特細砂泵送混凝土的制備研究

李雪，徐新，邵美翠，馬濤

（徐州中聯混凝土有限公司，江蘇 徐州 22100）

特細砂泵送混凝土的制備研究

李雪，徐新，邵美翠，馬濤

（徐州中聯混凝土有限公司，江蘇 徐州 22100）

本文從碎石粒徑區間、米石摻量和引氣劑用量三個方面研究了特細砂泵送混凝土的工作性能及力學性能影響因素，結果表明，降低碎石最大粒徑、適量摻入米石及適度引氣使特細砂混凝土的工作性能和力學性能均有所提升。

特細砂；泵送；混凝土

0 前言

特細砂，俗稱面砂，其細度模數在 0.7～1.5 之間，由于其平均粒度低、比表面積大，應用于混凝土中容易導致坍落度損失大、粘度大、開裂風險大等問題，在我國大部分地區應用受到嚴格的限制，GB 50164—2011《混凝土質量控制標準》中明確指出不宜單獨采用特細砂作為細骨料配制混凝土，上海市鋼筋混凝土預制構件質量監督站也于 2017 年 3 月份下達了嚴禁使用特細砂生產混凝土的規定[1-2]。

然而隨著天然中砂資源的日益枯竭以及河道禁采的力度不斷加大，特細砂作為一種儲量豐富的資源，其在混凝土中的應用已成為不可阻擋的趨勢。重慶地區由于中砂資源緊缺，特細砂混凝土應用已有幾十年的歷史，2004 年還制定出了DB 50/5028—2004《特細砂混凝土應用技術規程》[3]。

在數十年特細砂的應用實踐中，已形成了“三低一超”的混凝土配合比設計原則（即低砂率、低坍落度、低水泥用量、粉煤灰超量摻入），基于此原則設計的混凝土可以大幅度緩解特細砂混凝土的質量缺陷。由于泵送混凝土的坍落度較大，突破了“三低一超”的原則，其配制難度遠遠高于傳統的特細砂混凝土[4-5]。

1 試驗

1.1 試驗原料

（1）徐州中聯 P·O42.5 水泥，28d 強度為 51. 7MPa；

（2）礦粉：徐州延遠建材 S95 級礦粉，28d 活性指數103%；

（3）粉煤灰：國華 F 類 I 級，需水量比 98%；（4）特細砂：細度模數 0.8；

（5）米石：公稱粒徑 3～5mm；

（6）碎石 1：公稱粒徑 5～16mm；

（7）碎石 2：公稱粒徑 5～20mm；

（8）碎石 3：公稱粒徑 5～25mm；

（9）碎石 4：公稱粒徑 5～31.5mm；

（10）減水劑：蘇博特 PCA，減水率 18%；

（11）引氣劑：蘇博特 GYQ-Ⅲ。

1.2 試驗方法

基于特細砂混凝土的設計原則，參考重慶市地方標準DB 50/5028—2004《特細砂混凝土應用技術規程》，根據標準 5.0.7 要求，單獨用特細砂配制泵送混凝土時砂率宜控制在20%～28% 之間。根據表 5.0.4 要求，采用細度模數為 0.8 的特細砂配制混凝土，稠度在 50～70mm 之間的用水量不宜超過 215kg。水膠比采用 0.45 設計配合比進行試配，混凝土工作性能及力學性能測試試驗依據 GB/T 50080 和 GB/T 50081相關規定進行。

表 1 C30 試驗基準配合比 kg/m3

2 試驗結果與討論

2.1 碎石粒徑的對混凝土性能的影響

在本文試驗中，選擇四種粒徑區間的碎石，最大公稱粒徑從 16mm 到 31.5mm。混凝土的工作性能及力學性能測試結果如表 2 所示。

表 2 碎石粒徑對混凝土工作性能及力學性能的影響

試驗結果表明，碎石粒徑對特細砂混凝土的工作性能影響較大，碎石粒徑越小，混凝土的抗離析性能越高，這一現象可以由流體力學中的斯托克斯（Stokes）定律給予很好的解釋。

式中：

uo——沉降速度，m/s；

d ——顆粒直徑，m；

ρs——顆粒密度，kg/m3；

ρ ——流體密度，kg/m3。

在泵送混凝土中，碎石處于懸浮狀態，在混凝土的粘滯阻力及漿體與骨料的密度差恒定的前提下，粗骨料的粒徑越小，其在混凝土中的運動速度就越低，因此其抗離析性能就越強。但碎石粒徑過小時，由于其過大的比表面積使得混凝土的坍落度降低。

