張春妮 （廣州建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測(cè)中心有限公司，廣東 廣州 510000）

混凝土行業(yè)發(fā)展速度越來(lái)越快，砂石集料發(fā)生了改變，天然砂數(shù)量逐漸減少，現(xiàn)已逐漸被人工砂所替代。人工砂主要指的是母巖被機(jī)械破碎成直徑5mm的巖石顆粒，母巖在破碎后存在粒徑小于0.16mm 的顆粒，主要由礦物質(zhì)成分組成，與母巖自身性質(zhì)相同。在相關(guān)研究過(guò)程中，人工砂中石粉可以發(fā)揮出填充效果，此過(guò)程可以改善人工砂顆粒配比，優(yōu)化水泥砂漿自身的和易性。但如果人工砂的比例控制不合理，容易降低其物理力學(xué)性能及耐久性，密實(shí)度方面也會(huì)下降，嚴(yán)重影響人工砂漿的使用效果。當(dāng)前我國(guó)針對(duì)水工混凝土中石粉含量允許范圍需要控制在6%~18%之間，以此確保人工砂可以被有效利用。

1 人工砂簡(jiǎn)介

根據(jù)國(guó)家相關(guān)規(guī)定，在通過(guò)除土處理后的機(jī)制砂和混合砂都可被稱(chēng)為人工砂。其中，機(jī)制砂主要指的是機(jī)械破碎后，利用篩分方式將粒徑控制在4.75mm以下的巖石顆粒，其中不能含有軟質(zhì)巖和風(fēng)化巖石顆粒。

混合砂主要指的是機(jī)制砂和天然砂混合成為一種砂體。混合物砂體在配比方面未做出規(guī)定，只要滿足混凝土各項(xiàng)性能需要即可。在混合砂應(yīng)用后，需按照人工砂技術(shù)要求和檢驗(yàn)方法對(duì)其自身性能做出檢驗(yàn)分析[1]。

2 試驗(yàn)方法

2.1 原材料的選擇

原材料主要包括人工砂、石粉、水泥等，其中，人工砂需要選擇水電站工程或者混凝土系統(tǒng)生產(chǎn)的人工砂，石粉含量需要控制在15%左右，在配比方面需要依據(jù)基準(zhǔn)砂標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)人工水洗或者石粉配置，將其控制在不同的石粉含量階段，不同的石粉含量人工砂在物理性能方面的參數(shù)如表1所示。

石粉需要選擇某個(gè)水電站或者混凝土系統(tǒng)生產(chǎn)的人工砂，篩分后顆粒直徑應(yīng)該控制在0.16mm左右。水泥應(yīng)選擇熱硅酸鹽水泥，此類(lèi)水泥的物理力學(xué)性能如表2所示。

表2 熱硅酸鹽水泥物理力學(xué)性能

石粉（人工砂）、水泥化學(xué)成分如表3所示。

表3 石粉（人工砂）、水泥化學(xué)成分/%

2.2 試驗(yàn)方法

在不同的石粉含量方面，水泥砂漿配合比如表4所示，在表格中可以看出整體標(biāo)準(zhǔn)按照水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)做出分析，在分析過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，砂漿在攪拌后需要進(jìn)行振實(shí)和養(yǎng)護(hù)操作。如果選擇利用NLD-3型水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)量操作，需要按照相關(guān)規(guī)范方法進(jìn)行水泥砂漿流動(dòng)度的分析，在實(shí)際分析過(guò)程中對(duì)砂漿凝結(jié)時(shí)間使用儀器進(jìn)行測(cè)定分析，針對(duì)砂漿凝結(jié)時(shí)間裝置在規(guī)格40mm×40mm×160mm的試件上進(jìn)行試驗(yàn)。在水泥砂漿養(yǎng)護(hù)1d 后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)操作，后續(xù)針對(duì)各個(gè)階段的水泥砂漿抗折強(qiáng)度做出分析，同時(shí)還可以針對(duì)干縮率做出試驗(yàn)操作分析[2]。對(duì)于壓力試驗(yàn)而言，需使用YAW-300型壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)操作，在試驗(yàn)操作過(guò)程中可以有效明確砂漿干縮后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，此時(shí)干縮后的試件尺寸暫未發(fā)生變化，兩端預(yù)埋金屬均成功脫模，后被放入養(yǎng)護(hù)室內(nèi)，在溫度和濕度方面也做出了有效控制，后續(xù)針對(duì)不同的時(shí)間可以對(duì)試件的尺寸做出記錄。在抗?jié)B性試驗(yàn)方面主要按照水工混凝土的試驗(yàn)規(guī)范進(jìn)行分析，在實(shí)際分析過(guò)程中試件需要將尺寸控制在70mm×80mm×30mm，整體形狀需呈現(xiàn)出圓錐體，養(yǎng)護(hù)一個(gè)月后，可選擇使用水泥抗?jié)B設(shè)備對(duì)其進(jìn)行具體的抗?jié)B試驗(yàn)操作。

