劉運華，劉江紅，曾建聰，龍廣成

（1郴州市建設工程質量安全監(jiān)督管理站 湖南郴州 423000;

2中南大學土木建筑學院，湖南長沙 410075）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟建設的迅速發(fā)展，作為主要建筑原材料之一的天然砂等骨料逐漸減少，甚至有些地方的天然砂資源呈現(xiàn)枯竭狀況，亟需加強人工機制砂的開發(fā)與應用技術研究。

機制砂與天然砂相比，其表面粗糙、多棱角，為了改善其品質，常需包含一部分粒徑較小的細顆粒（小于0.15mm顆粒），另外還需選擇合適的顆粒組成。雖然有關機制砂混凝土的相關研究已有較多報道，其在水泥砂漿、混凝土中的應用也已有較長的時間，而且在一些應用機制砂較早的地區(qū)也出臺了機制砂及其在水泥混凝土中應用的相關技術標準，但由于機制砂技術參數(shù)的影響因素較多，包括母巖材質、生產工藝設備等，特別是機制砂還具有較為顯著的地方特色，不同地區(qū)機制砂的應用技術現(xiàn)狀還參差不齊。因此，有必要進一步結合地方特色，就機制砂水泥混凝土相關技術開展研究。

湖南郴州地區(qū)具有豐富的石灰石資源，且天然砂較為缺乏，本文利用石灰石碎石生產過程留下的廢棄顆粒開發(fā)出機制砂，結合計算機技術，適配出不同細度模數(shù)的機制砂，并通過試驗研究所生產機制砂細度模數(shù)對水泥砂漿、混凝土流動性、強度的影響規(guī)律，為該地區(qū)機制砂在混凝土中的應用提供技術支持。

1 不同細度模數(shù)機制砂的適配

為研究細度模數(shù)對水泥膠砂和混凝土工作性能的影響，采用方孔篩，將生產得到的機制砂分級過篩，得到單一粒徑的砂子，按照建筑用砂國家標準（GB/T14684-2001）中的要求，編制相應的MATLAB程序，由程序控制選用不同細度模數(shù)的機制砂時各單一粒徑砂子的比例。同時，本文總結對比分析不同學者對機制砂中石粉含量的控制要求，將小于0.15mm粒徑的細粉定義為石粉，統(tǒng)一調配各細度模數(shù)的機制砂中石粉含量均為6%。通過MATLAB程序控制，分別得到細度模數(shù)為2.1、2.5、2.9、3.2、3.6時的各級配粒徑比例，如表1所示。

2 試驗簡介

2.1 原材料

采用郴州良田鎮(zhèn)玉山牌P.O 42.5水泥和P.C 32.5硅酸鹽水泥，其中水泥膠砂使用P.O 42.5水泥，配制C30混凝土時用P.C 32.5普通水泥。石灰石碎石作為粗骨料，由郴州市中大新型建材廠生產，粒徑為5～31.5mm連續(xù)級配碎石。機制砂由郴州市中大新型建材廠生產，由石灰石巖尾礦破碎而成，其單粒級顆粒的壓碎指標如表2所示。拌合物為自來水。

表2 機制砂單粒級的壓碎指標測試結果

2.2 試驗設計

試驗設計了水泥砂漿和混凝土兩系列配比，砂漿按照水泥膠砂試驗設計試驗，混凝土設計強度等級為C30，試驗配比如表3和表4所示。

表3 水泥膠砂配合比 g

表4 機制砂混凝土配合比 kg/m3

水泥膠砂流動度測試采用跳桌試驗方法，抗折、抗壓強度按GB/T 17671-1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》規(guī)定的方法進行，試件尺寸為40mm×40mm×160mm。新拌混凝土的工作性能通過測試坍落度、觀察粘聚性等分析；混凝土抗壓強度試驗按GB/T50081-2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》規(guī)定進行測試，采用150mm×150mm×150mm試件。

3 試驗結果與分析

3.1 細度模數(shù)對膠砂工作性能的影響

機制砂細度模數(shù)對水泥膠砂工作性能影響的實驗結果如表5所示，從表5中的結果可以看出，在所調查范圍內，隨著機制砂細度模數(shù)的增大，水泥膠砂流動度呈現(xiàn)先增加后又減少的趨勢變化，拌合物外觀粘聚性也是呈現(xiàn)由差變好再變差的趨勢。其中當細度模數(shù)為2.1時，拌合物顯干澀，難以成型，流動性差；細度模數(shù)為2.5和3.6時，砂漿拌合物流動性有所好轉；細度模數(shù)為2.9和3.2時，水泥膠砂流動度同標準砂相當。這主要原因是當細度模數(shù)較低時，粒徑較小的顆粒比例較大，顆粒表面吸附的水增加，從而使?jié){體流動性變差；細度模數(shù)增加至一定程度，大小不同顆?；ハ啻钆?，相互填充空隙，顆粒表面吸附的水量適中，顆粒堆積效應能起到減少空隙，使體系中有更多的自由水，因而漿體拌合物流動性增加。

