淺談內蒙古沙漠特細砂在混凝土中的應用

羅輝

（翁牛特旗萬里川混凝土制造有限公司，內蒙古赤峰 024500）

淺談內蒙古沙漠特細砂在混凝土中的應用

羅輝

（翁牛特旗萬里川混凝土制造有限公司，內蒙古赤峰 024500）

隨著資源的枯竭，滿足泵送混凝土生產所需要的天然 Ⅱ 區中砂越來越少，而且受當地地區政策的限制，部分地區對環境的保護，甚至禁止開采，這樣一來導致可用天然砂寥寥無幾。本文通過利用沙漠特細砂制作混凝土的研究，介紹沙漠特細砂的特性，并詳細介紹了混凝土的配制方法。

特細砂；配合比；最佳比例；工作性能；強度

0 前言

翁牛特旗是內蒙古自治區赤峰市所轄旗縣，位于內蒙古東南部。地處西遼河上游科爾沁沙地西端，沙漠資源豐富。當地用于混凝土施工建設的基本是該地區的特細砂，由于當地 Ⅱ 區中砂嚴重的缺乏，開發利用豐富的特細砂資源并用于工程實踐當中，從可持續發展宏觀角度看有著較為長遠的經濟效益。目前赤峰市翁牛特旗特細砂儲存量大、質量較穩定、價格便宜，對商品混凝土具有良好的潛在經濟效應。為此，實驗室通過大量試驗以沙漠特細砂為研究對象，經研究試驗表明，通過對比試驗研究特細砂、水洗砂以及特細砂與水洗砂復摻對混凝土工作性能和抗壓強度的影響，重點研究不同復摻比例、砂率及砂的種類對混凝土的影響規律，分析出特細砂對混凝土強度，和易性的影響。掌握特細砂配制混凝土的關鍵技術，并取得了成果，已在工程中推廣應用。

1 沙漠特細砂

特細砂是指細度模數在1.5以下的砂。該特細砂細度均值在 0.25mm 左右，屬于特細砂，該砂的比表面積大、收縮率大，拌制同樣強度混凝土時用水量和外加劑需要量要比普通中、粗砂混凝土大，但含泥量較低，適合作為細骨料小粒徑范圍的填充成分。隨著中砂的緊缺，特細與水洗砂的復摻能有效的解決中砂的緊缺，同時也能降本增效。特細砂復摻改性是其綜合應用的重要手段，本特細砂物理性能指標見表1。

表1 特細砂物理性能

2 原材的選擇與物理性能指標

（1）水泥：內蒙古赤峰市喀喇沁草原水泥廠生產的普通硅酸鹽水泥，強度等級為 P·O42.5，其性能見表2。

表2 水泥性能指標

（2）粉煤灰：赤峰元寶山電廠 Ⅱ 級粉煤灰，其性能見表3。

表3 粉煤灰性能指標

（3）天然水洗粗砂：赤峰翁牛特山嘴子生產的粗砂，其性能見表 4。

表4 天然水洗粗砂的性能指標

（4）Ⅱ區中砂：赤峰玉黃天然河砂，其性能見表5。

表5 Ⅱ區中砂的性能指標

（5）卵石：赤峰翁牛特山嘴子生產的5～31.5mm卵石，性能見表6。

表6 卵石的性能指標

（6）外加劑：赤峰柏吉納生產 BJN-2 聚羧酸高效減水劑，其性能見表 7。

表7 外加劑的性能指標

（7）拌合水：攪拌站地下水。

3 試驗思路

以 C30 混凝土為研究對象，分析出不同復摻同比例、不同種類砂、不同砂率對混凝土工作性能的影響。

4 試驗研究

試驗依據 JGJ55—2011《普通混凝土配合比設計規程》進行 C30 混凝土配合比設計，其中混凝土設計水膠比為0.46，總膠凝材料用量370kg/m3。以20 升試驗為據，拌合后試塊成型在23℃；濕度56% 的環境下進行，抗壓試塊成型尺寸100mm×100mm×100mm，成型后一天拆模，進行標準養護28d（標養室溫度(20±2)℃，濕度 95% 以上）進行強度試驗，具體工作性能及抗壓強度分別參考 GB/T50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》、GB/T50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》進行。

5 試驗結果及分析

5.1 特細砂與水洗砂不同比例復摻對混凝土性能的影響

試驗分別采用特細砂和水洗砂復摻，特細砂的取代率分別為5%、15%、25%、35%、45%、55%，試驗結果及各項性能見表 8。

由表 8 可見，當特細砂取代率分別為5%、15%、25%、35%、45%、55% 與水洗砂復摻時隨著特細的摻量的增加，混凝土性能呈現先增加后減小的趨勢。從混凝土工作性能來看，特細砂摻量在5%～15% 之間時，混凝土的流動性、粘聚性、包裹性差，易出現泌水和分層現象，隨著特細砂摻量的提高，混凝土和易性有較大的改善，具體表現為混凝土和易性、粘度、水泥漿體量，混凝土整體工作性能得到提升。根據試驗數據顯示本特細砂與水洗砂復摻時，本特細砂的最佳取代率為35%。這主要原因為：隨著特細砂摻量的增加，水洗砂與特細砂復摻時細骨料比表面積增大，顆粒級配趨于合理，混凝土各項性能得到改善，此時的混凝土和易性狀態最佳。然而當特細砂摻量大于35% 時，混凝土和易性變差，這主要原因為：細骨料比表面積逐漸增大，對混凝土外加劑和水相對應吸附的能力增加，粘度提升，流動性變差。

