超细粉砂在预拌混凝土中的应用

尹正刚，刘洪刚，王自强

（1.重庆市城投混凝土有限公司,重庆 400042；2.重庆市建筑科学研究院，重庆 400020）

1 前言

砂的粗细程度按照砂的细度模数μf分为粗、中、细、特细四级，其中特细砂μf＝1.5～0.7[1]； μf<0.7的砂，我们通称为粉砂。重庆地区受到地理位置的影响，普通建筑工程一般使用特细砂或由特细砂与机制砂混合的混合砂配制混凝土。近年来，由于三峡大坝的建设，长江、嘉陵江上游两岸的水土流失的治理，以及重庆及长江上游地区建筑业的蓬勃发展，使得原本不富裕的天然砂资源日愈枯竭，尤其在久旱之后，更难找到细度模数μf≥0.7 的河砂；而重庆地区人工机制砂的细度模数一般为3.2～3.8，且级配极不合理，若在预拌混凝土中全部使用机制砂做为细骨料，混凝土的工作性能极差，而且生产成本偏高，因此利用细度模数0.5、0.6粉砂与机制砂混合生产预拌混凝土已变得较为广泛。我国已有学者成功地用粉砂配制出塌落度≥200mm , 扩展度≥600 mm, 28 d 抗压强度≥100 M Pa 的粉砂高性能混凝土[2]，然而，使用超细粉砂（细度模数0.2～0.3，0.075mm以下部分>20%）配制预拌混凝土，还没有相关的资料，笔者曾使用细度模数0.2的超细粉砂与人工机制砂混合，试验配制预拌混凝土，并成功应用于混凝土结构上，现将有关的试验及混凝土使用情况介绍如下。

2 细骨料的混合

粉砂为长江抽砂，颗粒级配及技术指标如表1，它的特点是：颗粒平均粒径小, 比表面积大, 最大的颗粒粒径为0.3mm；0.075mm筛的通过率高达21.6%，采用虹吸管法测定该粉砂的含泥量为8.6%，空隙率大。参照人工砂石粉含量的方法——亚甲蓝法进行测试，MB值为1.2，说明此砂0.075mm以下的部份绝大多数为细砂，泥土的含量较少。

图1 混合砂的级配分布图

机制砂为重庆天堂山的石灰石机制砂，颗粒级配见表1，它的特点：颗粒平均粒度偏粗，接近粗砂的上限值，含粉量较少，MB值为0.6，0.3mm以下的通过率只有14.0%，若全部使用该机制砂配制混凝土，混凝土拌合物很硬，工作性能极差，尤其在的强度等级较低的混凝土中尤为突出。

混凝土的骨料级配不仅影响到各种骨料所占的比例，还影响着水泥和水的用量，最终影响到混凝土的工作性、泵送性、经济性、孔隙率、收缩率和耐久性[3]。为了获得性能优良的混凝土，我们对C20～C50的混凝土进行不同粉砂掺量的试验，选用最优的混合方案为：C20、C25采用混合砂1，由35%的粉砂与65%的机制砂混合而成，C30、C35采用混合砂2，由30%的粉砂与70%的机制砂混合而成，C40～C45采用混合砂3，由25%的粉砂和75%的机制砂混合而成，C50采用混合砂4，由20%的粉砂和80%的机制砂混合而成，各种混合砂的级配分布如图所示。

3 其它原材料情况

1) 水泥：重庆天助水泥有限公司生产的P·O42.5R，标准稠度26.3%，细度（0.08mm筛余）0.8%，安定性合格，28d抗压强度49.6 MPa；

2) 粉煤灰：重庆华能珞璜电厂的Ⅱ级粉煤灰，细度（0.45mm筛余）：24.2%，需水量比：98.8%，烧失量：1.62%，三氧化硫含量：0.70%；

3）外加剂：采用氨萘复配的泵送剂，胶凝材料的1.6%掺入时，坍落度增加值大于140mm，砂浆减水率20.1%；

4）粗骨料：天堂产5～25mm的碎石, 表观密度2.69㎏/m3，堆积密度1365㎏/m3。压碎指标为9.3%，含泥量0.35%，针片状颗粒含量为8.2%。

4 对比试验

为了了解粉砂的掺入对混凝土的性能造成的影响，采用对比试验的方法来研究，即在C20、C30、C40、C50四个等级的混凝土中，分别加入粉砂和特细砂，混凝土的其它原材料不变，比较其工作性能、力学性能及耐久性能的变化。试验的配合比详见表2，混凝土性能对比情况详见表3。

