黃勁，呂寅，張麗，李莎，王義恒

（華新混凝土骨料事業(yè)部，湖北　武漢　430073）

不同細(xì)度模數(shù)人工砂應(yīng)用于混凝土的性能研究

黃勁，呂寅，張麗，李莎，王義恒

（華新混凝土骨料事業(yè)部，湖北武漢430073）

在天然砂資源日益枯竭的情況下，急需發(fā)展人工砂替代細(xì)骨料的推廣應(yīng)用。本試驗(yàn)就細(xì)度模數(shù)為 2.2、2.8 及 3.2 的三種不同規(guī)格人工砂，分別在“人工砂＋天然砂”摻配使用及單摻直接使用情況下作為細(xì)骨料，應(yīng)用于混凝土中對(duì)于拌合物的工作性能影響進(jìn)行試驗(yàn)研究，從而形成不同細(xì)度人工砂應(yīng)用于混凝土中的最佳優(yōu)選方案，以實(shí)現(xiàn)兼顧混凝土工作性能和經(jīng)濟(jì)性的目的。

人工砂；細(xì)度模數(shù)；工作性能；摻配比例

0　引言

出于保護(hù)生態(tài)環(huán)境的目的，目前河砂的開(kāi)采日益收緊，后續(xù)河砂持續(xù)供應(yīng)及價(jià)格優(yōu)勢(shì)將面臨較大沖擊，故須加緊尋求替代資源，以保障今后混凝土生產(chǎn)的可持續(xù)進(jìn)行[1-2]。此次試驗(yàn)就采用人工砂替代河砂后對(duì)混凝土各項(xiàng)性能的影響進(jìn)行研究，以探討采用人工砂后對(duì)混凝土工作性能的改善作用及采用人工砂混凝土的可行性。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步形成人工砂混凝土配合比優(yōu)化調(diào)整方案，以實(shí)現(xiàn)兼顧混凝土工作性能和經(jīng)濟(jì)性的目的[3]。

1　試驗(yàn)原材料及試驗(yàn)設(shè)備

1.1試驗(yàn)原材料

（1）水泥 (C)：襄陽(yáng)華新 P·O42.5 水泥，比表面積360m2/kg，28d 抗壓強(qiáng)度 51.2MPa。

（2）礦粉 (BFS)：慧可 S95 級(jí)，流動(dòng)度比 102%，7 天活性指數(shù) 80%，28 天活性指數(shù) 99%。

（3）粉煤灰 (FA)：襄陽(yáng)天健Ⅱ級(jí)粉煤灰，細(xì)度 17.3%，需水量比 102%。

（4）人工砂 (S1)：分別選取細(xì)度模數(shù)為 2.2、2.8 及 3.2三種不同破碎規(guī)格產(chǎn)品，MB 值 1.25。

（5）天然砂：江砂 (S2) 細(xì)度模數(shù)為 1.7，河砂 (S3) 細(xì)度模數(shù)為 3.1。

（6）碎石 (S)：5～25mm 連續(xù)級(jí)配。

（7）外加劑 (PC)：西卡聚羧酸減水劑，含固量 19%。

1.2人工砂及天然砂篩分結(jié)果

各類砂的篩分結(jié)果見(jiàn)圖 1～5。

圖1　細(xì)度 2.2 人工砂篩分曲線

圖2　細(xì)度 2.8 人工砂篩分曲線

圖3　細(xì)度 3.2 人工砂篩分曲線

圖4　細(xì)度 1.7 江砂篩分曲線

圖5　細(xì)度 3.1 河砂篩分曲線

根據(jù)篩分結(jié)果，上述人工砂均不滿足 JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)》中混凝土用砂顆粒級(jí)配區(qū)間，使用過(guò)程中宜進(jìn)行顆粒級(jí)配優(yōu)化。

1.3試驗(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)方法

（1）混凝土的制備、坍落度與擴(kuò)展度測(cè)定方法，均按照GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。成型試塊在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后，分別測(cè)定其 3d、7d、28d 抗壓強(qiáng)度。

