（山東中巖建材科技有限公司，山東 棗莊 277110）

0 引言

我國混凝土用量越來越大，天然砂資源也越來越緊張[1]。天然砂是一種地方性資源，短期內(nèi)不可再生。不少地區(qū)天然砂資源逐步短缺，導(dǎo)致其價格越來越高。在經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使下，許多地方的亂采、亂挖已造成嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。為了保護(hù)生態(tài)環(huán)境，降低混凝土的生產(chǎn)成本，采用機(jī)制砂全部或者部分替代天然砂作為細(xì)集料的趨勢明顯[2]。

然而，機(jī)制砂與天然砂相比，在粒型、顆粒級配、石粉含量等方面存在著很大的區(qū)別[3]，使用機(jī)制砂配制的混凝土在工作性能和強(qiáng)度上與天然砂相比存在一定的差異[4]。由于機(jī)制砂在生產(chǎn)過程中會導(dǎo)致其級配不如河沙合理，容易斷級配，造成在使用機(jī)制砂配制混凝土?xí)r易出現(xiàn)離析、泌水、工作性差等現(xiàn)象[5]。

本文選取兩種有代表性機(jī)制砂，通過不同母液與功能助劑復(fù)配外加劑對含粉量少、顆粒級配差、細(xì)度粗的機(jī)制砂混凝土進(jìn)行研究，分析保水型母液對機(jī)制砂混凝土的和易性、工作性能和力學(xué)性能的影響。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

試驗(yàn)用水泥為棗莊中聯(lián)生產(chǎn)“中聯(lián)”牌P.O42.5普通硅酸鹽水泥，水泥物理及力學(xué)性能見表1。

表1 水泥的物理及力學(xué)性能

試驗(yàn)用摻合料為濟(jì)寧鄒縣電廠生產(chǎn)的Ⅱ粉煤灰和山東魯碧建材有限公司生產(chǎn)的S95級礦粉，其主要性能指標(biāo)如表2、表3。

表2 粉煤灰的主要性能指標(biāo)

表3 S95級礦粉的主要性能指標(biāo)

試驗(yàn)選用兩種代表性機(jī)制砂。1#是濕法生產(chǎn)水洗機(jī)制砂，石粉含量1.9%，MB值0.25%，細(xì)度模數(shù)3.31；2#是干法生產(chǎn)機(jī)制砂，石粉含量9.2%，MB值0.85%，細(xì)度模數(shù)2.54。機(jī)制砂篩余指標(biāo)見表4，機(jī)制砂級配曲線見圖1。

表4 機(jī)制砂篩余指標(biāo)

圖1 機(jī)制砂級配曲線圖

試驗(yàn)用石子選用棗莊中聯(lián)自產(chǎn)的石子，含泥量小于0.5%，公稱粒徑為5～20mm和16～31.5mm的碎石，其中5～20mm與16～31.5mm碎石的比例為6:4。

試驗(yàn)用減水劑選用山東中巖自產(chǎn)的聚羧酸減水劑。由通用型減水母液HL-700（含固量40%，減水率≥35%）、緩釋型母液SR-3（含固量50%，減水率≥18%）、保水型母液BA-1（含固量40%，減水率≥30）復(fù)配而成。

其他功能助劑包括：葡萄糖酸鈉（PN）、日本竹本油脂AE-220引氣劑(YQ)、日本竹本油脂AFK-2消泡劑(XP)、泰安瑞泰水溶性10W粘度纖維素(XWS)。

1.2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)適配混凝土強(qiáng)度等級為C30，用砂為純機(jī)制砂，砂率為42%，減水劑摻量為1.0%。具體配合比見表5。

表5 混凝土配合比(kg/m3)

新拌和混凝土的坍落度、擴(kuò)展度、含氣量的測定按照GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。混凝土3d、7d、28d的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)參照GB/T 50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

機(jī)制砂混凝土硬化前的性能主要涉及混凝土稠度、和易性、可塑性、可加工性等，其中，和易性不僅表示混凝土澆灌成型的難易程度，也表示混凝土抵抗材料分層離析的能力，是滿足混凝土施工過程的硬性條件。本文把混凝土和易性和工作性能作為混凝土性能評價指標(biāo)，通過不同外加劑的復(fù)配找出適合該混凝土的外加劑配比，要求其出機(jī)坍落度在200～220mm、1h坍落度損失≤20mm，2h坍落度損失≤40mm，混凝土不泌水、不露石，和易性好為最優(yōu)。

2.1 使用1#機(jī)制砂混凝土減水劑試配試驗(yàn)

由于 1#機(jī)制砂含粉量低，粗顆粒較多，且級配不太合理，使其很容易泌水、離析，和易性差。為了解決此問題，通過聚羧酸母液與功能助劑復(fù)配使混凝土達(dá)到良好的和易性。減水劑復(fù)配配比見表6，1#機(jī)制砂混凝土拌合物工作性能與強(qiáng)度見表7，不同減水劑配比經(jīng)時坍落度損失見圖2所示。

