淡化海砂與機制砂混合使用研究

趙勁松

（深圳市福盈混凝土有限公司，廣東 深圳518000）

0 前言

機制砂是指巖石破碎、篩分后的機制砂，通過水洗除去砂中的石粉和泥后，再定量加入石粉而得到的穩(wěn)定機制砂。石粉適當含量對機制砂的級配起到完善作用，機制砂的顆粒間空隙得以填充[1]，砂中所含石粉若達10%，混凝土強度呈降低趨勢[2]。本文研究淡化海砂與機制砂在混凝土中的使用比例及使用時對配合比的適當調整措施。

1 混凝土材料

原材料的選擇：

選定英德所制備海螺臺泥的P.O 42.5型號水泥；深圳市媽灣電廠所制備Ⅱ級的粉煤灰；河北省唐山市盾石所制備S95級的礦渣粉；中鐵四威的RAWY101型號聚羧酸的外加劑；自來水；粗骨料：惠州5～25mm連續(xù)級配碎石；細骨料：①混合砂即淡化海砂、機制砂的比例是3∶7予以混合；②機制砂；③淡化海砂。

2 不同砂對混凝土性能相關影響

（1）以強度等級C30、C50為基準進行試驗探究機制砂和淡化海砂以及淡化海砂砂與機制砂按3∶7混合而成的混合砂對混凝土性能影響，試驗配合比如表1所示。

表1 試驗用配合比

（2）試驗結果。淡化海砂中摻入機制砂之后混凝土流動性下降，增加其摻量，流動性下降得也大，C30表現(xiàn)得尤為明顯，擴展度大幅降低，C50的坍落度和擴展度雖變化不大，流速呈下降趨勢，大部分是因機制砂表面的棱角，顆粒之間更容易搭接，會產(chǎn)生更大的摩擦力[1]，而C30膠材的用量相對較少，不能提供足夠漿體膜潤滑骨料，C50的膠材用量較大，提供的漿體足夠填充骨料間的空隙可以一定程度降低機制砂的摩擦力；混凝土容重因為摻入機制砂會增加，且摻量越大增加的越多，原因是機制砂的表觀密度2630kg/m3＞淡化海砂的表觀密度2600kg/m3，伴隨機制砂實際摻量持續(xù)增長，混凝土容重變大。

C30在摻入機制砂后，增強其自身強度，增幅度是10%，大部分是因機制砂的顆粒是借助機械裝置予以破碎處理所成，其表面相對粗糙，界面新鮮，界面能較高，有助于集料與水泥石之間的粘結[2]；由圖2可知C50的混凝土抗壓強度變化很小，大部分是因水膠比直接影響基體及界面所在過渡區(qū)域的空隙率因數(shù)，更會對混凝土自身強度起決定性的作用[3]，對于C50而言，水膠比為0.36，膠材的總量為436kg/m3，在較低水膠比情況下，界面過渡區(qū)強度有明顯提升，混凝土中最薄弱的部分發(fā)生變化，影響強度的主要因數(shù)已經(jīng)不是界面過渡區(qū)，機制砂的摻入對C50抗壓強度的影響有限。

3 調整配比后混凝土性能情況

3.1 配合比調整

摻入混合砂配制混凝土，如果機制砂的使用率≤30%，單位的用水量等同于淡化海砂所配制混凝土；如果使用率＞30%，相比較淡化海砂所配制混凝土，單位的用水量增加約10kg。機制砂經(jīng)調整，混凝土配比用水量情況：選定機制砂70%取代率的混合砂C10～C40的配比在淡化海砂基礎保持膠材用量不變，水膠比上調0.02，C45～C60膠凝材料的總量維持恒定不變，水膠比提升0.01；借助機制砂100%取代率，C10～C40的配比在淡化海砂基礎保持膠材用量不變，水膠比上調0.03，C45～C60膠凝材料的總量維持恒定不變，水膠比上調0.02；機制砂內部，1.18～2.36mm、2.36～4.75mm的兩級顆粒明顯變大，極大地影響著其流動性，顆粒粒級是0.15～0.3mm、0.3～0.6mm情況下，對其流動性可起到促進作用[1]，借助機制砂配置混凝土極易有離析的泌水產(chǎn)生，機制砂內部增加小顆粒，其總的表面積會迅速增加，導致其所需包裹水的數(shù)量增加，進而導致機制砂泌水率降低，因此在配合比調整中，對于淡化海砂與機制砂混合砂，砂率較全使用淡化海砂提高0.1，使用機制砂時，砂率上調0.2。