（2）混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)采用英國(guó) ELE ADRAuto-3000全自動(dòng)多功能混凝土力學(xué)試驗(yàn)機(jī)。

2　單摻人工砂情況下的應(yīng)用試驗(yàn)

試驗(yàn)就單摻人工砂作為混凝土中細(xì)集料直接使用，以探明人工砂在未經(jīng)處理情況下直接使用的可行性。

由于人工砂細(xì)度模數(shù)不同，故在膠凝材料及用水量一定的情況下，通過(guò)調(diào)整砂率和外加劑摻量使混凝土得到相同的出機(jī)狀態(tài)[4]?；炷猎囼?yàn)配合比及性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表 1。

由表 1 試驗(yàn)結(jié)果可知，在混凝土出機(jī)工作狀態(tài)基本一致的情況下，采用 2.8 細(xì)度模數(shù)人工砂其外加劑摻量最低，坍落度損失相對(duì)較小；A-1 組的人工砂較細(xì)，砂率不宜較大，混凝土整體級(jí)配不良，在外加劑摻量大幅高于 A-2 的情況下 1h坍落度損失亦非常明顯；對(duì)于 A-3，由于人工砂細(xì)度模數(shù)達(dá)到3.2，人其顆粒級(jí)配中 600μm 以下顆粒較少，故對(duì)于骨料之間的填充效應(yīng)大幅降低，應(yīng)用過(guò)程中必須加大砂率，由于人工砂含泥量亦較高，其在外加劑摻量達(dá)到 2.1% 情況下仍然坍落度損失較大[5]。由力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果可知，采用 2.8 細(xì)度模數(shù)人工砂情況下粗細(xì)骨料間的堆積效應(yīng)較好，力學(xué)性能最佳。由此，在采用人工砂單摻使用情況下，應(yīng)優(yōu)選細(xì)度模數(shù)為 2.8的人工砂產(chǎn)品。

表1　單摻人工砂的混凝土試驗(yàn)配合比及性能

3 “人工砂+天然砂”摻配條件下的人工砂應(yīng)用試驗(yàn)

目前湖北地區(qū)的人工砂較多為小廠生產(chǎn)，對(duì)于產(chǎn)品的技術(shù)控制往往達(dá)不到規(guī)范中的級(jí)配篩分要求，單獨(dú)使用人工砂往往出現(xiàn)出機(jī)坍落度小、坍落度損失大的情況，故混凝土生產(chǎn)站點(diǎn)往往采用“人工砂+天然砂”的摻配方案進(jìn)行細(xì)骨料的顆粒級(jí)配優(yōu)化以滿足使用需求[6-7]。試驗(yàn)就不同細(xì)度模數(shù)人工砂與天然砂摻配比例進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)最佳摻配方案選擇。

3.1細(xì)度模數(shù) 2.2 人工砂摻配試驗(yàn)

由于該規(guī)格人工砂細(xì)度模數(shù)較小，屬于細(xì)砂，為改善級(jí)配狀況，其宜與細(xì)度模數(shù)較大的天然砂（河砂細(xì)度模數(shù) 3.1）摻配使用。混凝土試驗(yàn)配合比及性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表 2 和圖 6。

由表 2 試驗(yàn)可知，在砂率相同的情況下隨著細(xì)骨料中天然砂摻量的提高，混凝土外加劑用量逐漸降低，B-1 中人工砂摻量最高（達(dá)到 55%），其坍落度損失最大；配合比 B-3，則由于出機(jī)狀態(tài)一致的情況下其所需的外加劑摻量較小，不利于坍落度損失的控制，故其 1h 后的坍落度損失亦較大，故生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)適當(dāng)提高外加劑摻量以優(yōu)化混凝土工作性能損失；而配合比 B-2 為較理想的級(jí)配情況對(duì)于人工砂混凝土的工作性能改善最為明顯。