特細砂混凝土的力學性能與粘聚性有著良好的相關性，粘聚性良好的混凝土力學性能也得以保證，有離析現象的混凝土其 7d 和 28d 抗壓強度也低。綜合工作性能和力學性能的試驗結果，碎石粒徑區間為 5～20mm 時，其工作性能和力學性能均較為理想。

2.2 米石摻量的對混凝土性能的影響

3～5mm 的米石粒徑區間介于特細砂與粗骨料之間，其在特細砂混凝土中的使用，可以部分彌合使用特細砂混凝土的集料級配斷層問題，在本文試驗中，選用粒徑區間為5～20mm 的碎石，米石取代碎石的比例分別為 5%、10%、15%、20%、25%、30%。試驗結果如表 3 所示。

表 3 米石摻量對混凝土工作性能及力學性能的影響

試驗結果表明，米石摻量在 15% 以內時，混凝土的工作性能良好，力學性能有所提升，當米石摻量超過 15% 時，混凝土的工作性能變差，力學性能開始降低。適量的米石可以彌合特細砂混凝土的骨料級配斷層，工作性能得以保證，力學性能得以提升。但米石的摻量過大時，由于粗骨料體系的比表面積增大，混凝土的工作性能明顯下降，且由于粗骨料與漿體的界面過渡區增加導致硬化混凝土缺陷增加，混凝土的力學性能開始下降。

2.3 引氣劑用量的對混凝土性能的影響

在普通混凝土中，適度引氣可以改善混凝土的和易性，尤其是對于細骨料顆粒級配或顆粒形貌不良的混凝土，粒徑適度的氣泡相當于級配和形貌優良的細集料，可以增加混凝土的流動性，并提升混凝土的抗離析性能。

表 4 引氣劑用量對混凝土工作性能及力學性能的影響

對于特細砂混凝土而言，整個集料級配中缺少 0.63～5mm 粒徑區間的顆粒，引氣劑的使用有助于混凝土工作性能的提升。當引氣劑用量低于 0.03% 時，特細砂混凝土的工作性能明顯提升，而混凝土的力學性能保持穩定，在引氣劑用量為 0.01% 時，混凝土的 28d 抗壓強度提升了 3MPa，這可能與混凝土的勻質性改善有關。當引氣劑用量超過 0.03% 時，混凝土的和易性進一步改善，但由于氣泡量的增多導致混凝土的力學性能下降。

3 結論

（1）碎石粒徑對特細砂混凝土的工作性能影響較大，碎石粒徑越小，混凝土的抗離析性能越高，良好的工作性能使得混凝土力學性能得以保證，碎石粒徑區間為 5～20mm 時，其工作性能和力學性能均較為理想。

（2）米石摻量在 15% 以內時，混凝土的工作性能良好，力學性能有所提升，當米石摻量超過 15% 時，混凝土的工作性能變差，力學性能開始降低。適量的米石可以彌合特細砂混凝土的骨料級配斷層，工作性能得以保證，力學性能得以提升。

（3）當引氣劑用量低于 0.03% 時，特細砂混凝土的工作性能明顯提升，而混凝土的力學性能保持穩定，在引氣劑用量為 0.01% 時，混凝土的 28d 抗壓強度提升了 3MPa，當引氣劑用量超過 0.03% 時，混凝土的和易性進一步改善，但由于氣泡量的增多導致混凝土的力學性能下降。

[1] 尹正剛，劉洪剛，王自強．超細粉砂在預拌混凝土中的應用[J]．混凝土，2011(3)∶ 88-90．

[2] 邵欣，汪彭生，章環境，等．特細砂的顆粒形態分析及特細砂混凝土試驗研究[J]．農業科技與裝備，2014(4)∶ 48-49．

[3] 張藺．特細砂的應用問題淺析[J]．西部探礦工程，2008(6)∶ 207-209．

[4] 韓建宏，婁宗科．特細砂混凝土的力學性能及抗滲性能研究[J]．人民黃河，2010(5)∶125-127．

[5] 曾健．特細砂混凝土技術特性概述[J]．建筑設備與建筑材料，2015(2)∶ 230-231．

［通訊地址］徐州市銅山經濟開發區第三工業園盛寶路西首徐州中聯混凝土有限公司（221100）

李雪（1990－），女，助理工程師，從事水泥及建筑材料的生產與研究。