趙勁松

（深圳市福盈混凝土有限公司，廣東 深圳518000）

0 前言

機(jī)制砂是指巖石破碎、篩分后的機(jī)制砂，通過水洗除去砂中的石粉和泥后，再定量加入石粉而得到的穩(wěn)定機(jī)制砂。石粉適當(dāng)含量對機(jī)制砂的級配起到完善作用，機(jī)制砂的顆粒間空隙得以填充[1]，砂中所含石粉若達(dá)10%，混凝土強(qiáng)度呈降低趨勢[2]。本文研究淡化海砂與機(jī)制砂在混凝土中的使用比例及使用時對配合比的適當(dāng)調(diào)整措施。

1 混凝土材料

原材料的選擇：

選定英德所制備海螺臺泥的P.O 42.5型號水泥；深圳市媽灣電廠所制備Ⅱ級的粉煤灰；河北省唐山市盾石所制備S95級的礦渣粉；中鐵四威的RAWY101型號聚羧酸的外加劑；自來水；粗骨料：惠州5～25mm連續(xù)級配碎石；細(xì)骨料：①混合砂即淡化海砂、機(jī)制砂的比例是3∶7予以混合；②機(jī)制砂；③淡化海砂。

2 不同砂對混凝土性能相關(guān)影響

（1）以強(qiáng)度等級C30、C50為基準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)探究機(jī)制砂和淡化海砂以及淡化海砂砂與機(jī)制砂按3∶7混合而成的混合砂對混凝土性能影響，試驗(yàn)配合比如表1所示。

表1 試驗(yàn)用配合比

（2）試驗(yàn)結(jié)果。淡化海砂中摻入機(jī)制砂之后混凝土流動性下降，增加其摻量，流動性下降得也大，C30表現(xiàn)得尤為明顯，擴(kuò)展度大幅降低，C50的坍落度和擴(kuò)展度雖變化不大，流速呈下降趨勢，大部分是因機(jī)制砂表面的棱角，顆粒之間更容易搭接，會產(chǎn)生更大的摩擦力[1]，而C30膠材的用量相對較少，不能提供足夠漿體膜潤滑骨料，C50的膠材用量較大，提供的漿體足夠填充骨料間的空隙可以一定程度降低機(jī)制砂的摩擦力；混凝土容重因?yàn)閾饺霗C(jī)制砂會增加，且摻量越大增加的越多，原因是機(jī)制砂的表觀密度2630kg/m3＞淡化海砂的表觀密度2600kg/m3，伴隨機(jī)制砂實(shí)際摻量持續(xù)增長，混凝土容重變大。

C30在摻入機(jī)制砂后，增強(qiáng)其自身強(qiáng)度，增幅度是10%，大部分是因機(jī)制砂的顆粒是借助機(jī)械裝置予以破碎處理所成，其表面相對粗糙，界面新鮮，界面能較高，有助于集料與水泥石之間的粘結(jié)[2]；由圖2可知C50的混凝土抗壓強(qiáng)度變化很小，大部分是因水膠比直接影響基體及界面所在過渡區(qū)域的空隙率因數(shù)，更會對混凝土自身強(qiáng)度起決定性的作用[3]，對于C50而言，水膠比為0.36，膠材的總量為436kg/m3，在較低水膠比情況下，界面過渡區(qū)強(qiáng)度有明顯提升，混凝土中最薄弱的部分發(fā)生變化，影響強(qiáng)度的主要因數(shù)已經(jīng)不是界面過渡區(qū)，機(jī)制砂的摻入對C50抗壓強(qiáng)度的影響有限。

3 調(diào)整配比后混凝土性能情況

3.1 配合比調(diào)整

摻入混合砂配制混凝土，如果機(jī)制砂的使用率≤30%，單位的用水量等同于淡化海砂所配制混凝土；如果使用率＞30%，相比較淡化海砂所配制混凝土，單位的用水量增加約10kg。機(jī)制砂經(jīng)調(diào)整，混凝土配比用水量情況：選定機(jī)制砂70%取代率的混合砂C10～C40的配比在淡化海砂基礎(chǔ)保持膠材用量不變，水膠比上調(diào)0.02，C45～C60膠凝材料的總量維持恒定不變，水膠比提升0.01；借助機(jī)制砂100%取代率，C10～C40的配比在淡化海砂基礎(chǔ)保持膠材用量不變，水膠比上調(diào)0.03，C45～C60膠凝材料的總量維持恒定不變，水膠比上調(diào)0.02；機(jī)制砂內(nèi)部，1.18～2.36mm、2.36～4.75mm的兩級顆粒明顯變大，極大地影響著其流動性，顆粒粒級是0.15～0.3mm、0.3～0.6mm情況下，對其流動性可起到促進(jìn)作用[1]，借助機(jī)制砂配置混凝土極易有離析的泌水產(chǎn)生，機(jī)制砂內(nèi)部增加小顆粒，其總的表面積會迅速增加，導(dǎo)致其所需包裹水的數(shù)量增加，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)制砂泌水率降低，因此在配合比調(diào)整中，對于淡化海砂與機(jī)制砂混合砂，砂率較全使用淡化海砂提高0.1，使用機(jī)制砂時，砂率上調(diào)0.2。

