于新榮李從波詹鎮(zhèn)峰寧成晉（佛山市鴻獅混凝土有限公司；廣州大學(xué)土木工程學(xué)院）

礦物摻和料對(duì)機(jī)制砂高強(qiáng)高性能混凝土影響的研究

于新榮1李從波2詹鎮(zhèn)峰2寧成晉2
（1佛山市鴻獅混凝土有限公司；2廣州大學(xué)土木工程學(xué)院）

本文研究了礦物摻和料對(duì)機(jī)制砂高強(qiáng)高性能混凝土坍落度、擴(kuò)展度、倒流時(shí)間和抗壓強(qiáng)度等性能的影響。結(jié)果表明：當(dāng)復(fù)摻礦粉和粉煤灰，礦粉占膠凝材料的9.7%，粉煤灰占膠凝材料的9.1%時(shí)，機(jī)制砂混凝土工作性能最佳，坍落度和擴(kuò)展度分別為225mm和575mm，倒流時(shí)間降低到8s，，且強(qiáng)度滿(mǎn)足要求，可以解決低石粉含量高強(qiáng)機(jī)制砂混凝土工作性和泵送性不能滿(mǎn)足高性能混凝土的問(wèn)題。

機(jī)制砂；高強(qiáng)高性能混凝土；摻和料

1　引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和基礎(chǔ)建設(shè)的飛速發(fā)展，以及我國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，現(xiàn)有的天然砂資源已經(jīng)不能滿(mǎn)足工程實(shí)際的需要，機(jī)制砂在工程中的應(yīng)用逐年增大。機(jī)制砂則是經(jīng)過(guò)除土處理，由機(jī)械破碎、篩分制成的粒徑小于4.75mm的巖石、礦山尾礦或工業(yè)廢渣顆粒，且不包括軟質(zhì)、風(fēng)化的顆粒，由專(zhuān)門(mén)的制砂機(jī)生產(chǎn)，多數(shù)呈灰白色或黑色，一般含有10%～15%左右的石粉 （粒徑小于75um的巖石顆粒），粒形多呈三角體或方矩體，表面粗糙［1］。機(jī)制砂有級(jí)配差，細(xì)度模數(shù)大，表面粗糙有棱角、含有石粉等特點(diǎn)。機(jī)制砂的特性對(duì)于混凝土的工作性和力學(xué)性能有重要影響。礦物摻和料是配制高強(qiáng)高性能混凝土的重要材料，對(duì)礦物摻和料對(duì)機(jī)制砂高強(qiáng)高性能混凝土影響的研究，對(duì)配制機(jī)制砂高強(qiáng)高性能混凝土有重要的意義。

2　原材料

2.1 水泥

試驗(yàn)用的水泥來(lái)自珠江水泥廠(chǎng)的P.O.42.5R水泥。

2.2 機(jī)制砂

機(jī)制砂來(lái)自廣東省梅州市茅山采石場(chǎng)生產(chǎn)的機(jī)制砂。石粉含量為3.5%；試驗(yàn)測(cè)得機(jī)制砂的表觀密度為2670kg/m3，松散堆積密度為1620kg/m3，空隙率為35%，MB值為1.3。

2.3 碎石

試驗(yàn)用的碎石為5～25mm的連續(xù)級(jí)配碎石。

2.4 礦物摻和料

⑴礦粉：試驗(yàn)用的礦粉的主要性能如表1所示：

表1　礦粉主要化學(xué)成分和性能

⑵粉煤灰：試驗(yàn)用的粉煤灰的主要性能如表2所示：

表2　粉煤灰性能檢測(cè)結(jié)果

⑶聚羧酸高性能減水劑：廣州西卡公司生產(chǎn)的粉劑。

3　試驗(yàn)方案及配合比

⑴混凝土配合比參數(shù)為：水膠比為0.30，砂率為37%，減水劑為0.2%，高性能機(jī)制砂混凝土配合比為：膠結(jié)料：機(jī)制砂：碎石：水：減水劑=517：648：1103：155：1.034（單位：kg/m3）。膠結(jié)料為水泥、粉煤灰和礦粉。試驗(yàn)時(shí)膠結(jié)料保持總量，按設(shè)計(jì)確定水泥、粉煤灰和礦粉的質(zhì)量。

⑵混凝性能試驗(yàn)

混凝土拌合后，測(cè)試混凝土拌合物的坍落度、擴(kuò)展度等混凝土拌合物性能。澆模，并且在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件后，待到達(dá)齡期后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試。

4　試驗(yàn)結(jié)果與分析

為配制價(jià)格低廉的高強(qiáng)高性能機(jī)制砂混凝土，本文研究了單摻不同礦粉、粉煤灰及混合礦粉和粉煤灰作摻和料的機(jī)制砂混凝土的工作性能以及強(qiáng)度影響規(guī)律，試驗(yàn)結(jié)果如表3和圖1至圖4所示：

從表3和圖1中可以看出，在粉煤灰用量為零，單摻礦粉時(shí)，隨著礦粉從0增加到97kg時(shí)，混凝土的坍落度和擴(kuò)展度呈增加的趨勢(shì)，坍落度從180mm增加到220mm，擴(kuò)展度從490mm增加到580mm，工作性能越來(lái)越好。隨著礦粉的增加，混凝土的倒流時(shí)間從8s增加到15s，混凝土泵送性能較沒(méi)有摻加礦粉時(shí)有所下降。從圖2中可以看出，隨著礦粉的增加，機(jī)制砂混凝土的7d和28d抗壓強(qiáng)度都有所下降，但變化幅度不大，7d和28d強(qiáng)度分別維持70MPa和84MPa左右，均滿(mǎn)足C60高強(qiáng)高性能混凝土對(duì)強(qiáng)度要求。

