摻量對混凝土壓力泌水率的影響

機(jī)制砂摻量對混凝土壓力泌水率的影響試驗(yàn)結(jié)果見圖8。由圖 8 可知，使用機(jī)制砂配制的混凝土壓力泌水率和使用河砂配制的混凝土壓力泌水率相比較并無明顯的差異規(guī)律。因?yàn)闄C(jī)制砂的石粉含量一般控制在 3.5%～6.0%，有較好的保水性。再者，壓力泌水率的大小與外加劑和膠凝材料的適應(yīng)性有很大的關(guān)系，與機(jī)制砂的使用并無直接關(guān)系。通常在使用機(jī)制砂配制混凝土?xí)r，偶爾出現(xiàn)離析、泌水比較嚴(yán)重的現(xiàn)象，但究其原因均是外加劑超摻或外加劑與膠凝材料不適應(yīng)所致。

圖8 機(jī)制砂摻量對壓力泌水率的影響

2.2.6 機(jī)制砂摻量對混凝土 28d 自然養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度的影響

機(jī)制砂摻量對混凝土 28d 自然養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖 9。

圖9 機(jī)制砂摻量對自然養(yǎng)護(hù) 28d 強(qiáng)度的影響

由圖 9 可知，使用機(jī)制砂配制的混凝土自然養(yǎng)護(hù) 28d 強(qiáng)度和使用河砂配制的混凝土自然養(yǎng)護(hù) 28d 強(qiáng)度相比較并無明顯的差異規(guī)律。混凝土自然養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度的發(fā)展主要受環(huán)境溫度、濕度、配合比參數(shù)的影響，和機(jī)制砂的使用并無直接關(guān)系。

2.2.7 機(jī)制砂摻量對混凝土自然養(yǎng)護(hù)碳化深度的影響

機(jī)制砂摻量對混凝土自然養(yǎng)護(hù)碳化深度的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖 10。

圖10 機(jī)制砂摻量對碳化深度的影響

由圖 10 可知，使用機(jī)制砂配制的混凝土自然養(yǎng)護(hù)碳化深度和使用河砂配制的混凝土自然養(yǎng)護(hù)碳化深度相比較并無明顯的差異規(guī)律。混凝土自然養(yǎng)護(hù)碳化深度主要受環(huán)境的溫度、濕度、配合比參數(shù)、CO2濃度、構(gòu)件拆模時(shí)間、養(yǎng)護(hù)情況等因素影響，和機(jī)制砂的使用并無直接關(guān)系。

2.2.8 機(jī)制砂摻量對混凝土滲水高度的影響

機(jī)制砂摻量對混凝土滲水高度的影響。試驗(yàn)結(jié)果見圖11。

圖11 機(jī)制砂摻量對滲水高度的影響

由圖 11 可知，使用機(jī)制砂配制的混凝土滲水高度和使用河砂配制的混凝土滲水高度相比較并無明顯的差異規(guī)律。混凝土滲水高度主要受水膠比、礦物摻合料摻量、養(yǎng)護(hù)情況、材料質(zhì)量等因素影響，和機(jī)制砂的使用并無直接關(guān)系。

3 結(jié)論

（1）機(jī)制砂混凝土拌合物性能在相同配合比參數(shù)的情況下比河砂混凝土新拌性能略差，但基本滿足施工質(zhì)量要求。同時(shí)也可以采取調(diào)整配合比參數(shù)和使用高性能減水劑的措施提高拌合物的施工性、和易性從而滿足施工要求。

（2）機(jī)制砂混凝土硬化性能在相同配合比參數(shù)的情況下與河砂混凝土硬化性能無明顯差異，個(gè)別性能如強(qiáng)度則比河砂混凝土略高。

[1] 張承志．商品混凝土[M]．化學(xué)工業(yè)出版社，2006,6．

[2] JGJ 55-2011．普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程[S]．

[3] GB/T 50082-2009．普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S]．

［通訊地址］福建省廈門市集美區(qū)后溪大道 1637 號（361024）

顏廣（1982-），男，廈門市集美區(qū)鴻銘建材有限公司主持混凝土技術(shù)管理工作。