表6 1#機(jī)制砂混凝土減水劑復(fù)配配比表

根據(jù)表7，由H1可知，由于1#濕法生產(chǎn)水洗機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)較大、含粉量少、顆粒形態(tài)不佳，使用通用減水母液與緩釋母液復(fù)配現(xiàn)有的膠材量不足以包裹粗砂顆粒和石子，混凝土的保水性不好，出機(jī)混凝土放置幾分鐘后易泌水、無包裹性，和易性差，導(dǎo)致流動度不佳，且混凝土強(qiáng)度也較低。

表7 1#機(jī)制砂混凝土拌合物工作性能與強(qiáng)度

為了提高其和易性、防止泌水，使用速溶型纖維素進(jìn)行保水增稠，由試驗(yàn)H2、H3、H4可知，隨著纖維素用量的下降，混凝土的坍落度和擴(kuò)展度都有所增加，且混凝土的和易性也較不加纖維素的要好，混凝土強(qiáng)度也優(yōu)于H1。由此可以看出，為保證混凝土有良好的和易性及工作性，加入一定量的纖維素進(jìn)行保水增稠是可行的。

但是纖維素的用量需要進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)，找到母液與纖維素的平衡點(diǎn)，以達(dá)到混凝土和易性良好且不泌水的狀態(tài)，這樣做會增加工作量，且外加劑成本也會增加。因此，本文在減水劑復(fù)配中使用BA-1保水型母液，其減水率約為HL-700的80%，不易泌水且有一定的保水效果，能很好解決混凝土的泌水、和易性差的問題。如試驗(yàn)H5所示，BA-1等量替代HL-700后，混凝土的出機(jī)坍落度和擴(kuò)展度與加纖維素的H4相差不大，保坍性能優(yōu)于H4，混凝土強(qiáng)度最高，且不加纖維素能夠降低母液用量從而降低外加劑的復(fù)配成本。

由圖2可知，試驗(yàn)H1、H2、H3試配混凝土的出機(jī)坍落度不滿足混凝土工作性能指標(biāo)，1h、2h坍落度損失均不滿足要求，試驗(yàn)H4出機(jī)狀態(tài)與1h坍落度損失滿足試驗(yàn)要求，但是2h坍落度損失＞40mm。試驗(yàn)H5所有指標(biāo)滿足要求，是最優(yōu)減水劑配合比。

圖2 1#機(jī)制砂不同減水劑配比經(jīng)時坍落度損失

2.2 使用2#機(jī)制砂的混凝土減水劑試配試驗(yàn)

2#機(jī)制砂含粉量高，細(xì)度模數(shù)低，級配較1#合理，在混凝土試配過程中，和易性好，不會出現(xiàn)泌水、露石等現(xiàn)象，但是保坍性不佳。與1#砂不同，對于2#砂，主要考慮其經(jīng)時坍落度損失。減水劑復(fù)配配比見表8，2#機(jī)制砂混凝土拌合物工作性能與強(qiáng)度見表9，不同減水劑配比經(jīng)時坍落度損失見圖3。

表8 2#機(jī)制砂混凝土外加劑復(fù)配配比表

由表9和圖3可以看出，對于含粉量較多、細(xì)度較細(xì)的干法生產(chǎn)的機(jī)制砂保水型母液效果與通用減水母液相差不大。通過試驗(yàn)H8與H6對比，混凝土初始與1h拌合物工作性能均滿足技術(shù)要求，但是H6試驗(yàn)2h坍落度損失＞40mm。通過試驗(yàn)H8與H7對比，混凝土各指標(biāo)均滿足要求，但是H8減水劑材料成本對比H7更低，更具有性價比。

表9 2#機(jī)制砂混凝土拌合物工作性能與強(qiáng)度

圖3 2#機(jī)制砂不同減水劑配比經(jīng)時坍落度損失

3 結(jié)論

1）對于濕法生產(chǎn)的水洗機(jī)制砂，由于細(xì)度粗、含粉少、顆粒級配不佳且質(zhì)量不穩(wěn)定，使用保水型聚羧酸母液替代纖維素等增稠保水助劑可以解決機(jī)制砂混凝土泌水、離析問題，提高和易性，大幅度改善混凝土的狀態(tài)，且降低外減水復(fù)配材料成本。

2）對于干法生產(chǎn)的機(jī)制砂，其細(xì)度細(xì)、含粉量較高、顆粒級配較好，混凝土的和易性較好，使用保水型母液對比通用減水母液具有更好的混凝土狀態(tài)，同時也能降低減水劑復(fù)配材料成本。