3.2 混凝土工作性

配合比調整后，各配合比的工作性都能達到既定的設計要求，機制砂在調整水膠比和砂率后，混凝土出機坍落度和擴展度都能達到或高于使用淡化海砂時的狀態(tài)，其中混合砂的狀態(tài)總體而言優(yōu)于使用淡化海砂和機制砂；1h后試驗所得流動性，依然以混合砂的流動性最好，可見經(jīng)時損失淡化海砂和機制砂相差不大，混合砂的經(jīng)時損失最小，對于低強度現(xiàn)象尤為明顯。砂的粗細程度篩分結果表明本試驗的淡化海砂、機制砂以及混合砂都屬于中砂，顆粒的級配都在Ⅱ區(qū)范圍內，情況如圖1所示。

圖1 Ⅱ區(qū)砂的級配控制

從圖1可知，在三種砂中，混合砂曲線最接近控制圖中值曲線，比較于間斷分布之下混合物，分布相對均勻性混合物自身工作性優(yōu)良[3]，在一定程度上，級配優(yōu)良，表明經(jīng)顆粒大小實際比例的有效調節(jié)，能夠與最緊密的堆積狀態(tài)相接近，空隙率此時變小，對該空隙需借助膠凝材料予以少量填充，且粘結好相應顆粒，混合砂實驗結果也證明其緊密密度為1660kg/m3比淡化海砂1620kg/m3和機制砂1650kg/m3更高，因此混合砂的工作性整體而言最優(yōu)。

3.3 混凝土抗壓強度

通過試配，不同強度等級混凝土配合比經(jīng)調整后，強度均能達到設計強度要求，對于C50以下，抗壓強度值的順序為混合砂→淡化海砂→機制砂，而強度達到C50后，抗壓強度值順序變?yōu)榈Ｉ啊旌仙啊鷻C制砂，如圖2所示。

圖2 28d抗壓強度對比

對混凝土自身強度產(chǎn)生影響的相關因素即為外加劑、水膠比、凝期、水泥的強度、骨料品質、施工及其養(yǎng)護條件。在一定程度上，若水膠比升高，混凝土強度自然降低；該機制砂所在表面粗糙切存在棱角，棱角和硬化水泥石有較好的機械嚙合力，增加混凝土強度，兩者之間存在平衡，在C10～C45范圍內混合砂的機械嚙合力作用效果強于水膠比增加帶來的負面效應，機制砂全取代時，水膠比的增加帶來的負面效應有強于機械嚙合力增加帶來的正面效應。對于C50～C60的混凝土，水膠比很低，水膠比稍微變化就對混凝土的強度有較大的影響，主要歸因于界面過渡區(qū)強度顯著改善[3]，因此水膠比升高帶來的負面效應遠大于骨料粗超提供的強度富余，強度隨著水膠比升高而降低，另外機制砂顆粒內部裂紋以及相互貫通的空隙，對于高強混凝土強度也很不利。

通過對不同凝期中低高強混凝土的數(shù)據(jù)分析，混合砂和機制砂的早期強度較淡化海砂發(fā)展較快，7d后強度發(fā)展速率有所降低，根據(jù)數(shù)據(jù)繪制C10、C35、C60強度增長圖，如圖3所示。

圖3 強度增長

強度發(fā)展速度不同的主要原因是，骨料粒形會對新拌合混凝土自身特性、骨料和水泥漿體所在界面實際機械的嚙合力產(chǎn)生一定影響；早期的骨料，其與水化水泥的漿體會有相對較高物理的粘接作用；后期骨料，其和水泥漿體會有化學反應產(chǎn)生，骨料此時所在界面結構并不會對其強度產(chǎn)生較大影響[3]。

4 結論

（1）機制砂在普通配合比中可以通過適當?shù)厣险{用水量和砂率使用。

（2）淡化海砂、機制砂還有淡化的海砂，其和機制砂依照著3∶7比例予以有效混合后，形成混合砂針對強度等級不同混凝土，有著不同的影響效果，C10～C45使用混合砂抗壓強度和工作性都優(yōu)于單一應用淡化的海砂還有機制砂，應用C50～C60后淡化海砂時混凝土性能更好。

（3）機制砂使用后混凝土強度速率在前7d發(fā)展較快高于淡化海砂，后期速率較慢。