劣质砂对混凝土性能的影响

李云超，刘建芳，史川，巩政，房启涛

（山东省建筑材料工业设计研究院，山东 济南 250022）

0 前言

随着国家发展的需要，混凝土的使用量日益增加，但自然界中的优质河砂却随着不断的开采，资源逐渐枯竭，近年来，混凝土原材料不断变差，劣质砂层出不穷。劣质砂会影响混凝土的工作性能，造成泌水、坍落度损失快等不良现象，而且可能对混凝土的外观和力学性能造成影响。

不同种类的砂所造成的影响各有不同，本文以苏北地区典型的三种劣质砂为例，对比分析了其对混凝土性能的影响。

1 试验

1.1 原材料

水泥：P·O42.5 水泥，比表面积 350m2/kg，标准稠度用水量 26.2%，初凝时间 150min，终凝时间200min。 粉煤灰：Ⅱ 级粉煤灰，比表面积 325m2/kg。减水剂：安徽中铁工程材料科技有限公司 R-101 型聚羧酸高性能减水剂，固含量 20%。粗骨料：5～16mm 及16～25mm 两种级配玄武岩碎石。细骨料：赣江砂（空白组Ⅰ）；骆马湖砂（Ⅱ）；沂河砂（Ⅲ）。各类砂的基本特性见表 1，级配见表 2。

1.2 试验方法

按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》中的坍落度与坍落扩展度法测定混凝土版何物的坍落度达到 (210±10)mm 时所需要的减水剂掺量。以及同等掺量下，测量混凝土的坍落扩展度及1h 经时损失。后期测试混凝土的抗压强度。试验配合比 C30 混凝土配合比见表 3。

表 1 各类砂的基础特性

表 2 筛分级配

表 3 混凝土配合比 kg/m3

2 试验结果

2.1 对聚羧酸系高性能减水剂掺量的影响

表 4 不同砂对减水剂掺量的影响

表 4 对比了使用三种不同砂的情况下，混凝土坍落度达到 (210±10)mm 时所需要的减水剂掺量。

由表 4 可以看出：赣江砂的减水剂掺量最低，沂河砂及骆马湖砂依次增高。根据表 1 可以看出，骆马湖砂的含泥量仅为 1.7%，要远小于沂河砂的 3.1% 含泥量，但是其减水剂掺量却大于沂河砂，主要原因为骆马湖砂中含有蒙脱土成份，对聚羧酸系高性能减水剂有着较大的吸附能力，所以影响了减水剂的减水效果。

2.2 对混凝土坍落度的影响

通过调整减水剂的掺量使混凝土拌合物的初始坍落度均在 (210±10)mm，且混凝土工作性能合适的情况下，对比使用不同砂子的混凝土 15min、30min、60min的经时坍落度损失情况，如表 5 所示。

表 5 不同种类砂对混凝土坍落度损失的影响

由表 5 可以看出：赣江砂混凝土的经时坍落度损失最低 1h，损失仅为 20mm，且无论混凝土静置或是持续慢速搅拌，其混凝土坍落度损失保持一致；骆马湖砂混凝土的损失最快，说明蒙脱土对减水剂的吸附能力远超于普通的泥粉，且蒙脱土的吸附特点为初始吸附量大，且吸收迅速，15min 内混凝土即失去工作性；沂河砂拌制混凝土在静置情况下，经时坍落度损失较小，基本可以保证工作性能，但在搅拌过程中损失极快，这是因为沂河砂中存在着较多的风化岩，其特点就是易搅碎，在持续搅拌过程中会被打碎形成类似泥粉的状态，新生的泥粉会大量吸附减水剂有效成分和自由水，这就导致了混凝土坍落度急剧损失。

2.3 对混凝土力学性能的影响

砂的含泥量和坚固性会影响到混凝土的力学性能，表 6 给出不同种类的砂拌制的混凝土强度。

表 6 不同种类砂对混凝土强度的影响（C 30）

由表 6 可以看出：骆马湖砂含有蒙脱土，虽然对混凝土的工作性能有较大的影响，但是对其强度影响较小；而沂河砂其强度明显低于其他两种类型的砂，因为其风化岩以及较高的含泥量影响了混凝土的强度。

3 结论和讨论

（1）混凝土对减水剂的需求量不能单从砂的含泥量的高低来判定，其泥粉的矿物种类也有很大影响，这里只对比了较为典型的蒙脱土，还有石英、云母及高岭石等不同种类的矿物，这些矿物种类对减水剂的需求量有很大的影响。在本文中对比的劣质砂，含泥量较低的骆马湖砂对减水剂的需求量最高。

（2）不同种类砂拌制的混凝土对减水剂需求量越大的，通常其经时坍落度损失也越大，这是因为聚羧酸系高性能减水剂在含泥砂石料中受到影响的主要原因是矿物成分对减水剂的有效成份的吸附，导致单位水泥量对减水剂有效成份的比例降低，自由水被更多的吸收进入硅酸盐层间中，这个过程是持续的。通常情况下对减水剂需求量越大，这个吸附能力越强，在持续吸附的过程中，自由水逐渐减少，其流动性必然变差。

（3）在对比几种不同类别的劣质砂拌制混凝土的力学性能，骆马湖砂与赣江砂混凝土的抗压强度相近，而含泥量较高且含有风化岩的沂河砂混凝土强度明显低于其他两种砂，可见含泥量和风化岩对预拌混凝土强度会产生较大的影响，这种影响在混凝土强度等级提高的情况下会表现的差异更大。