夏志偉，陳俊，熊義俊（1.中國葛洲壩集團水泥有限公司，湖北 武漢 430040；2.中國葛洲壩集團水泥有限公司技術(shù)咨詢分公司，湖北 武漢 430040）

0 引言

隨著建筑工程行業(yè)的快速發(fā)展，天然砂資源的緊缺，機制砂逐步取代河砂，廣泛應(yīng)用于各大重點工程中[1]。由于部分地區(qū)機制砂應(yīng)用時間較短，機制砂生產(chǎn)材料、設(shè)備、工藝等多方面影響[2-4]，在實際使用中發(fā)現(xiàn)，與河砂相比，機制砂應(yīng)用于混凝土中存在質(zhì)量波動范圍大，對聚羧酸減水劑敏感性強等問題，主要表現(xiàn)在混凝土流動性差、包裹性差、容易離析泌水，外加劑摻量高，混凝土塌落度損失快等，影響了機制砂的推廣和應(yīng)用[5-6]。

本文針對不同巖性、含量和細度的機制砂石粉對聚羧酸減水劑性能影響開展試驗，研究機制砂石粉對減水劑性能的影響，從而指導(dǎo)機制砂的生產(chǎn)和混凝土減水劑類別的選用，具有一定的實際意義。

1 試驗原材料及方法

1.1 試驗原材料

水泥采用葛洲壩三峽牌PII 42.5水泥，堿含量為0.41%。粉煤灰選用華能應(yīng)城熱電有限責(zé)任公司生產(chǎn)的II級粉煤灰，細度為9.4%，燒失量為2.68%，需水量比為94%。外加劑采用中交二航新材公司生產(chǎn)的CP-J聚羧酸外加劑。機制砂為石灰?guī)r、花崗巖、玄武巖經(jīng)過水洗、破碎、整形制備而成。

1.2 試驗方法

（1）飽和點。采用水泥膠砂試驗，通過改變減水劑摻量，觀察膠砂擴展度及泌水情況，判斷聚羧酸減水劑的飽和摻量。飽和點的確認：在基礎(chǔ)摻量上每次增加0.1%～0.2%減水劑量，并重復(fù)上述操作，直至膠砂擴展度沒有變化或出現(xiàn)泌水環(huán)為止，則前一次減水劑用量為其飽和點。

（2）膠砂試驗。膠砂試驗質(zhì)量配合比：水泥=450 g，機制砂=1 350 g，水膠比為0.38。膠砂流動度試驗按照《水泥膠砂流動度測定方法》（GB/T 2419—2005）進行。

（3）保坍性能。通過測試膠砂0，30，60，90，120 min時流動度，通過變化值來表征。

（4）含氣量。采用混凝土試驗，根據(jù)GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 機制砂石粉對外加劑飽和摻量影響的研究

2.1.1 不同巖性機制砂石粉對減水劑飽和摻量影響

分別采用石灰?guī)r、花崗巖、玄武巖三種機制砂進行試驗，三種機制砂含粉量均控制在10%±0.5%，MB值控制在1.0±0.2，細度模數(shù)控制在2.8±0.2。不同巖性機制砂與三種聚羧酸減水劑進行飽和點試驗，三種聚羧酸減水劑分別為酯類減水劑（J-1）、醚類減水劑（J-2）、醚酯共聚類減水劑（J-3），數(shù)據(jù)如圖1所示。