表2　細(xì)度模數(shù) 2.2 人工砂摻配試驗(yàn)

圖6　配合比 B-2 工作狀態(tài)

3.2細(xì)度模數(shù) 2.8 人工砂摻配試驗(yàn)

對(duì)于細(xì)度模數(shù) 2.8 人工砂，試驗(yàn)采用其與江砂摻配方式作為混合細(xì)骨料應(yīng)用于混凝土，其配合比及性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表 3 和圖 7。

對(duì)于細(xì)度模數(shù) 2.8 的人工砂而言，隨著江砂摻入比例的提高，混凝土中外加劑用量逐漸提高。上述試驗(yàn)結(jié)果表明，采用“人工砂+天然砂”砂中的江砂摻量不宜小于 40%，此主要由于人工砂中的泥、石粉含量較高，宜采取提高江砂摻量的方式來(lái)降低其在摻配細(xì)集料中的比例[8]，同時(shí)隨著江砂摻量的提高，混凝土和易性大幅改善，并可通過(guò)提高外加劑摻量的措施來(lái)減小混凝土坍落度損失。

試驗(yàn)將配合比 C-3 中“人工砂+天然砂”方案下的混凝土骨料級(jí)配狀況與理論級(jí)配分布曲線進(jìn)行擬合（見(jiàn)圖 8），可知人工砂細(xì)度模數(shù)為 2.8，江砂摻量為 45% 時(shí)，骨料整體的級(jí)配曲線最佳。

圖8　骨料級(jí)配曲線擬合圖

3.3細(xì)度模數(shù) 3.2 人工砂摻配試驗(yàn)

當(dāng)人工砂細(xì)度模數(shù)達(dá)到 3.2 情況下，其宜與江砂摻配使用?；炷猎囼?yàn)配合比及性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表 4 和圖 9。

圖9　配合比 D-3 工作狀態(tài)

表 3　細(xì)度模數(shù) 2.8 人工砂摻配試驗(yàn)

隨著江砂摻入比例的提高，混凝土外加劑摻量亦出現(xiàn)逐漸提高的趨勢(shì)，對(duì)比配合比 D-2 與 C-3 可知，在江砂摻量一致的情況下，C-3所需的外加劑摻量較 D-3 可減少 0.13%，同時(shí) 1h 損失情況亦有所改善，即使用 2.8 人工砂的經(jīng)濟(jì)效益更佳；對(duì)于配合比 D-3，在大幅提高外加劑摻量使混凝土出機(jī)明顯泌水的情況下混凝土 1h 坍落度損失依然十分明顯，無(wú)法適應(yīng)人工砂的生產(chǎn)應(yīng)用。

4　結(jié)論

（1）人工砂顆粒級(jí)配未滿足規(guī)范要求的條件下直接應(yīng)用于混凝土，人工砂單摻作為混凝土細(xì)骨料的情況下，細(xì)度模數(shù)為 2.8 的人工砂產(chǎn)品工作性能及力學(xué)性能效果最佳。

（2）在采用“人工砂+天然砂”作為混凝土中細(xì)骨料的情況下，細(xì)度模數(shù)為 2.2 的人工砂產(chǎn)品宜采用“人工砂+河砂”摻配方案，細(xì)度模數(shù)為 2.8 及 3.2 的人工砂產(chǎn)品宜采用“人工砂+江砂”摻配方案。

（3）對(duì)于“人工砂+江砂”摻配方案，采用細(xì)度模數(shù)為2.8 人工砂產(chǎn)品，同時(shí)江砂摻量為細(xì)骨料 45% 時(shí)的應(yīng)用效果最佳。

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[通訊地址] 湖北武漢市洪山區(qū)光谷大道國(guó)際企業(yè)中心英才樓（430073）

黃勁（1981—），男，湖北武漢，碩士，工程師，主要從事混凝土配合比設(shè)計(jì)及耐久性研究。