表5 機制砂細度模數(shù)對水泥膠砂工作性能的影響

3.2 細度模數(shù)對膠砂強度的影響

圖1是用五種細度模數(shù)機制砂制作成的水泥膠砂不同齡期時的抗壓、抗折強度測試結果。從圖1中的結果可知，就抗折強度而言，在所制作的6組試件中，采用標準砂制作的砂漿試件在各齡期下的抗折強度最小，隨著機制砂細度模數(shù)的增加，砂漿試件的抗折、抗壓強度呈現(xiàn)增加的趨勢，當機制砂細度模數(shù)增加至2.9以后，砂漿抗折強度隨機制砂細度模數(shù)增大而不再顯著增加；對于抗壓強度，細度模數(shù)為2.1的機制砂砂漿強度值最低，細度模數(shù)為2.5的機制砂砂漿與標準砂砂漿強度值基本相似，機制砂細度模數(shù)增加，對應砂漿抗壓強度值進一步呈現(xiàn)增加趨勢。分析其原因表明，機制砂細度模數(shù)較小時，從表1中可知，其顆粒主要由0.3～0.6mm的細顆粒組成；隨著其細度模數(shù)增加，大于0.6mm的顆粒含量增加，砂在砂漿體系中骨架作用增強，骨料相互之間的機械咬合力較大。砂漿工作性和強度測試結果表明，機制砂細度模數(shù)在2.9～3.2之間，其制作的砂漿性能最優(yōu)。

3.3 細度模數(shù)對混凝土工作性的影響

以C30混凝土為基礎，設計了不同細度模數(shù)的混凝土，試驗過程中除機制砂細度模數(shù)變化外，其余各參數(shù)均保持不變，試驗所得5組不同細度模數(shù)機制砂混凝土的工作性結果如表6所示，試驗測試了拌合物的坍落度，并觀察了拌合物的粘聚性、保水性等。

從表6中的結果可知，當機制砂細度模數(shù)為2.1時，拌合物幾乎無坍落度，拌合物顯干澀、流動性極差；隨著機制砂細度模數(shù)的增加，拌合物的坍落度逐漸增加，當機制砂細度模數(shù)在2.9～3.2時，拌合物的坍落度最大，且拌合物外觀良好，具有良好的粘聚性；而機制砂細度模數(shù)進一步增加，拌合物的坍落度呈下降趨勢。顯然，混凝土拌合物的工作性與漿體性質、骨料性質以及漿體與骨料的相對體積含量有關，當其他條件保持不變，細骨料（砂子）的性質對拌合物的工作性存在重要影響，砂子細度模數(shù)反映其組成顆粒的整體粗細程度，影響骨料顆粒的比表面積和骨架體系的堆積空隙率。合適的骨料比表面積和較低的骨架體系的堆積空隙率，需要填充空隙和包裹骨料表面的漿體數(shù)量就少，相同條件下骨料表面有更多的漿體，潤滑作用增強，對于機制砂而言，其表面棱角多，表面摩擦力較大，細度模數(shù)適中的機制砂，越有利于改善拌合物的工作性。

表6 細度模數(shù)對機制砂混凝土工作性能的影響

3.4 細度模數(shù)對混凝土強度的影響

不同細度模數(shù)機制砂配制的混凝土的抗壓強度測試結果如圖2所示。

從圖2中的結果可知，在試驗所測范圍內，不同細度模數(shù)的混凝土抗壓強度隨齡期變化呈現(xiàn)一致的增加趨勢；然而，采用不同細度模數(shù)機制砂配制的混凝土，其抗壓強度值并不相同，細度模數(shù)最小的機制砂混凝土的抗壓強度最低，隨著機制砂細度模數(shù)增加，所配制的混凝土的抗壓強度值也隨之有一定程度的增大，這與砂漿試件呈現(xiàn)相似的規(guī)律。

4 結論

為解決一些地區(qū)建筑原材料日益短缺的難題，促進機制砂在混凝土中應用技術發(fā)展，論文對湖南郴州地區(qū)石灰石開采過程中廢棄的尾屑加工制備成機制砂，基于機制砂細度模數(shù)對水泥砂漿、混凝土工作性和強度的影響試驗研究，可得到如下結論：

（1）機制砂細度模數(shù)對水泥砂漿、混凝土的工作性和強度均存在顯著的影響，隨著機制砂細度模數(shù)的適當增加，膠砂、混凝土的工作性和強度均得到不同程度的提高。采用合適細度模數(shù)機制砂制作水泥膠砂，其膠砂流動度和膠砂試件的抗壓、抗折強度可與標準砂膠砂試件的相媲美。

（2）為了使得水泥砂漿、混凝土具有良好的工作性和合適的力學強度，機制砂的細度模數(shù)宜選擇在2.9～3.2之間。

[1]陽宴，王雨利，周明凱. 機制砂的石粉含量對C30泵送混凝土性能的影響[J].武漢理工大學學報，2007，29（8）：78～82

[2]王稷良，周明凱，李北星等. 機制砂中石粉對混凝土耐久性的影響研究[J].工業(yè)建筑，2007，37（12）：109-112

[3]Michael Schmidt, Carsten Geisenhanslke. 高性能和自密實混凝土中細顆粒的最佳組成[J].商品混凝土, 2005,(4):62-70