郝景潤

(中鐵隧道集團(tuán)一處有限公司，重慶 401120)

0 引言

隨著我國建筑業(yè)的快速發(fā)展，建筑用砂需求激增。我國大部分地區(qū)現(xiàn)在的建筑用砂都是采用的天然河砂，但天然河砂資源有限，再生速度較慢，合格的天然河砂數(shù)量急劇減少，導(dǎo)致價(jià)格上漲，工程成本劇增，特別是天然河砂資源缺乏的地區(qū)，供需矛盾極為突出。因此，許多地方特別是巖石資源豐富的地區(qū)提出了用機(jī)制砂代替河砂的解決辦法，但由于機(jī)制砂在加工時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生大量石粉，造成混凝土用水量增大，硬化后收縮較大，容易產(chǎn)生細(xì)小裂縫，耐久性降低，只適合于低標(biāo)號(hào)混凝土的使用;隨著機(jī)制砂的應(yīng)用技術(shù)發(fā)展，許多地方采取水洗的方法降低機(jī)制砂的石粉含量，但經(jīng)過水洗后的機(jī)制砂細(xì)小顆粒會(huì)丟失，將會(huì)導(dǎo)致級(jí)配嚴(yán)重不良，在混凝土中需用膠凝材料填充，成本增高，并且混凝土保水性不好，工作性能不良，泵送效果差，施工困難，施工效率低，混凝土質(zhì)量不易保證。

為了改善機(jī)制砂的級(jí)配不良的問題，許多混凝土在生產(chǎn)過程中，都采用了機(jī)制砂中摻配特細(xì)砂的方法，對(duì)機(jī)制砂進(jìn)行改善，但經(jīng)過觀察，許多在摻配時(shí)比較隨意，摻配后只是參照了細(xì)度模數(shù)，沒有對(duì)摻配后顆粒級(jí)配情況進(jìn)行分析。

筆者根據(jù)混凝土的流變特性，采用砂漿的流變性能對(duì)不同級(jí)配情況進(jìn)行了分析研究，并通過混凝土進(jìn)行驗(yàn)證，提出了機(jī)制砂與特細(xì)砂摻配后的級(jí)配要求。

1 試驗(yàn)原材料

1)水泥:采用重慶“拉法基”牌P.O42.5 水泥，稠度27.1%，28 d 抗折強(qiáng)度7.6 MPa，28 d 抗壓強(qiáng)度47.5 MPa。2)細(xì)集料:采用重慶水波洞砂石廠的水洗機(jī)制砂和湖北枝江的特細(xì)砂。3)粗集料:采用5 mm～20 mm 連續(xù)級(jí)配碎石，由5 mm～10 mm 和10 mm～20 mm 兩種級(jí)配摻配而成。4)水:采用自來水，經(jīng)檢測符合要求。5)外加劑:采用重慶建研科之杰的緩凝型高性能減水劑，減水率29%。6)粉煤灰:采用重慶華珞粉煤灰開發(fā)有限責(zé)任公司的F 類Ⅱ級(jí)粉煤灰，需水量比97%。

2 細(xì)集料的級(jí)配分析研究

細(xì)集料在摻配過程中，可按照公式MX=MX1 ×A +MX2 ×B進(jìn)行摻配后的細(xì)度模數(shù)計(jì)算，其中，MX1，MX2 分別為機(jī)制砂、特細(xì)砂的細(xì)度模數(shù);A，B 均為各自的摻配比例。但是由于細(xì)集料的細(xì)度模數(shù)只是反映細(xì)集料的粗細(xì)程度，不能完全反映出細(xì)集料的級(jí)配情況。同樣的細(xì)度模數(shù)的細(xì)集料可能存在均勻分配、兩級(jí)分散、中間堆積等多種情況，但一定的級(jí)配時(shí)，細(xì)度模數(shù)是唯一的。也就是說，在細(xì)集料級(jí)配中，細(xì)度模數(shù)只能作為參考，決定因素是集料的級(jí)配。

