張全貴，楊建寧，周金金，息學(xué)立

（石家莊金隅旭成混凝土有限公司，河北 石家莊 051430）

精制砂用于CL墻體C40自密實(shí)混凝土的研究和工程應(yīng)用

張全貴，楊建寧，周金金，息學(xué)立

（石家莊金隅旭成混凝土有限公司，河北 石家莊 051430）

相比一般河砂與普通機(jī)制砂，精制砂有最小的比表面積，可有效降低混凝土水膠比，用于配制自密實(shí)高性能混凝土有較大優(yōu)勢(shì)。試驗(yàn)表明，隨機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)和石粉含量的增大，混凝土工作性能表現(xiàn)為先優(yōu)后差，抗壓強(qiáng)度逐漸增大至平衡值。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，選定細(xì)度模數(shù) 2.8，石粉含量 8% 的精制砂，用于實(shí)際工程 CL 墻體設(shè)計(jì)的 C40 自密實(shí)混凝土。

精制砂；自密實(shí)混凝土；CL 墻體

0 引言

混凝土是由以水泥為主的膠結(jié)材漿體與多種不同粒徑砂石混拌均勻成型的土建工程材料。砂作為混凝土的主要原材料之一，包括天然砂和機(jī)制砂兩大類。受自然資源的限制，以河砂為主的天然砂越來(lái)越無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的混凝土生產(chǎn)需求，另外因過(guò)量地開(kāi)采天然砂源，對(duì)自然環(huán)境所造成的壓力也日益增加，因此使用機(jī)制砂替代河砂在國(guó)內(nèi)外已成為混凝土行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一種趨勢(shì)[1]。

自密實(shí)混凝土因具有十分良好的工作性、力學(xué)性能與耐久性，而被廣泛應(yīng)用于各類混凝土工程中。自密實(shí)混凝土除要求填充密實(shí)外，還要求集料均勻的懸浮在膠結(jié)材漿體中，具有不離析的施工流動(dòng)性。在自密實(shí)混凝土中集料體積分?jǐn)?shù)占60%以上，對(duì)自密實(shí)混凝土的各項(xiàng)性能起著重要的作用。與一般河砂相比，普通機(jī)制砂顆粒往往級(jí)配不良、顆粒粗糙、多棱角、表面積大、石粉含量高等不足點(diǎn)，因此，級(jí)配連續(xù)、粒型圓整、石粉含量穩(wěn)定可控的精制砂（完全有粒徑10～16mm 的石灰石制作的，廠家可調(diào)級(jí)配，級(jí)配連續(xù)，粒型圓整、石粉含量穩(wěn)定可控基本不含泥，粒型接近于立方體和球形，不同于一般的機(jī)制砂），對(duì)于配制自密實(shí)混凝土意義重大。

本文研究了利用精制砂配制 C40 自密實(shí)高性能混凝土，研究了精制砂的細(xì)度模數(shù)、石粉含量等指標(biāo)對(duì)自密實(shí)混凝土工作性能、力學(xué)性能的影響規(guī)律。

1 砂比表面積

針對(duì)混凝土集料顆粒粗細(xì)程度與比表面積關(guān)系的規(guī)律，付沛興提出了一個(gè)“比粒度”的概念。在砂細(xì)度模數(shù)指標(biāo)基本一樣的條件下，什么樣的砂比表面積最小，達(dá)到配制最密實(shí)性混凝土的要求。

在同體積情況下，球體的表面積最小，立方體其次。但真正達(dá)到接近球體外形和立方體的集料顆粒也很少，但精制砂已基本滿足?？刂票缺砻娣e的大小是配制性價(jià)比高的混凝土的關(guān)鍵，精制砂相對(duì)常見(jiàn)的河砂和一般的機(jī)制砂來(lái)說(shuō)其比表面積要小不少，對(duì)降低混凝土的水膠比有利，為配制大流態(tài)的高性能混凝土提供了許多便捷之處。

2 原材料與試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)原材料

（1）水泥：贊皇金隅水泥廠 P·O42. 5 普通硅酸鹽水泥。性能指標(biāo)如表1。

（2）礦物摻合料

粉煤灰：為西柏坡電廠F類Ⅰ級(jí)粉煤灰。依據(jù) GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》進(jìn)行檢測(cè)，其性能指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 粉煤灰技術(shù)指標(biāo) %

