卵砂掺量对全机砂混凝土性能的影响研究

雷万康

（九江市粤鑫混凝土有限公司，江西 九江 332005）

0 前言

当前基础设施建设对混凝土需求居高不下，加上国家对河砂开采活动的严格管控，使得天然砂石资源供应短缺，价格攀升。山砂和卵砂等机制砂作为天然砂的替代集料，在混凝土生产中得到应用，加大机制砂比例或利用全机砂生产混凝土将成为未来混凝土行业的基本趋势[1]。卵砂和机砂来源不同，自身性质也有所差异，山砂通常棱角分明，含有较多石粉，石粉含量及性质对山砂品质影响较大；卵砂由卵石制得，75μm 以下颗粒较少，相对保水性较差[2]，一般与细砂和山砂混合使用。研究机制砂混凝土，需要把握机制砂的使用特性，包括卵砂和山砂搭配使用对混凝土性能带来的影响。本文根据生产情况，按照设定比例对卵砂和山砂进行混合，研究混合机砂参数性质以及对混凝土性能的影响，以供生产参考。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

（1）胶凝材料

海螺水泥 P·O42.5 普通硅酸盐水泥，水泥的性能指标见表 1。粉煤灰为Ⅱ级灰，需水比 99%，烧失量3.0%；矿粉 S95，比表面积 405m2/kg。

表1 水泥的性能指标

（2）集料

山砂细度模数 3.1，石粉含量 13%，MB 值 2.5。卵砂细度模数 2.4，含泥量 0.5%。试验用石子为小石（5～10mm）和大石（10～25mm）石子按照 1：3 比例混合而成。

（3）外加剂为聚羧酸减水剂，含固量 12%，厂家推荐掺量为 1.5%～3.0%。

1.2 试验方法

（1）细度模数测试参照 GB/T 14684—2011《建筑用砂》。

（2）MB 值测试参照 JGJ 52—2012《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》进行机制砂亚甲基蓝吸附测试。

（3）混凝土工作性能试验按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行。

（4）混凝土力学性能试验按照 GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行，成型 100mm×100mm×100mm 混凝土试件，测定混凝土3d、7d 和 28d 的抗压强度。

2 试验结果及讨论

2.1 卵机砂比例对混合机砂细度模数的影响

砂浆和骨料之间的填充效果直接影响混凝土工作性能和硬化后的混凝土密实度和匀质性，卵砂和山砂混合使用，要确定掺加比例，需要对混合后砂的级配情况进行研究。按照设定掺量，将卵砂和山砂进行充分混合，测试混合砂的细度模数，结果见表 2、图 1。

表2 不同掺量卵机砂的混合砂细度模数结果

图1 卵砂掺量对混合砂细度模数的影响

细度模数反映了机制砂的颗粒级配情况。卵砂75μm 以下细颗粒较少，而山砂石粉较多，颗粒棱角分明[3]。由于卵砂细度模数低，卵砂的加入改变了混合砂的颗粒级配，使混合砂整体 0.3～2.36mm 颗粒增多，细度模数下降。

2.2 卵砂掺量对混合机砂 MB 值的影响

机砂 MB 值反映了机砂中细粉的吸附特性，混凝土在掺外加剂时，机砂 MB 值高低直接影响外加剂的掺量和混凝土保坍性能[4]。对卵砂混合山砂后的机砂 MB 进行了测试，结果见表 3 和图 2。

表3 不同掺量卵机砂的混合砂 MB 值

图2 卵砂掺量对混合砂 MB 值的影响

表3 和图 2 结果显示，卵砂的加入对混合砂的 MB值起到一定调节作用，卵砂掺量越大，混合砂的 MB 值越小，这说明卵砂的复配可以降低混合砂对亚甲基蓝的吸附强度，进而可能减弱对外加剂的负面作用。

2.3 卵砂比例对混合砂混凝土性能的影响

选择合理的卵砂和山砂复合比例对混凝土和易性的好坏及硬化后混凝土力学性能的发挥极为重要。为了选择合理的卵砂掺量，采用混合砂细度模数作为研究对象，考察混凝土工作性能和力学强度。采用的 C30 混凝土配合比见表 4。