新拌的流動(dòng)性混凝土具有流變性能原理，符合賓漢姆體模型，體現(xiàn)流動(dòng)性能的指標(biāo)就是屈服應(yīng)力和塑性粘度，但屈服應(yīng)力和塑性粘度主要由混凝土中的砂漿性能決定，也就是說，砂漿的流變性能對(duì)混凝土的流變性能影響巨大。在配合比不變，材料相同時(shí)的情況下，砂漿中細(xì)集料的級(jí)配直接影響著砂漿的流變性能，流變性能的指標(biāo)屈服應(yīng)力決定著砂漿的流動(dòng)性能的大小，就是砂漿的變形能力，擴(kuò)展度的大小，如果要求混凝土流動(dòng)量大，屈服應(yīng)力越小越好;砂漿的塑性粘度決定著砂漿的流動(dòng)速率，為了保持混凝土不離析，砂漿的塑性粘度應(yīng)該越大越好，但是如果粘度過大，混凝土施工困難。

為了了解細(xì)集料摻配后級(jí)配情況對(duì)砂漿流變性能的影響，采用特細(xì)砂按照不同比例摻入機(jī)制砂中，進(jìn)行砂漿的相對(duì)塑性粘度和相對(duì)屈服應(yīng)力的檢測，分析不同級(jí)配效果的影響。

1)細(xì)集料的級(jí)配篩分。

對(duì)選用的機(jī)制砂和特細(xì)砂進(jìn)行篩分，顆粒級(jí)配見表1。

表1 細(xì)集料的級(jí)配

2)摻配比例研究。

根據(jù)兩種細(xì)集料的篩分情況，經(jīng)過計(jì)算，采用特細(xì)砂摻入機(jī)制砂25%，30%，35%，40%，45%等幾個(gè)不同摻量來配置混合砂，摻配后的混合砂級(jí)配見表2。

表2 摻配后細(xì)集料級(jí)配

3)砂漿配合比確定。

為了保證試驗(yàn)效果，選定了某C35 泵送混凝土的配合比(見表3)，然后取掉粗集料的用量作為砂漿性能拌制的配合比。

表3 C35 泵送混凝土配合比

4)流變性能的測定。

a.測定方法:經(jīng)過對(duì)砂漿流變性能測定方法的比較，選用了彭杰等人改進(jìn)的漏斗來測試砂漿的流變性能。稱取水泥1 000 g，其余材料依次按照比例稱取，放進(jìn)水泥膠砂攪拌機(jī)按照水泥膠砂攪拌機(jī)的固定程序攪拌240 s 結(jié)束，將攪拌好的水泥砂漿倒入漏斗中，進(jìn)行相對(duì)屈服應(yīng)力和相對(duì)塑性粘度的測試。b.測量砂漿的流變性能:按照表4 的砂漿配合比依次進(jìn)行拌制，倒進(jìn)漏斗中，測定砂漿的流速及砂漿在筒內(nèi)的高度，計(jì)算每一種砂漿的相對(duì)塑性粘度和相對(duì)屈服應(yīng)力(見表5)。

表4 砂漿配合比

表5 砂漿的相對(duì)塑性粘度和相對(duì)屈服應(yīng)力

從相對(duì)塑性粘度和相對(duì)屈服應(yīng)力的變化可以看出，相對(duì)塑性粘度在隨著特細(xì)砂的摻量增加而增大，特別是在摻量達(dá)到45%的時(shí)候，相對(duì)塑性粘度增加較多;相對(duì)屈服應(yīng)力在摻入25%，30%時(shí)變化較小，但在摻入量達(dá)到35%后變化量逐步加大。這是因?yàn)樵谏皾{中，當(dāng)摻入較少的特細(xì)砂時(shí)，機(jī)制砂的顆粒棱角性較好，顆粒粒徑較大，顆粒有部分沉積，這時(shí)需要的水泥漿量較少，富余的水泥漿較多，流動(dòng)速率快，則相對(duì)粘度和相對(duì)屈服應(yīng)力小;當(dāng)隨著特細(xì)砂摻量的加大，細(xì)集料的表面積增大，需要的水泥漿逐漸增多，相對(duì)塑性粘度及相對(duì)屈服應(yīng)力逐漸增大。

5)砂漿流動(dòng)度的測定。

a.試驗(yàn)方法:迅速倒?jié)M截錐圓模內(nèi)，砂漿與截錐圓模上口齊平，截錐圓模尺寸為下口內(nèi)徑100 mm±0.5 mm，上口內(nèi)徑70 mm±0.5 mm，高60 mm±0.5 mm;然后徐徐提起截錐圓模，水泥砂漿在無擾動(dòng)條件下自由流動(dòng)直至停止，觀察砂漿的流變速率，測量地面最大擴(kuò)散直徑及其垂直方向的直徑，計(jì)算平均值，作為測定流動(dòng)度。b.流動(dòng)度測定:按照計(jì)劃摻量確定細(xì)集料，對(duì)其一一進(jìn)行拌制，測定出每種水泥砂漿的流動(dòng)度，如表6 所示。