礦渣粉：為邢臺(tái)超巖建材的 S95 級(jí)礦渣粉，性能指標(biāo)如表3。

表3 礦渣粉性能指標(biāo)

（3）骨料

表1 水泥性能指標(biāo)

細(xì)骨料：河砂，正定河道，Ⅱ 區(qū)，細(xì)度模數(shù) 2.8；精制砂，細(xì)度模數(shù) 2.8～3.2，Ⅱ 區(qū)級(jí)配，石粉含量為 5%～12%，主要成分為 CaCO3。5mm 篩余沒(méi)有。

粗骨料：選用 5～10mm 連續(xù)級(jí)配碎石，產(chǎn)地為石家莊井陘礦區(qū)。性能指標(biāo)如表4。

（4）外加劑：選用北京金隅水泥科技生產(chǎn)的外加劑，其性能指標(biāo)如表5 所示。

表4 碎石性能指標(biāo)

表5 外加劑性能指標(biāo)

2.2 試驗(yàn)方法

（1）自密實(shí)混凝土的工作性能主要指填充性能和穩(wěn)定性。試驗(yàn)采用坍落度、擴(kuò)展度和 T500對(duì)混凝土工作性能進(jìn)行表征，以便與工地實(shí)測(cè)對(duì)應(yīng)，其他性能也已進(jìn)行，在此文中不贅述。試驗(yàn)方法參照 CCES 02—2006《自密實(shí)混凝土設(shè)計(jì)與施工指南》進(jìn)行。

（2）混凝土試件的抗壓強(qiáng)度按 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定進(jìn)行?？箟涸嚰谱靼匆螅徊扇≌駬v措施，分兩次均勻裝入試模中，中間間隔30s。成型試件橫截面尺寸為 100mm×100mm。

2.3 混凝土試配

為研究精制砂的細(xì)度模數(shù)、石粉含量對(duì)自密實(shí)混凝土的影響，設(shè)計(jì)精制砂的細(xì)度模數(shù)分布為 2.6、2.8、3.0 和 3.2，石粉含量分布為 5%、8%、12%，混凝土配比方案如表6 示，外加劑摻量根據(jù)出機(jī)狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，A0 為河砂配比。A1 到 A7是精制砂。

表6 試驗(yàn)設(shè)計(jì)混凝土設(shè)配方案 kg/m3

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 細(xì)度模數(shù)對(duì)混凝土工作性能的影響

不同細(xì)度模數(shù)的精制砂試配結(jié)果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表7。由表7 試驗(yàn)結(jié)果，用精制砂取代河砂，可配制工作性能相同的自密實(shí)混凝土，經(jīng)時(shí)擴(kuò)展度損失在控制范圍內(nèi)。對(duì)比不同細(xì)度模數(shù)的精制砂，在保持砂率不變，隨細(xì)度模數(shù)增大，混凝土擴(kuò)展度至 500mm 的時(shí)間 T500呈增加趨勢(shì)，最終擴(kuò)展度逐漸減小。細(xì)度模數(shù)達(dá)到 3.2，混凝土和易性變差，擴(kuò)展度經(jīng)時(shí)損失明顯加快。

表7 不同細(xì)度模數(shù)對(duì)混凝土工作性能的影響

3.2 細(xì)度模數(shù)對(duì)混凝土抗壓性能的影響

細(xì)度模數(shù)對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響見(jiàn)表8。由表8 知，河砂與不同細(xì)度模數(shù)的精制砂相比，精制砂各齡期抗壓強(qiáng)度均優(yōu)于河砂，分析認(rèn)為，精制砂含石粉，填充于骨料間隙，混凝土密實(shí)度增大，抗壓強(qiáng)度增大。隨精制砂細(xì)度模數(shù)增大，混凝土強(qiáng)度增大。

表8 不同細(xì)度模數(shù)砂配制的混凝土抗壓強(qiáng)度 MPa

3.3 石粉含量對(duì)混凝土工作性能的影響

石粉含量對(duì)混凝土工作性能的影響結(jié)果見(jiàn)表9。由試驗(yàn)結(jié)果，隨精制砂石粉含量增加，T500先減小后增大，擴(kuò)展度先增大后減小。當(dāng)石粉含量達(dá)到 12% 時(shí)，混凝土狀態(tài)粘稠，流動(dòng)性能明顯變差。這是因?yàn)槭圩鳛樘畛淞希商畛浠炷林械拈g隙，排擠出空隙中的自由水分，改善混凝土的工作性能。但若含量超過(guò)一定范圍，則會(huì)加大骨料比表面積，引起用水量的增加，導(dǎo)致混凝土粘稠[2]。