表1 细骨料的颗粒级配

表2 C20～C50两种河砂混凝土配合比 单位：kg/m3

表3 两种河砂对混凝土性能的影响

表4 ××混凝土有限公司混凝土出厂检验强度统计表

从以上试验表明：掺入超细粉砂相对特细砂的混凝土，在拌合物工作性能、力学性能、抗渗性能方面都会造成影响。由于试验配合比是按照超细粉砂与机制砂混合的级配来设计的，在保证较好的工作性能的情况下确定的砂率，当河砂细度变粗，复合细度模数变大，细骨料的比表面积减少，混凝土需水量及浆体应该减少，或应当增加砂率，达到比表面积相同，因此，在砂率和用水量都不变的情况下，表现出超细粉砂的混凝土工作性能较好。同样，由于超细粉砂的比表面积相对于特细砂大，需要包裹的水泥浆体多，而水泥的用量是一样的，因此就会使混凝土的抗压强度及抗渗性能降低。但由于粉砂的掺入量较少（细集料的20～35%），因此对混凝土以上各种性能的影响程度不大，同样都能满足混凝土结构的要求。同时试验也表明，超细粉砂的掺入，对较高强度等级C50混凝土的抗压强度的降低较大，而对C40以下等级的混凝土影响较小，因此，此超细粉砂，控制使用在C40及以下的强度等级中，若要用于C45、C50强度等级的混凝土中，应适当增加水泥用量。

5 工程应用情况

某年，重庆地区遭遇百年不遇的特大暴雨，长江上洪水爆发，很长一段时间，根本无法取到细度模数μf≥0.7的河砂，只有少数的几艄抽砂船，在河边能吸到少量的上文所示粉砂，重庆某混凝土公司由于河砂备料不足，在迫不得已的情况下，使用上述粉砂与机制砂混合，生产C20～C40各种等级的混凝土1.8万立方，混凝土的和易性好，可泵性好；此批混凝土各等级混凝土交货检测的各项技术指标均达到设计要求，出厂检验28d强度统计如表4。通过严格的施工程序的控制，此批混凝土结构，均达到验收标准。一年以后，对此批的混凝土浇筑的结构部分进行检查，均未发现异常情况。

6 问题与讨论

首先，为控制混凝土的质量，现行标准规定凡是公称粒径小于80μm的颗粒都称为 “泥”，并对不同等级混凝土用砂石的含泥量做了限定。这些规定在砂石资源比较恶劣的地区必然限制了当地砂石资源的利用，同时提高了混凝土生产成本。但是由于对河砂采集工艺的不同，这部分“泥”对混凝土的影响是不同的，为了确定河砂中泥土的含量，本试验参照人工砂石粉含量的方法进行判断，是否有更简单、更准确的试验方法，对这部分“泥”中的有害成分进行定量的分析?需要做大量的研究工作。

其次，河砂中那部分不属于泥土的“泥”，是否可以认为是一种惰性的矿物掺合料？是否可以参照矿物掺合料的使用方法进行运用？是否还有更好的混凝土外加剂与其配合使用？还需要大量试验研究。

再次，此次混凝土的应用只是在C20～C40强度范围，而且只是对混凝土的工作性能、力学性能及抗渗透性能进行了初步的试验，要扩大此混凝土的使用面，还需在混凝土的耐久性方面进行深入的研究，尤其对其抗碳化性能、早期抗裂性能等进行细致的研究。

另外，此混凝土，由于细骨料的组成不同，为确保混凝土结构的施工质量，应采取的哪些有效的、科学的施工方法和手段进行控制？还需要一个长期的积累过程。

[1]JGJ 52-2006普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准[S]

[2]王冲，蒲心诚.粉砂高性能混凝土的研制 [J].重庆建筑大学学报 2001，（2）：77-80

[3]Steven H.Kosmatka等著，钱觉时等译.凝土设计与控制[M].重庆：重庆大学出版社，2005.

[4]JGJ/T 10-95混凝土泵送施工技术规程[S]

[5]DB50/5030-2004机制砂、混合砂混凝土应用技术规程[S]

[6]DB50/5028-2004 特细砂混凝土应用技术规程 [S]