表4 不同石粉含量人工砂配制的水泥砂漿配合比表

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 流動(dòng)度的影響

針對(duì)不同的石粉含量對(duì)水泥砂漿流動(dòng)速度做出分析對(duì)比，可以看出石粉越多流動(dòng)性會(huì)越低，石粉越少流動(dòng)性會(huì)越快，在石粉含量變化后，流動(dòng)速度也會(huì)發(fā)生一定變化。如果石粉含量可以控制在25%左右，流動(dòng)速度在升高后，直接下降至1.3mm左右[3]。形成此類(lèi)現(xiàn)象的原因是石粉顆粒逐漸降低，含量增加后，砂漿體系中顆粒會(huì)達(dá)到一定配比需求，最終發(fā)揮出填充效果，以此改善砂漿體系的顆粒配比，促使體系密度不斷增大，讓其釋放出水泥砂漿絮凝結(jié)構(gòu)的作用，此項(xiàng)工作對(duì)于砂漿流動(dòng)性具有幫助意義。除此之外，針對(duì)石粉含量方面的增加，細(xì)顆粒數(shù)量不斷提升，水泥砂漿拌合物在用水量方面就會(huì)增加，促使砂漿流動(dòng)性逐漸降低。在石粉含量較小的情況，填充效應(yīng)會(huì)占據(jù)一定優(yōu)勢(shì)，在砂漿流動(dòng)性不斷增大后，其自身水分含量會(huì)不斷提升，因此砂漿的流動(dòng)性會(huì)不斷下降。

3.2 凝結(jié)時(shí)間的影響

人工砂石粉含量對(duì)砂漿凝結(jié)時(shí)間的影響如圖1 所示。從圖1 可以看出，不同含量石粉的水泥砂漿，其凝結(jié)時(shí)間存在一定差異性，凝結(jié)時(shí)間會(huì)隨著石粉含量的升高不斷下降，石粉含量控制在10%~25%的情況下，會(huì)隨著幅度減少變得逐漸緩慢。其主要原因是石粉含量的增加會(huì)造成砂漿中細(xì)顆粒數(shù)量的不斷增加，在拌合后用水量和水泥用量均未發(fā)生變化時(shí)，水泥砂漿中顆粒平均間距會(huì)不斷下降，此時(shí)對(duì)于水泥而言是更為有利的一種初凝結(jié)構(gòu)需求，因此會(huì)降低凝結(jié)時(shí)間。除此之外，石粉自身的主要成分為石灰石，在細(xì)小顆粒方面可以將其作為輔助凝膠材料進(jìn)行應(yīng)用，促使水泥砂漿自身膠體比例的下降，最終縮短凝結(jié)時(shí)間。

圖1 人工砂石粉含量對(duì)砂漿凝結(jié)時(shí)間的影響

3.3 水泥砂漿強(qiáng)度的影響

不同的石粉含量在水泥砂漿不同的時(shí)間段，無(wú)論是抗折還是抗壓強(qiáng)度方面均會(huì)發(fā)生一定的變化[4]。在相關(guān)研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，石粉含量的不斷增加抗折強(qiáng)度具有一定的規(guī)律可循，呈現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)，其中石粉含量在25%的情況下，砂漿的抗壓強(qiáng)度在整體水平上會(huì)出現(xiàn)先增大后減小的現(xiàn)象，如果石粉含量達(dá)到25%，砂漿在28d的情況下，抗壓強(qiáng)度最高，整體強(qiáng)度在不斷增加后變化幅度會(huì)持續(xù)下降。