表3　礦物摻和料對(duì)機(jī)制砂混凝土工作性和強(qiáng)度的影響

圖1　單摻礦粉的機(jī)制砂混凝土工作性能

圖2　單摻礦粉的機(jī)制砂混凝土強(qiáng)度

從表3和圖3中可以看出，在礦粉用量為零，粉煤灰摻量從0增加到60kg時(shí)，即單摻粉煤灰時(shí)，混凝土的坍落度和擴(kuò)展度呈增加趨勢(shì)，坍落度從180mm增加到215mm，擴(kuò)展度從490mm增加到570mm，均滿(mǎn)足高性能混凝土的要求。然而，當(dāng)粉煤灰摻量增加到60kg時(shí)，混凝土出現(xiàn)泌水現(xiàn)象，混凝土流動(dòng)性下降，混凝土拌和物倒流時(shí)間為12s，泵送性能也稍微變差。從圖4中可以看出，單摻粉煤灰時(shí)，機(jī)制砂混凝土強(qiáng)度，7d強(qiáng)度變化不是很大，維持70MPa左右，28d強(qiáng)度相對(duì)于沒(méi)有摻加粉煤灰時(shí)降低了3.7MPa，均滿(mǎn)足C60高強(qiáng)高性能混凝土對(duì)強(qiáng)度的要求。

圖3　單摻粉煤灰的機(jī)制砂混凝土工作性能

圖4　單摻粉煤灰的機(jī)制砂混凝土強(qiáng)度

當(dāng)混合礦粉和粉煤灰，分別為50kg和47kg加入混凝土當(dāng)中，混凝土坍落度和擴(kuò)展度好，分別為225mm和575mm，混凝土的倒流時(shí)間減低到8s，泵送性能及工作性能均很好，強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。主要是因?yàn)榛旌系V粉和粉煤灰后，使得體系中的各粒徑的顆粒級(jí)配更加合理，并且礦物摻合料產(chǎn)生的微集料填充效應(yīng)，可以降低了粉體材料的空隙，改善其流動(dòng)度，從而起到了對(duì)混凝土和易性的改善作用。同時(shí)，在混凝土中混合礦粉和粉煤灰作摻和料時(shí)，可以產(chǎn)生復(fù)合交互效應(yīng)。在水化過(guò)程中可以相互激發(fā)產(chǎn)生復(fù)合膠凝效應(yīng)，在復(fù)合膠凝體系中，水泥熟料最先進(jìn)行水化，生成CSH和CH，其中的CH和水泥中的石膏可對(duì)礦粉、粉煤灰的水化起激發(fā)作用。且因礦粉水化活性、表面能較粉煤灰大，故其反應(yīng)速度快，可以幫助 CSH凝膠的增加，且礦粉析出的Ca2+對(duì)粉煤灰顆粒周?chē)腃SH凝的形成起促進(jìn)作用，由于粉煤灰顆粒中的鋁、硅相的溶解，能夠使得水化液相中的鋁、硅濃度增加且能增加礦粉的水化過(guò)程。因此，混合礦粉和粉煤灰作摻和料，使得混凝土形成更加密實(shí)的結(jié)構(gòu)，起到改善機(jī)制砂混凝土的力學(xué)強(qiáng)度的作用。

綜上所述，通過(guò)礦物摻和料對(duì)機(jī)制砂混凝土工作性和強(qiáng)度影響的研究，發(fā)現(xiàn)礦粉和粉煤灰復(fù)摻技術(shù)，可以解決低石粉含量高強(qiáng)機(jī)制砂混凝土工作性差的問(wèn)題。即當(dāng)混合礦粉和粉煤灰分別為50kg和47kg（礦粉占膠凝材料的9.7%，粉煤灰占膠凝材料的9.1%）加入混凝土當(dāng)中，此時(shí)機(jī)制砂混凝土工作性能最佳，坍落度和擴(kuò)展度分別為225mm和575mm，混凝土的倒流時(shí)間降低到8s，泵送性能很好，且強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。由于礦粉和粉煤灰價(jià)格低廉，礦粉和粉煤灰復(fù)摻技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行。

5　結(jié)語(yǔ)

⑴單摻礦粉時(shí)，混凝土的坍落度和擴(kuò)展度分別可達(dá)到220mm和580mm，工作性能好，但是倒流時(shí)間為15s，機(jī)制砂混凝土的泵送性能一般；單摻粉煤灰時(shí)，混凝土的坍落度和擴(kuò)展度分別可達(dá)到215mm和570mm，倒流時(shí)間12s，機(jī)制砂混凝土泵送性能一般，但當(dāng)粉煤灰用量超過(guò)60kg（超過(guò)膠凝用量11.6%）時(shí)，混凝土開(kāi)始出現(xiàn)泌水現(xiàn)象。

⑵礦粉和粉煤灰復(fù)摻技術(shù)，可以解決低石粉含量高強(qiáng)機(jī)制砂混凝土工作性和泵送性不能滿(mǎn)足高性能混凝土的問(wèn)題。即當(dāng)混合礦粉和粉煤灰分別為50kg和47kg（礦粉占膠凝材料的9.7%，粉煤灰占膠凝材料的9.1%）加入混凝土當(dāng)中，此時(shí)機(jī)制砂混凝土工作性能最佳，坍落度和擴(kuò)展度分別為225mm和575mm，混凝土的倒流時(shí)間降低到8s，泵送性能很好，且強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。由于礦粉和粉煤灰價(jià)格低廉，礦粉和粉煤灰復(fù)摻技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行。

［1］陳家垅.人工砂一新型建筑用砂 ［J］.新型建筑材料，2002 （6）：31-33.