3.2 混凝土工作性

配合比調(diào)整后，各配合比的工作性都能達(dá)到既定的設(shè)計要求，機(jī)制砂在調(diào)整水膠比和砂率后，混凝土出機(jī)坍落度和擴(kuò)展度都能達(dá)到或高于使用淡化海砂時的狀態(tài)，其中混合砂的狀態(tài)總體而言優(yōu)于使用淡化海砂和機(jī)制砂；1h后試驗(yàn)所得流動性，依然以混合砂的流動性最好，可見經(jīng)時損失淡化海砂和機(jī)制砂相差不大，混合砂的經(jīng)時損失最小，對于低強(qiáng)度現(xiàn)象尤為明顯。砂的粗細(xì)程度篩分結(jié)果表明本試驗(yàn)的淡化海砂、機(jī)制砂以及混合砂都屬于中砂，顆粒的級配都在Ⅱ區(qū)范圍內(nèi)，情況如圖1所示。

圖1 Ⅱ區(qū)砂的級配控制

從圖1可知，在三種砂中，混合砂曲線最接近控制圖中值曲線，比較于間斷分布之下混合物，分布相對均勻性混合物自身工作性優(yōu)良[3]，在一定程度上，級配優(yōu)良，表明經(jīng)顆粒大小實(shí)際比例的有效調(diào)節(jié)，能夠與最緊密的堆積狀態(tài)相接近，空隙率此時變小，對該空隙需借助膠凝材料予以少量填充，且粘結(jié)好相應(yīng)顆粒，混合砂實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證明其緊密密度為1660kg/m3比淡化海砂1620kg/m3和機(jī)制砂1650kg/m3更高，因此混合砂的工作性整體而言最優(yōu)。

3.3 混凝土抗壓強(qiáng)度

通過試配，不同強(qiáng)度等級混凝土配合比經(jīng)調(diào)整后，強(qiáng)度均能達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度要求，對于C50以下，抗壓強(qiáng)度值的順序?yàn)榛旌仙啊Ｉ啊鷻C(jī)制砂，而強(qiáng)度達(dá)到C50后，抗壓強(qiáng)度值順序變?yōu)榈Ｉ啊旌仙啊鷻C(jī)制砂，如圖2所示。

圖2 28d抗壓強(qiáng)度對比

對混凝土自身強(qiáng)度產(chǎn)生影響的相關(guān)因素即為外加劑、水膠比、凝期、水泥的強(qiáng)度、骨料品質(zhì)、施工及其養(yǎng)護(hù)條件。在一定程度上，若水膠比升高，混凝土強(qiáng)度自然降低；該機(jī)制砂所在表面粗糙切存在棱角，棱角和硬化水泥石有較好的機(jī)械嚙合力，增加混凝土強(qiáng)度，兩者之間存在平衡，在C10～C45范圍內(nèi)混合砂的機(jī)械嚙合力作用效果強(qiáng)于水膠比增加帶來的負(fù)面效應(yīng)，機(jī)制砂全取代時，水膠比的增加帶來的負(fù)面效應(yīng)有強(qiáng)于機(jī)械嚙合力增加帶來的正面效應(yīng)。對于C50～C60的混凝土，水膠比很低，水膠比稍微變化就對混凝土的強(qiáng)度有較大的影響，主要?dú)w因于界面過渡區(qū)強(qiáng)度顯著改善[3]，因此水膠比升高帶來的負(fù)面效應(yīng)遠(yuǎn)大于骨料粗超提供的強(qiáng)度富余，強(qiáng)度隨著水膠比升高而降低，另外機(jī)制砂顆粒內(nèi)部裂紋以及相互貫通的空隙，對于高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度也很不利。

通過對不同凝期中低高強(qiáng)混凝土的數(shù)據(jù)分析，混合砂和機(jī)制砂的早期強(qiáng)度較淡化海砂發(fā)展較快，7d后強(qiáng)度發(fā)展速率有所降低，根據(jù)數(shù)據(jù)繪制C10、C35、C60強(qiáng)度增長圖，如圖3所示。

圖3 強(qiáng)度增長

強(qiáng)度發(fā)展速度不同的主要原因是，骨料粒形會對新拌合混凝土自身特性、骨料和水泥漿體所在界面實(shí)際機(jī)械的嚙合力產(chǎn)生一定影響；早期的骨料，其與水化水泥的漿體會有相對較高物理的粘接作用；后期骨料，其和水泥漿體會有化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生，骨料此時所在界面結(jié)構(gòu)并不會對其強(qiáng)度產(chǎn)生較大影響[3]。

4 結(jié)論

（1）機(jī)制砂在普通配合比中可以通過適當(dāng)?shù)厣险{(diào)用水量和砂率使用。

（2）淡化海砂、機(jī)制砂還有淡化的海砂，其和機(jī)制砂依照著3∶7比例予以有效混合后，形成混合砂針對強(qiáng)度等級不同混凝土，有著不同的影響效果，C10～C45使用混合砂抗壓強(qiáng)度和工作性都優(yōu)于單一應(yīng)用淡化的海砂還有機(jī)制砂，應(yīng)用C50～C60后淡化海砂時混凝土性能更好。

（3）機(jī)制砂使用后混凝土強(qiáng)度速率在前7d發(fā)展較快高于淡化海砂，后期速率較慢。