表6 砂漿的流動(dòng)度

從流動(dòng)度的測試過程可以看出，隨著摻量的增大，漿體流動(dòng)速率逐漸變慢，是由于塑性粘度逐漸增大;流動(dòng)度在摻量為35%，變化顯著，明顯減小，這是由于屈服應(yīng)力逐漸增大。流動(dòng)度的測試雖然不能測出漿體流變性能的參數(shù)數(shù)值，但也可以看出漿體的變化規(guī)律，與錐體測試漿體的流變參數(shù)結(jié)果相一致。

3 混凝土配合比驗(yàn)證

1)混凝土配合比的確定。為了將流變性能的測試應(yīng)用到混凝土中，我們按照特細(xì)砂摻配比例，調(diào)整了混凝土中的細(xì)集料組成，調(diào)整后的配合比見表7。

表7 混凝土配合比

2)混凝土工作性能及強(qiáng)度檢測。按照調(diào)整后的配合比進(jìn)行混凝土拌制，測定其拌合物出機(jī)坍落度、擴(kuò)展度、保水性、粘聚性等指標(biāo)，并成型混凝土試件，測定其混凝土7 d，28 d 抗壓強(qiáng)度(見表8)。

表8 混凝土的性能

從坍落度檢測情況來看，序號(hào)為1 的混凝土坍落度、擴(kuò)展度雖然滿足要求，但粘聚性、保水性不好，有少許泌水，在錐體部分骨料和漿體稍有分離，施工時(shí)漿體容易流失，造成堵管，施工困難;序號(hào)2 的混凝土坍落度、擴(kuò)展度滿足要求，粘聚性、保水性良好，也沒有泌水，和易性良好，易施工;序號(hào)3 的混凝土坍落度、擴(kuò)展度滿足要求，粘聚性、保水性良好，無泌水，滿足施工要求;序號(hào)4 的混凝土坍落度、擴(kuò)展度不滿足要求，流動(dòng)性較差，粘聚性、保水性良好，無泌水，施工較困難;序號(hào)5 的混凝土坍落度、擴(kuò)展度不滿足要求，流動(dòng)性差，粘聚性、保水性良好，無泌水，施工困難。

從混凝土強(qiáng)度情況來看，序號(hào)1，2，3 的混凝土的7 d，28 d 強(qiáng)度基本相同，沒有什么顯著的變化，但序號(hào)4，5 的混凝土7 d，28 d強(qiáng)度相對(duì)序號(hào)1，2，3 的來說，有所降低。

從混凝土試拌的工作性能和抗壓強(qiáng)度情況來看，序號(hào)2 的混凝土各種性能最優(yōu)，完全滿足施工要求，與砂漿流變性能、流動(dòng)度的測試情況相一致。

4 結(jié)語

1)混凝土的流動(dòng)性能與砂漿的流變性能有很大的關(guān)系，在配合比一定的情況下，砂漿的流變性能可以決定混凝土的流動(dòng)性能。2)砂漿的屈服應(yīng)力越小越易流動(dòng)，但砂漿的塑性粘度不能太小，否則混凝土?xí)a(chǎn)生離析，泌水。3)在機(jī)制砂中摻配特細(xì)砂時(shí)，由于機(jī)制砂的棱角性強(qiáng)，顆粒較大，摻配后0.315 mm 篩孔通過量應(yīng)控制在25%左右，細(xì)度模數(shù)在2.6～3.0 之間。

［1］DB 50/5030—2004，機(jī)制砂、混合砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程［S］.

［2］彭 杰.混凝土耐久性和工作性設(shè)計(jì)有關(guān)方面的研究［D］.北京:中國建筑材料科學(xué)研究院，2002.

［3］宋德明，宋業(yè)政.不同石粉含量對(duì)機(jī)制砂性能的影響［J］.水利建設(shè)與管理，2011(2):45-46.

［4］王勝永，王立軍.特細(xì)砂在商品混凝土中的研究與應(yīng)用［J］.商品混凝土，2011(4):15-16.