圖1 不同巖性機制砂與聚羧酸減水劑的飽和摻量

通過圖1得知，不同巖性的機制砂與不同類型的聚羧酸減水劑的飽和摻量均不相同，玄武巖機制砂中三種減水劑的的飽和摻量均高于其他兩種機制砂，表明相同條件下，采用玄武巖機制砂，需提高減水劑的摻量來達到同等工作性能。石灰?guī)r機制砂與花崗巖機制砂中減水劑飽和點摻量均表現(xiàn)出J-1酯類減水劑的摻量最高，相比其他兩類減水劑，酯類減水劑減水率偏低，造成飽和摻量較高，但J-1酯類減水劑在三種機制砂中減水劑飽和點變化較小，表明J-1酯類減水劑對機制砂骨料巖性變化有較好的適應(yīng)性，適用于機制砂骨料來源復(fù)雜、頻繁變化的混凝土。J-2醚類減水劑在灰?guī)r機制砂與花崗巖機制砂中的飽和點摻量是最低，表現(xiàn)出高的減水率和分散性，但在玄武巖機制砂中飽和點摻量大幅提高，出現(xiàn)較大變化，表明J-2醚類減水劑適合用于石灰?guī)r和花崗巖機制砂混凝土，具有高減水率和低成本優(yōu)勢，巖性變化對J-2醚類減水劑有較大的影響，玄武巖機制砂混凝土中提高J-2減水劑摻量。J-3醚酯共聚類減水劑性能介于J-1和J-2之間。

2.1.2 不同石粉含量機制砂石粉對減水劑飽和摻量影響

選用石灰?guī)r機制砂，通過水洗分離出粒徑0.075 mm以下石粉，石粉經(jīng)過烘干處理后按照0，5%，10%，15%，20%質(zhì)量比配制成不同石粉含量的機制砂。不同石粉含量機制砂砂漿流動度隨減水劑摻量變化及聚羧酸減水劑的飽和摻量數(shù)據(jù)見圖2～7。

圖2 砂漿流動度隨J-1減水劑摻量變化

圖3 石粉含量對J-1減水劑飽和影響

圖4 砂漿流動度隨J-2減水劑摻量變化

通過圖2～7實驗結(jié)果表明，對于3種減水劑而言，隨機制砂中石粉含量的增加，減水劑的飽和點增大，混凝土中減水劑摻量逐步增大。通過砂漿流動度隨減水劑摻量變化情況看出，減水劑接近飽和點摻量時，隨著石粉含量增加，砂漿流動度變化越大，表現(xiàn)出減水劑摻量敏感性加強，摻量的細微增加就會導(dǎo)致砂漿流動度很大的變化，使得減水劑摻量可調(diào)范圍小，不利于現(xiàn)場控制。對比三種減水劑而言，J-1酯類和J-3醚酯共聚類減水劑在高石粉機制砂中流動度隨摻量變化相對較小，J-2醚類在高石粉機制砂中接近飽和摻量時流動性變化較大，表現(xiàn)出明顯的減水劑敏感性[7]。根據(jù)上述結(jié)果分析，在石粉含量較高和波動性較大的機制砂混凝土中，混凝土的流動性會隨減水劑摻量變化出現(xiàn)較大的波動，需要嚴(yán)格控制減水劑摻量及調(diào)整范圍，宜采用酯類減水劑和醚酯共聚類減水劑，降低混凝土減水劑摻量敏感性。

圖5 石粉含量對J-2減水劑飽和影響

圖6 砂漿流動度隨J-3減水劑摻量變化

圖7 石粉含量對J-3減水劑飽和影響

2.1.3 不同細度石粉機制砂石粉對減水劑飽和摻量影響

選用石灰?guī)r機制砂，通過水洗去除0.075 mm粒徑以下石粉，按照8%的質(zhì)量比，分別摻入300目、500目、700目、1000目的磨細石灰石粉。不同細度的石粉機制砂與聚羧酸減水劑的飽和點數(shù)據(jù)見圖8～9。

圖8 J-3減水劑流動度隨摻量變化

從圖8中可以看出，當(dāng)石粉細度在300～700目時，砂漿流動隨減水劑變化趨勢相近，隨著細度的增加，砂漿流動度逐步增大，主要是由于石灰石粉具有較低的需水量和減水劑吸附性[8-9]，隨著石粉細度的增加，能夠?qū)λ嗥鸬接行У奶畛渥饔?，置換出更多的自由水，提高了砂漿的流動性。當(dāng)石粉細度為1 000目時，砂漿流動性急劇降低，同時在接近飽和摻量時表現(xiàn)出明顯的減水劑摻量敏感性。

