機制砂在C35水下自密實混凝土中的應用研究

吳震業

周寧縣南洋建材有限公司（355404）

0 引言

混凝土是土木工程的主要原材料，而細集料砂子是配制普通混凝土不可或缺的材料。河砂資源經過長期的開采、使用，目前已經枯竭；使用機制砂配制混凝土是可持續發展的必然趨勢。根據河砂、機制砂及摻合料的不同特性，對用于澆筑水下樁的C35自密實混凝土的配合比設計進行了試驗研究。

C35水下自密實混凝土拌合物的自密實性能要求為:坍落擴展度SF1為550～655 mm、擴展時間T500≥2 S、間隙通過性為 25 mm＜PA1≤50 mm。

1 試驗原材料

水泥使用福建南平金牛水泥股份有限公司生產的P.O42.5R普通硅酸鹽水泥，其主要物理性能指標:標準稠度用水量為25.6%；比表面積為356 kg/m2；初凝時間為 185 min，終凝時間為 255 min；3 d抗壓強度為 26.7 MPa，28 d抗壓強度為 48.3 Mpa。

粉煤灰使用福建大唐同舟益材環保科技有限公司寧德分公司生產的F類、二級灰，其主要物理性能指標:細度為23.5%；表觀密度為2 600 kg/m3；需水量比為98%；燒失量為5.5%；28 d活性指數為85%。

粒化高爐礦渣粉使用福建羅源閩光鋼鐵有限責任公司生產的S95級礦粉，其主要物理性能指標:比表面積為432 kg/m2；表觀密度為2 880 kg/m3；流動度比為103%；7 d活性指數為78%，28 d活性指數為103%。

河砂使用福安市順利砂廠生產的Ⅱ區中砂，其主要物理性能指標:細度模數為2.7；含泥量為2.1%，泥塊含量為0%；表觀密度為2 630 kg/m3，堆積密度為1 500 kg/m3。

機制砂使用周寧縣西坑砂石廠生產的Ⅱ區中砂，其主要物理性能指標:細度模數為2.8；石粉含量為5.2%；泥塊含量為0%；總壓碎指標為19.8%；表觀密度為2 630 kg/m3，堆積密度為1 710 kg/m3。

碎石使用周寧縣西坑砂石廠生產的5～20 mm連續級配碎石（花崗巖），其主要物理性能指標：壓碎指標為8.3%；含泥量為0.5%，泥塊含量為0%；針片狀含量為0%；表觀密度為2 630 kg/m3，堆積密度為1 490 kg/m3。

外加劑使用江山豪盛建材有限公司生產的高性能減水劑，其中的主要物理性能指標:減水率為27%；泌水率比為52%；含固量為14.2%；凝結時間差為+125 min；28 d抗壓強度比為142%。

2 配合比試驗

配合比設計依據JGJ/T 183—2012《自密實混凝土應用技術規程》第5條的規范要求，采用絕對體積法，強度等級為C35。

2.1 混凝土拌合物性能與測試

將計算及試配所得的配合比折算成25 L進行試拌，干料攪拌60 s，然后在第2個60 s過程中加入由水和外加劑混合而成的液體，再繼續攪拌60 s，攪拌均勻后參照GB/T 50080—2012《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》進行坍落度、擴展度、擴展時間T500、間隙通過性等性能指標測試。

2.2 混凝土物理力學性能測試

將拌合物性能試驗完成后的混凝土再人工攪拌1 min,依據GB/T 50081—2019《普通混凝土物理力學性能試驗方法標準》將其制作成兩組標準尺寸為150 mm×150 mm×150 mm的試塊。將試塊在室溫為20±5℃、相對濕試≥50%的試配室中靜置24 h后拆模，然后再放置到溫度為20±2℃、相對濕度≥95%的標準養護室中養護至7 d、28 d齡期進行抗壓強度試驗。

