机制砂参数对C60 混凝土性能的影响研究

2015-11-25邹小平江西省建筑材料工业科学研究设计院江西南昌330001

江西建材 2015年24期

■郭远，邹小平 ■江西省建筑材料工业科学研究设计院，江西南昌 330001

天然砂资源的紧缺，利用当地的岩石资源或工程弃置的废石生产价格低廉的机制砂，已成为必不可少的替代资源。人工机制砂由于具有制备工艺简单、质量可控、取材方便等优点，替代天然河砂已经成为发展趋势。然而机制砂生产过程中，由于制备工艺控制不当，不可避免的会产生大量的石粉，机制砂原砂的石粉含量高达10%～20%［1］，容易导致混凝土工作性能不良，标准JGJ/T 241-2011 中规定对于≥C60 混凝土用机制砂的石粉含量应不超过5%［2］。另外容易导致机制砂颗粒级配不合理，呈现“两头大、中间小”的特点，细度模数变化大。机制砂针片状含量高，使得机制砂混凝土的流动性能变差，从而限制了机制砂混凝土的应用。

论文开展机制砂特性参数，尤其是细度模数、针片状含量、石粉含量对C60 混凝土性能的影响，确定适宜的细度模数、针片状含量含量、石粉含量范围，指导机制砂的生产。

1 原材料

水泥:海螺牌P·O42.5 级水泥，28d 抗压强度48.5MPa;粉煤灰:45μm 细度筛余18.3%，需水量比101%;矿粉:比表面积440m2/kg，流动度比100%，28d 活性指数98%。粗骨料:5～31.5mm 连续级配碎石;机制砂:2 区机制砂，编号PX1～PX8，细度模数2.5～3.5，具体性能指标见表1;河砂:中砂，细度模数2.6。外加剂:聚羧酸系缓凝高效减水剂，含固量为7.50%，减水率20%;石粉:试验采用的石粉为萍乡风选花岗岩石粉，比表面积分别为275m2/kg。

表1 机制砂的主要性能指标

2 试验方法

(1)机制砂特性指标参照GB/T 14684-2011《建设用砂》检验，其中机制砂针片状含量测试方法参照文献［3］(机制砂针片状含量的测定及对混凝土性能的影响)所述。

(2)混凝土性能试验参照GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》、GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行测试。

3 试验结果及分析

3.1 不同细度模数机制砂对混凝土性能的影响

选用PX1～PX8 机制砂，研究机制砂细度模数在3.5～2.5 时，不同细度模数机制砂对C60 混凝土性能的影响，按照C60 混凝土设计配合比进行试配，试验结果见表2。

表2 不同细度模数机制砂对C60 混凝土性能的影响

图1 细度模数对混凝土工作性能的影响

图2 细度模数对混凝土强度的影响

从表2 和图1、图2 可以看出，随着细度模数的减小，C60 混凝土的坍落度和扩展度均先增大后降低，混凝土泌水率先降低后小幅度增长，当细度模数在2.8～3.0 时，混凝土拌合物外观良好，具有良好的粘聚性，泌水率较低，混凝土工作性能最好。当细度模数大于3.0 时，机制砂中的粗颗粒较多，细颗粒较少，混凝土有点离析，粘聚性一般，泌水率略大，整体工作性能一般;而细度模数低于2.8 时，机制砂中细颗粒多，骨料比表面积增大，需要更多的浆体来包裹，此时混凝土的流动性略差，拌合物略粘，泌水率较低，混凝土工作性能也一般。砂细度模数反映其组成颗粒的整体粗细程度，影响骨料颗粒的比表面积和骨架体系的堆积空隙率［4］，对于机制砂而言，其表面棱角多，表面摩擦力较大，细度模数适中的机制砂，越有利于改善拌合物的工作性。随着细度模数的减小，C60 混凝土各龄期抗压强度均随着细度模数的减小而呈现先小幅度增大后小幅度降低的规律，总体增减幅度不大。当机制砂细度模数在2.8～3.0 时，C60 机制砂混凝土抗压强度较高。

3.2 机制砂针片状含量对C60 混凝土性能的影响

将机制砂PX5 的针片状颗粒全部筛除，然后将针片状颗粒按照含量4%、8%、12%、16%、20%、24%在机制砂的基础上进行添加(替代粒径大于1.18mm 颗粒)，得到不同针片状含量机制砂;按照设计的C60 混凝土，固定混凝土坍落度在200 ±20mm，调整用水量，研究机制砂中针片状含量对混凝土性能的影响，试验结果见表3。

表3 机制砂针片状含量对C60 混凝土性能的影响

图3 针片状含量对混凝土用水量和泌水率的影响

图4 针片状含量对混凝土强度的影响

从表3 和图3 可以看出，在固定坍落度在200 ±20mm 时，随着机制砂针片状含量增大，C60 混凝土的用水量逐步增加，这是由于机制砂针片状含量高时，机制表面较为粗糙，机制砂趋于针状，饱满度低，砂浆流动性变差，因此混凝土流动性差。同时混凝土的泌水率也随针片状含量的增大而逐渐增大，混凝土逐渐呈现黏聚性差、离析严重等现象，尤其是当针片状含量超过12%时，由于混凝土用水量的增大，自由水增多，混凝土离析严重，泌水率急速增加。从表3 和图4 可以看出，C60混凝土各龄期抗压强度呈先小幅度下降后大幅度降低的规律，尤其是针片状含量大12% 时，混凝土抗压强度急剧下降，强度下降了6.6MPa。

综合研究针片状含量对C60 混凝土工作性能和力学性能的影响，建议针片状含量控制在12%以内，混凝土的综合性能较好。

3.3 石粉含量对混凝土性能的影响

将PX5 机制砂筛分成两部分，一部分为粒径大于0.075mm 的颗粒(即纯机制砂)，另外一部分为粒径小于0.075mm 石粉作为备用，分别用3%、7%、10%、12%、15%的石粉等量取代机制砂，得到不同石粉含量的机制砂。研究石粉含量为3%、7%、10%、12%、15%对C60 机制砂混凝土性能的影响。试验结果见表4。

表4 石粉含量对C60 混凝土性能的影响

图5 石粉含量对混凝土工作性能的影响

图6 石粉含量对混凝土强度的影响

从表4 和图5 可以看出，石粉对C60 混凝土的坍落度和扩展度的影响与前面的C30 混凝土的影响规律相似，但C60 混凝土坍落度达到最大时的砂中石粉含量更低，为10%左右。当机制砂中石粉含量小于10%时，C60 混凝土的坍落度随石粉含量的增加而增加;当机制砂中石粉含量大于10%时，C60 混凝土的坍落度随石粉含量的增加而降低。且随着石粉含量的增大，混凝土的泌水率逐渐降低。当加入过量的石粉时，造成了体系里面粉体材料过多，致使整个浆体体系变得粘稠，使混凝土变粘，在石粉含量在15%时，混凝土变得很粘，严重影响混凝土的工作性能。从表4 和图6 可以看出，混凝土各龄期抗压强度随石粉含量的增加而增加;当石粉含量为15%时，混凝土的抗压强度最高;这是因为增加石粉的用量会提高胶凝材料体系中的浆体量，石粉主要产生微集料效应，一部分的石粉颗粒在水泥水化早期对Ca(OH)2和C-S-H 的形成起晶核作用，加速了熟料矿物的水化，与此同时，石粉的微小颗粒还能与C3A 水化形成水化碳铝酸钙，使得混凝土强度增大［1］［5］。

综合C60 混凝土的工作性能和力学性能，C60 机制砂混凝土的石粉含量可放宽至10%。