從圖9中可以看出：石粉細度對減水劑的飽和摻量點有影響，700目石粉機制砂表現(xiàn)出較低的飽和摻量，有利于降低機制砂混凝土的減水劑用量。1 000目石粉機制砂的飽和摻量大幅增加，在機制砂混凝土中需要提高減水劑摻量。

圖9 J-3減水劑流動度隨摻量變化

2.2 機制砂石粉對減水劑保坍落性能影響的研究

2.1.1 不同巖性機制砂石粉對減水劑保坍性能影響

針對三種巖性的機制砂按上述飽和點試驗所確定的J-1、J-2、J-3減水劑飽和摻量進行砂漿試驗，測試膠砂流動度的0，30，60，90，120 min時的流動度，來表征減水劑的保坍性，見圖10～12。

圖10 J-1減水劑砂漿流動度隨時間變化

圖11 J-2減水劑砂漿流動度隨時間變化

圖12 J-3減水劑砂漿流動度隨時間變化

從圖10～12減水劑砂漿流動度隨時間變化可以看出，對于同種減水劑在三種不同巖性的機制砂中均表現(xiàn)出，膠砂流動性均隨時間的增加而降低，相比石灰?guī)r機制砂、花崗巖機制砂，玄武巖機制砂膠砂流動性變化最為明顯，膠砂流動性經(jīng)時損失大；摻有J-1酯類減水劑、J-3醚酯共聚型減水劑的膠砂中，花崗巖機制砂、玄武巖機制砂、灰?guī)r機制砂均有相近的流動性損失情況；J-2醚類聚羧酸減水劑在石灰?guī)r機制砂、花崗巖機制砂流動性損失與其他兩種減水劑相近，在玄武巖機制砂膠砂組工作性損失較大。根據(jù)上述結(jié)果分析，在玄武巖機制砂混凝土中，可能表現(xiàn)出坍落度損失較大的問題，宜采用酯類減水劑，或適當(dāng)提高減水劑保坍組分。

2.1.2 不同石粉含量機制砂石粉對減水劑保坍性能影響

不同石粉含量（5%，10%，15%，20%）機制砂，按上述飽和點試驗所確定的J-3減水劑飽和點處，測試膠砂流動度的經(jīng)時變化來表征減水劑的保坍性。

由圖13砂漿流動度60min損失值可知：隨著石粉含量增加，砂漿流動度60 min損失值逐漸增大，三種減水劑保坍性能逐漸下降。石粉含量在5%～10%之間時，流動度損失值變化較小，當(dāng)石粉含量超過15%時，砂漿流動度損失值增加較快，減水劑的保坍性能大幅下降。根據(jù)上述結(jié)果分析，機制砂石粉含量超過10%時，機制砂混凝土中減水劑的保坍性可能大幅下降，需要合理控制石粉含量，及時調(diào)整減水劑的保坍組分。

圖13 J-3減水劑砂漿流動度60 min損失值

2.2.3 不同細度石粉機制砂石粉對減水劑保坍性能影響

采用不同細度的石粉按照8%的比例摻入到不含石粉的機制砂中，研究石粉細度對減水劑保坍性能的影響，見圖14。

圖14 不同細度石粉的機制砂60 min砂漿流動損失值

實驗結(jié)果表明，當(dāng)石粉細度小于等于700目時，隨著石粉含量的提高，砂漿60 min流動度損失基本不變，對減水劑的保坍性能影響較小，當(dāng)石粉細度為1 000目時，砂漿流動度60 min損失值急劇增加，減水劑的保坍性能下降。

2.3 機制砂石粉含量對減水劑引氣性能的研究

為了保證混凝土具有良好的工作狀態(tài)，通常外加劑中會復(fù)配一定量的引氣劑，采用引氣劑相同的外加劑，在保證坍落度一致的情況下，測試不同石粉含量機制砂拌制混凝土的含氣量。結(jié)果見圖15。