3 試驗結果與分析

3.1 河砂基準配合比試驗

按照計算配合比，在水膠比不變，調整膠凝材料用量、外加劑摻量、砂的體積分數等參數的條件下進行試拌，當混凝土拌合物的性能符合坍落擴展度 SF1為 550～655 mm、擴展時間 T500≥2S、間隙通過性為25 mm＜PA1≤50 mm時，得出水、水泥、粉煤灰、礦粉、河砂、碎石、高性能減水劑用量分別為186 kg/m3、346 kg/m3、43 kg/m3、43 kg/m3、752 kg/m3、921 kg/m3、7.78 kg/m3。

表1 機制砂與河沙配合比試驗參數

表2 機制砂配合比與抗壓強度試驗參數

3.2 河砂基準配合比抗壓強度試驗

在基準配合比的基礎上，水膠比分別增加和減少0.02，砂的體積分數分別增加和減少1%，攪拌均勻后制作一組標準試件，進行28 d齡期抗壓強度試驗，最后根據拌合物性能、試驗強度與水膠比線性關系圖推導出水、水泥、粉煤灰、礦粉、河砂、碎石、高性能減水劑的量分別為186 kg/m3、346 kg/m3、43 kg/m3、43 kg/m3、752 kg/m3、921 kg/m3、8.21 kg/m3。

3.3 機制砂配合比試驗與參數調整

使用機制砂配制混凝土，在水膠比（0.43）不變的情況下，提高砂的體積分數，摻合料的摻量SP1為 10%、SP2為15%、SP3為20%、SP4為25%，然后分別測每盤混凝土的擴展度、擴展時間、間隙通過性等指標，見表1。

1）機制砂與河砂配合比一致的情況下，混凝土拌合物的坍落度、擴展度、間隙通過性等指標不符合自密實混凝土的要求，出現泌水、粘聚性差、包裹性不好等情況。

2）與河砂相比，機制砂顆粒棱角多、表面粗糙，因此要相對提高砂率才可以改善和易性。

3）將粉煤灰、粒化高爐礦渣粉的摻量均提高到15%、細集料體積分數增加1%時拌合物性能有較為明顯的改善，因此可以判斷出粉煤灰、礦粉等優質摻合料對改善混凝土拌合物性能（流動性、粘聚性、包裹性、保水性）有好處。

4）將粉煤灰、粒化高爐礦渣粉的摻量均提高至20%、細集料體積分數增加2%時混凝土拌合物性能指標符合自密實混凝土技術要求。

3.4 機制砂配合比抗壓強度試驗及分析

將每盤混凝土攪拌均勻并測試拌合物性能后，各制作兩組立方體試件 （150 mm×150 mm×150 mm）。制作試件時無需插搗，將混凝土用鐵揪一次裝滿試模，直接用抹刀抹平試件表面。將試件在試配室中靜置24 h后拆模入庫，然后在標準養護室中養護至規定齡期并進行力學性能試驗。

由表2可以看出，當粉煤灰、礦粉的摻量各為10%時，混凝土7 d抗壓強度最高；隨著摻量按5%遞增，混凝土的7 d抗壓強度遞減；28 d強度則相反，隨著摻合料摻量的遞增而遞增；當摻量達到各25%時，28 d抗壓強度反而有所下降，說明各20%的摻量為最合理的摻量。

4 結論

1）使用機制砂配制C35水下自密實混凝土時，首先應選擇優質的顆粒級配合理的Ⅱ區中砂。因機制砂顆粒棱角多、表面比河砂粗糙，所以在細度模數與河砂一致的情況下，其體積分數要提高1%～2%才能改善混凝土的和易性。

2）優質的粉煤灰可以改善混凝土的和易性，還有一定的減水效果，能提高混凝土的流動性；優質的粒化高爐礦渣粉也有一定的減水效果，能提高混凝土的流動性。因此，配制機制砂自密實混凝土時應選擇優質的摻合料，粉煤灰宜為F類Ⅱ級以上，礦粉宜為S95級以上。將粉煤灰、礦粉的摻量提高至各20%最為合理，再提高摻量對提高流動性的作用就不明顯了，而且當摻量提高至各25%時，28 d抗壓強度呈下降趨勢。

3）粉煤灰、礦粉使自密實混凝土的7 d抗壓強度下降約7%左右，但28 d抗壓強度隨著摻量的提高而提高；在摻合料摻量合理的情況下，抗壓強度可增長至90 d齡期。