表9 不同石粉含量對(duì)混凝土工作性能的影響

3.4 石粉含量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

石粉含量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響結(jié)果見(jiàn)表10。由結(jié)果可知，隨石粉含量增加，混凝土強(qiáng)度逐漸增大，石粉含量為8% 基本達(dá)到平衡值。因?yàn)槭墼谒嗨^(guò)程中起晶核作用，可促進(jìn) C-S-H 和 Ca(OH)2的形成，使混凝土強(qiáng)度增大，當(dāng)所需石粉含量達(dá)到限值時(shí)，若再增加石粉用量已不能起到上述作用[3,4]。

表10 不同石粉含量配制的混凝土抗壓強(qiáng)度 MPa

4 生產(chǎn)應(yīng)用

4.1 生產(chǎn)配合比選定

綜合考慮以上混凝土試配方案，保證混凝土工作性能與力學(xué)性能，選取方案 A6 配比為生產(chǎn)配比應(yīng)用，即精制砂細(xì)度模數(shù)為 2.8，石粉含量 8%。

4.2 工程應(yīng)用

某商品房住宅工程，其中 5# 樓設(shè)計(jì)外墻所有樓層全部為CL 保溫墻體，即墻體中間加置保溫板，要求混凝土為 C40 不振搗自密實(shí)混凝土，在泵送及混凝土自落時(shí)具有良好的流動(dòng)性能，抗離析性能。CL 墻體結(jié)構(gòu)如圖6 所示。

圖6 CL 墻體結(jié)構(gòu)圖

混凝土設(shè)計(jì)為 C40 自密實(shí)免振混凝土，實(shí)際生產(chǎn)根據(jù)站內(nèi)原材情況進(jìn)行略微調(diào)整砂率和外加劑摻量，保證生產(chǎn)混凝土出廠具有良好的工作性能。澆筑現(xiàn)場(chǎng)入泵前，每車再次進(jìn)行擴(kuò)展度檢測(cè)都在 680～690mm，倒提坍落度筒 5～6s，工作性能完全滿足澆筑施工要求。拆模后的澆筑實(shí)體外觀如圖7示，填充密實(shí)，無(wú)蜂窩麻面出現(xiàn)，感官相當(dāng)漂亮。

5 結(jié)論

（1）控制比表面積是配制高性能混凝土的關(guān)鍵，相比一般河砂和普通機(jī)制砂，精制砂比表面積最小，可有效降低混凝土水膠比。

（2）級(jí)配連續(xù)、粒型圓整、石粉含量穩(wěn)定可控的精制砂可完全替代天然河砂用于配制自密實(shí)高性能混凝土，而且每車生產(chǎn)的混凝土拌合物性能相當(dāng)穩(wěn)定。

（3）精制砂的細(xì)度模數(shù)、石粉含量對(duì)混凝土的工作性能、抗壓強(qiáng)度的影響：隨精制砂細(xì)度模數(shù)和石粉含量的增大，工作性能先優(yōu)后差，抗壓強(qiáng)度增大至平衡值。

圖7 墻體外觀

[1] 陳欣聲．機(jī)制砂在商品混凝土中的應(yīng)用[J]．工程機(jī)械，2004，35(11): 74-75．

[2] 尹耿，馬保果，張風(fēng)臣，等．超細(xì)石灰石粉水泥基材料早起性能研究[J]．武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，31(4): 116-119．

[3] 楊長(zhǎng)輝，張靖，葉建雄，等．早期養(yǎng)護(hù)條件對(duì)水泥石碳硫硅鈣石型硫酸鹽腐蝕的影響[J]．土木建筑與環(huán)境工程，2010，32(2): 135-139．

[4] 劉樹華，閻培渝．石灰石粉在復(fù)合膠凝材料中的水化性能[J]．硅酸鹽學(xué)報(bào)，2008,36(11): 1401-1405．

［通訊地址］河北省石家莊市欒城竇嫗工業(yè)區(qū) 石家莊金隅旭成混凝土有限公司（051430）

張全貴（1975—），男，高工，主要研究商品混凝土的質(zhì)量管控和各種特殊混凝土及混凝土外加劑。