表4 C30 基准配合比 kg/m3

以 C30 混凝土为例，测试了卵机砂掺量对混合砂混凝土工作性能和强度的影响，见表 5。

卵砂掺量增加，混凝土坍落度和扩展度先增加后降低，抗压强度也呈现出相似的趋势，当卵砂掺量为 30%时，混合砂细度模数为 2.8，混凝土和易性和力学性能最佳，说明此时卵砂和山砂搭配合理，能够保证混凝土级配和性能的发挥。

相对山砂，卵砂良好的颗粒形貌能够促进混凝土拌合物的流动性，但卵砂保水性相对较差。合适的卵砂比例既能丰富浆体体积，形成对骨料有效的包裹和填充，同时也具有良好的粘聚性和流动性，使得混凝土匀质性增加，硬化后的混凝土强度发展良好。

表5 混合砂 C30 混凝土工作性能和力学性能

2.4 砂率对混凝土工作性能的影响

参考上述试验结果，按照卵砂和山砂比例 3：7，混合砂的细度模数为 2.8，所得的混凝土配合比见表 6。

表6 调整砂率后的混凝土配合比 kg/m3

采用表 6 所示混凝土配合比，研究砂率调整对混凝土的工作性能的影响，结果见表 7。

表7 砂率对混凝土工作性能的影响

砂率增加，混合砂拌制的混凝土坍落度先增加后降低，当砂率为 46% 时，混凝土坍落度为 230mm，扩展度为 570mm，混凝土流动性较好，此时混凝土 1h 坍落度损失也最低。砂率不足时，混凝土浆体量不足，对集料的包括不足，粘聚性下降，易出现露石、泌水等问题; 砂率较大时混凝土需水量大，影响混凝土流动性。维持合理的砂率范围能够改善混凝土填充效果，拌合物流动性和和易性得到有效发挥。

2.5 砂率对混凝土力学性能的影响

力学性能是混凝土结构服役的重要指标，混凝土良好的力学性能能够有效抵御自然灾害和外界侵蚀，提高工程服役寿命。混凝土砂率能够影响混凝土匀质性和空隙率，对混凝土力学性能也会造成影响。采用表 6 所示混凝土配合比，测试砂率改变对混凝土不同龄期抗压强度的影响，结果见表 8、图 3。

表8 砂率对混合砂混凝土抗压强度的影响

图3 砂率对混凝土不同龄期强度的影响

表8 和图 3 结果显示，砂率从 42% 增加至 50%，混凝土 3d、7d 和 28d 抗压强度先增加后降低，当全机砂混凝土砂率在 46% 时，混凝土各龄期强度最高，此后砂率增加，混凝土强度有所下降。

混凝土强度的发挥，需要集料的有效支撑，同时合理的砂率能够有效填充骨料之间的缝隙，使得混凝土整体密实度提高，进而改善混凝土工作性能和硬化后的混凝土强度发展[5]。全机砂较低的 MB 值和粉体颗粒对于混凝土工作性能较为重要，当混合砂率在 46% 时能够实现机砂性能指标的优化，提高混凝土的拌和效果。

3 结论

（1）卵砂的加入使得混合砂细度模数有所调整，卵砂掺量增加，混合砂细度模数下降。卵砂掺量增加，山砂的细粉得到稀释，MB 值下降，但卵砂掺量增加，所含有的泥粉也会对混合砂吸附性能产生一定影响。

（2）适量卵砂能够改善混合砂混凝土初始坍落度和扩展度，经时坍落度损失减小，硬化后的混凝土强度也得以提高。

（3）砂率从 42% 增加至 50%，混凝土工作性能和3d、7d 和 28d 抗压强度都呈现先增加后降低趋势，当全机砂混凝土砂率在 46% 时，混凝土空隙率最低，混凝土匀质性提高，工作性能得到改善，混凝土各龄期强度增加，此后砂率增加，混凝土工作性能和强度都有所损失。