5.2 特細砂與水洗砂不同比例復摻對混凝土抗壓強度的影響

特細砂與水洗砂不同比例復摻對混凝土抗壓強度的影響，見圖1。

由圖1可知，隨著特細砂摻量的增加，混凝土抗壓強度表現出先增大后減小趨勢，7天、28 天混凝土試塊強度與圖1變化規律一致。當特細砂摻量達到35%時，混凝土 7天、28 天強度達到最大值，這是因為特細砂小粒徑顆粒對水洗粗砂的填充和互補起到了很明顯的作用，優化了水洗砂的顆粒級配，提升了混凝土的均質性與密實性，對混凝土的水泥漿體量需求得以改善，是混凝土各項性能提升關鍵所在。當特細砂摻量大于35%時，混凝土抗壓強度降低，流動性變差。

表8 摻特細砂試驗結果及各項性能

圖1 特細砂摻量對混凝土抗壓強度的影響

5.3 特細砂與水洗砂復摻時，不同砂率對混凝土性能影響

試驗采用35% 特細砂摻量，同時采用不同砂率的方法進行研究。當特細砂摻量為35%，砂率分別為38%、41%、44%、47%、50%、53% 時固定特細砂摻量，不同砂率對混凝土性能的影響規律，混凝土配合比及性能見表 9。

由表 9 可知，同特細砂摻量不同砂率的情況下，混凝土的工作性能隨著砂率的增加 7天、28 天強度呈現先增強后減弱的趨勢，當砂率在38% 和 41% 時混凝土的工作性、和易性差，砂率為 44%、47% 時混凝土流動性和和易性有較大改善，混凝土在砂率為 47% 時坍落度和擴展度達到了最大值，此時混凝土和易性狀態最佳。據圖中所示，當砂率大于 47% 時混凝土比表面積增大、需水量增加、粘度上升，混凝土整體工作性能降低。因此對于混凝土和易性和混凝土整體工作性能來說47% 砂率最佳，不應低于和高于 47% 砂率。

不同砂率對混凝土抗壓強度影響規律曲線見圖2。

從圖2 可以看出，當砂率為 47% 時混凝土 7天、28 天抗壓強度出現峰值，說明特細砂最佳取代量為35%，水洗砂與特細砂復摻時細骨料的合理砂率為47%，此時混凝土的和易性、工作性能及抗壓強度均能滿足施工要求。

圖2 砂率對混凝土抗壓強度的影響

5.4 不同種類細骨料對混凝土性能的影響

由表10 數據可知，在混凝土同等環境標養同坍落度的情況下， 當采用35% 特細砂取代率與水洗粗砂復摻時混凝土坍落度和擴展度大于采用100% 河砂和采用70% 河砂與水洗砂復摻及摻100% 特細砂體系混凝土。當采用 70% 河砂與水洗砂時混凝土易出現分層和泌水，采用100% 河砂時混凝土和易性和工作性適中，采用100% 特細砂時混凝土比表大，需水量增加，流動性差，從混凝土工作性來說摻100% 特細砂要比其它復摻和摻100% 河砂時的收縮率要大很多，此時的混凝土還易出現裂縫和起砂。因此和易性良好的混凝土更宜采用100% 河砂和35% 特細砂與水洗砂復摻的細骨料。不過考慮河砂的緊缺和價格性，應優先選擇采用35% 特細砂與水洗砂復摻，以達到混凝土降本增效的最大化。

表9 不同砂率試驗結果及各項性能

表10 不同種類細骨料對混凝土性能影響

5.3.1 不同種類砂對混凝土抗壓強度的影響規律曲線值

圖3 砂種類對混凝土抗壓強度的影響

由圖3所示，3種不同類型的細骨料配制 C30 混凝土時，當采用35% 特細砂與水洗砂復摻使用時，混凝土 7天、28 天抗壓強度值最高，采用100% 特細砂時，混凝提抗壓強度值最小，這是因為水洗砂較粗，0.630mm 以下顆粒較少，特細砂顆粒基本都在0.315mm 以下呈現互補作用，優化了水洗粗的顆粒級配。使得混凝土各項性能得以提升。

6 結語

通過試驗表明，當水洗粗砂與特細砂復摻時特細砂取代率為35%、砂率為 47% 時，混凝土工作性能及和易性及抗壓強度達到最優。在特細砂35% 取代率時，混凝土拌合物性能最佳，施工時不易產生分層和離析，在振動時反而易以振實。優于純河砂、河砂與水洗復摻及純特細配制的混凝土。采用特細砂與水洗砂復摻配制混凝土，可就地取材，成本低廉。只要采用相應的標準技術措施，改善混凝土性能是可行的，同時能降低資源的消耗，并產生良好的經濟效益和提升混凝土品質。

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羅輝（1986—），男，內蒙古赤峰市翁牛特旗萬里川混凝土制造有限公司總工程師，主要從事商品混凝土技術研究和技術管理工作。

［通訊地址］赤峰市翁牛特旗烏丹鎮東工業園區萬里川混凝土制造有限公司（024500）