主要原因是石粉中微顆粒是輔助凝膠材料，此時(shí)部分砂漿存在水化反應(yīng)，在水化反應(yīng)結(jié)束后消耗了體系中片狀氫氧化鈣的產(chǎn)物，最終生成了水化碳氯酸鈣的產(chǎn)物，還降低了氫氧化鈣的含量，因此砂漿在結(jié)構(gòu)方面更加密實(shí)，此時(shí)強(qiáng)度也會(huì)不斷增加。其次，石粉含量增加后，砂漿體系中細(xì)顆粒數(shù)量也會(huì)不斷提升，有效改善了砂漿體系的顆粒配比，因此體系的密實(shí)度增加了，改變了水泥砂漿顆粒配比，在體系密實(shí)度不斷增加達(dá)到最大比值后，石粉含量如果仍然持續(xù)增加，則會(huì)呈現(xiàn)出降低密實(shí)度的情況，此時(shí)砂漿在抗折和抗壓強(qiáng)度方面又呈現(xiàn)出下降的情況。石粉含量對(duì)砂漿抗折、抗壓強(qiáng)度的影響如圖2所示。

圖2 石粉含量對(duì)砂漿抗折、抗壓強(qiáng)度的影響

3.4 干縮率的影響

不同的石粉含量會(huì)對(duì)水泥砂漿干縮率造成影響，在試驗(yàn)兩個(gè)月后，水泥砂漿干縮率會(huì)受到石粉含量的影響，但是整體影響效果較小。直至試驗(yàn)120d后，隨著石粉含量的不斷增加，水泥砂漿在干縮率方面會(huì)出現(xiàn)先增大后減少的情況，此后砂漿在干縮過(guò)程中也會(huì)不斷加大。石粉含量在20%的時(shí)候，砂漿干縮比60d 試驗(yàn)的效果更為明顯，其他試驗(yàn)時(shí)間段砂漿干縮率與兩個(gè)月試驗(yàn)周期相比，整體變化較小。形成此類(lèi)問(wèn)題的主要原因是石粉中微顆粒細(xì)化了砂漿自身的結(jié)構(gòu)，造成孔隙的縮小，毛細(xì)管中收縮力會(huì)逐漸增強(qiáng)，此時(shí)砂漿干縮力度也會(huì)不斷發(fā)生改變。除此之外，石粉會(huì)形成填充效應(yīng)，填充率發(fā)生變化后，水泥砂漿在密度方面也會(huì)產(chǎn)生變化，因此干縮率會(huì)呈現(xiàn)出不斷下降的趨勢(shì)。一般情況下，石粉含量控制在18%時(shí)，毛細(xì)管液體率會(huì)呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，此時(shí)整體效果會(huì)不斷加強(qiáng)，砂漿干縮率也會(huì)提升；但是在石粉含量超過(guò)18%后，填充效應(yīng)占據(jù)主導(dǎo)地位，但是干縮率不會(huì)發(fā)生變化。

3.5 抗?jié)B性的影響

在不同的石粉含量下水泥砂漿抗?jié)B試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。由表5可以看出，幾組水泥砂漿的不透水性系數(shù)均等于19.6MPa·h，因此不難看出在本次試驗(yàn)背景下，石粉含量對(duì)于水泥砂漿抗?jié)B性能自身的影響并不大。其主要原因是石粉含量不斷下降，如果對(duì)M-5 砂漿作出分析，可以看出內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得更為緊密，在抗?jié)B性方面可以滿足相關(guān)規(guī)范要求，此時(shí)石粉的增加會(huì)提升砂漿自身體系的密實(shí)度，最終讓其形成更為良好的抗?jié)B性能。此過(guò)程中的研究方法與前期階段的研究方法存在一定差異性，需要將其進(jìn)行區(qū)分。

表5 石粉含量對(duì)砂漿抗?jié)B性能的影響

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，人工砂漿的流動(dòng)性會(huì)隨著石粉含量的增加發(fā)生改變，只有石粉含量超過(guò)8%的情況下，石粉填充效應(yīng)才可完善骨料的配比，最終釋放出水泥砂漿絮凝作用，有效應(yīng)對(duì)流動(dòng)性。人工砂水泥砂漿在凝結(jié)時(shí)間方面，石粉含量增加，凝結(jié)時(shí)間會(huì)下降，石粉可以降低水泥砂漿里面的顆粒感，同時(shí)還可加快水泥砂漿的初凝結(jié)構(gòu)，使其小顆粒化，最終縮短凝結(jié)時(shí)間。人工砂水泥漿抗壓和抗折強(qiáng)度隨著石粉含量的不斷增加形成先增后降的規(guī)律，其中石粉含量在25%左右時(shí)，石粉會(huì)對(duì)砂漿強(qiáng)度造成影響，其中抗壓強(qiáng)度的變化較大。人工砂的石粉含量超出25%后，密實(shí)度會(huì)下降。針對(duì)人工砂漿干縮情況，石粉含量持續(xù)升高，干縮會(huì)呈現(xiàn)出先增大后減小的情況。