圖15 不同巖性機制砂混凝土含氣量

結(jié)果表明，不同巖性機制砂制備的混凝土出機含氣量差異較小，母巖類型對減水劑的引氣性能影響較小。相比而言，玄武巖機制砂混凝土1h含氣量較低，混凝土含氣量損失較大。

不同石粉含量機制砂混凝土含氣量見圖16。結(jié)果表明隨著石粉含量的增加，機制砂混凝土含氣量先增加后減小。本實驗中石粉含量在5%時減水劑引氣效果最好，但混凝土保氣性能較差，石粉含量為10%時，減水劑的引氣性能及混凝土的保氣性能較好。這主要是由于石粉含量較低時，混凝土狀態(tài)較差，容易出現(xiàn)泌水，漿體黏度低，導(dǎo)致混凝土難以引入穩(wěn)定氣泡；隨著石粉含量的增加，混凝土漿體黏度適中，引氣劑容易引入氣泡，同時混凝土具有良好的保氣性能；當(dāng)石粉含量較高時，混凝土黏度繼續(xù)增加，漿體表面張力增大，使得引氣劑很難引入氣泡，混凝土含氣量低，工作狀態(tài)差。

圖16 不同石粉含量機制砂混凝土含氣量

不同石粉含量機制砂混凝土含氣量見圖17。

圖17 不同石粉細度機制砂混凝土含氣量

圖17結(jié)果表明隨著機制砂石粉細度增加，混凝土含氣量呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢，石粉細度為500目時，減水劑的引氣性能最佳。不同細度石粉的機制砂混凝土的含氣量損失情況基本相近，對混凝土保氣性能影響較小。

上述研究表明石粉含量對引氣劑有很大影響，為保證混凝土具有適當(dāng)?shù)暮瑲饬亢土己玫墓ぷ鳡顟B(tài)，需要根據(jù)機制砂石粉含量調(diào)整減水劑中的引氣劑用量。

3 結(jié)論

（1）不同巖性的機制砂對聚羧酸減水劑的影響各不相同，玄武巖機制砂的減水劑飽和摻量最高，花崗巖機制砂飽和摻量次之，灰?guī)r機制砂飽和摻量最低。酯類與醚酯共聚型聚羧酸減水劑在不同巖性的機制砂中有相近的流動性保持能力，醚類減水劑在玄武巖機制砂的保坍性能較差。母巖類對減水劑的引氣性能影響較小，玄武巖機制砂混凝土1h混凝土含氣量損失較大。石灰?guī)r機制砂、玄武巖機制砂宜選用醚類或醚酯共聚型聚羧酸減水劑，玄武巖機制砂宜選用酯類或醚酯共聚型聚羧酸減水劑。

（2）酯類和醚酯共聚類減水劑在高石粉機制砂中流動度隨摻量變化相對平緩，醚類在高石粉機制砂中接近飽和摻量時流動度隨摻量出現(xiàn)劇烈變化，表現(xiàn)出明顯的減水劑敏感性。機制砂石粉含量超過10%時保坍性能下降較快。隨著石粉含量的增加，機制砂混凝土含氣量先增加后減小。石粉含量為10%時，減水劑的引氣性能及混凝土的保氣性能較好。在石粉含量較高和波動性較大的機制砂混凝土中，宜采用酯類減水劑和醚酯共聚類減水劑。

（3）石粉細度對減水劑的飽和摻量點有影響，700目石粉機制砂減水劑飽和摻量低。當(dāng)石粉細度小于等于700目時，機制砂石粉細度對減水劑的保坍性能影響較小，石粉細度為1 000目時，減水劑的保坍性能下降。隨著機制砂石粉細度增加，混凝土含氣量呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢，石粉細度為500目時，減水劑的引氣性能最佳，不同細度石粉的機制砂混凝土保氣性能相近。