泵送混凝土中的超细砂最佳掺量研究

2019-12-27

武汉船舶职业技术学院学报 2019年2期

(河南质量工程职业学院，河南平顶山 467000)

1 引言

“十三五”以来，泵送混凝土行业得到了长足发展，预计未来几年砂浆用量仍会继续增大，目前砂石资源的开采与利用情况十分紧张，其价格处于不断飙升的状态。采用超细砂作为泵送混凝土细骨料替代物可有效缓解目前用砂紧张的局面。

在泵送混凝土的利用方面，国内许多专家学者已有了一定的研究：齐海变[1]对C30泵送混凝土进行了配合比设计并将其进行应用，引入了粉煤灰作为掺合料，并掺加适量的引气剂，提升了其泵送性能，减少水泥的掺加。另外苏龙泉[2]等人对泵送混凝土也有了一定的探索，而在超细砂应用于混凝土方面也有了一定的成果。邓桥[3]和张云飞[4]等人对超细砂的合理利用提供了一定的建议。

本文为得出泵送混凝土中超细砂的最佳掺量，制备五种强度等级的泵送混凝土，分别为C20～C60。通过综合对比其可泵性、坍落度、扩展度、粘聚性以及保水性等方面性能，确定各强度等级泵送混凝土中的超细砂最佳掺量，为实际工程的应用提供了一定的参考。

2 泵送混凝土的原材料

2.1 水泥

本试验采用P·O 42.5普通硅酸盐水泥，对该水泥中的化学成分进行分析，其结果如下表1所示，随后实测了该水泥的各项力学指标，均满足要求。

2.2 粉煤灰

粉煤灰是煤粉在生产过程中，燃烧后得到的粉末或者颗粒状产物。在泵送混凝土中加入适量的粉煤灰，可以增强其抗裂的性能，可以促进其粘聚性的发展，并能增强其流动性，此外，粉煤灰还能够显著降低混凝土凝结硬化过程中产生的热量。本试验优选是I级F类高性能粉煤灰，其密度是2160kg/m3，细度是6.9%，烧失量是0.75%，需水量比是94.1%；其主要性能指标见下表2。

2.3 粗骨料

本试验在制备泵送混凝土时所采用的试模尺寸为边长100mm的立方体，为达到泵送混凝土粗骨料尺寸要求，确定粗骨料是连续级配的石子，其尺寸为6mm～24mm。为了获得该级配石子，选用6mm～12mm以及12mm～24mm两种粗骨料按1:2的比例进行混合。经测定，该粗骨料的含泥量为0.84%，并且其中的针、片状颗粒含量在8%以下，能够满足强度要求。

2.4 外加剂

为防止混凝土凝结过程中产生各类不良反应，试验中设计的泵送混凝土配合比过程中选用的减水剂是萘系高效减水剂，其减水效率高，并且不含氯离子，不会对钢筋造成腐蚀；其减水效率可以达到15%以上，可显著提升混凝土的密实性和耐久性。

2.5 细骨料

本试验中所选用的细骨料着重考虑了黄河流域的大量超细砂，同时综合考虑了泵送混凝土中的各方面性能表现，最终决定将超细砂与人工机制砂按照一定的比例进行掺配使用。

3 泵送混凝土的配合比设计

泵送混凝土配合比设计的本质就是按照有关规定以及对应的工程项目具体情况，同时还要考虑到施工现场的条件等因素，对泵送混凝土中的不同原材料重量比例进行设计。通过不断调整其比例，达到泵送混凝土满足强度要求、耐久性要求以及施工过程中需要关注的活易性要求。此外需要着重注意的是，本文涉及到的泵送混凝土还要满足可泵性要求，也就是对其流动性有着更高的要求。在其运输经过泵送管道的过程中，不得有离析或者堵塞的情况产生。

泵送混凝土各原材料按照以下原则进行设计：其水灰比最低可以设置成0.42，最高不能超过0.58；其砂率最低可以设置成39%，最高不能超过44%；对上文中所提到的有关粗骨料的粒径要求进行严格限定，为了防止发生泵送管道堵塞的情况，设计得到的泵送混凝土坍落度最低可以为160mm，最高不得超过210mm。

为了得到不同强度等级的泵送混凝土超细砂最佳掺量，本文设计了5个强度等级的泵送混凝土试件，具体包括C60、C50、C40、C30以及最低强度等级的C20混凝土。同时为了减少误差影响，每组强度等级混凝土制备有5组试件。在不断调试超细砂掺加比例的过程中，综合对比各组泵送混凝土试件的可泵性、坍落度、扩展度、粘聚性以及保水性等方面性能，确定各强度等级泵送混凝土中的超细砂最佳掺量。

4 泵送混凝土的制备

4.1 原材料的处理

(1)粗骨料处理

本文所采用的粗骨料尺寸为6mm～24mm，因为暂未找到该级配的石子专供商，故选取了6mm～12mm以及12mm～24mm两种石子，在将其进行筛选清洗晾晒过后，依据其质量，按照1:2的比例进行称量，并将二者均匀混合后作为泵送混凝土的粗骨料备用。

(2)细骨料处理

针对本文中所提及的细骨料，综合考虑了泵送混凝土中的各方面性能表现，最终将超细砂与人工机制砂按照一定的比例进行掺配使用。将超细砂和机制砂都进行清洗和晾晒，以去除其中的淤泥或者石粉，后续进行过筛，最终混合起来作为细骨料备用。

4.2 泵送混凝土拌合

采用双轴搅拌机对泵送混凝土进行搅拌，单次的搅拌量设定为50L。在搅拌前按照设计比例准确称量，并依次投入搅拌机充分搅拌保证其完全地混合起来。具体的投料顺序为：先加入粗骨料和细骨料进行搅拌，待其搅拌均匀后；投入水泥和粉煤灰进行搅拌，待其搅拌均匀后；最后投入减水剂和拌合水的混合物进行最终搅拌。

在搅拌的过程中针对可能出现的各类问题进行处理：当出现初拌干稠的情况时，例如粗细骨料不能完全地混合起来，针对这种情况，需要在搅拌前对搅拌机进行提前的润湿处理，以防止其吸收拌合水引起混凝土干稠现象。当出现泌水现象时，往往体现在粗骨料和细骨料单独成块，未与水泥浆完全混合，水泥浆处于稀薄状态。针对这种情况要搅拌机挂浆方可解决，可以分两次投入拌合水进行搅拌以达到充分混合的目的。当出现坍落度过小的情况时，往往是因为水胶比过低导致的。针对这种情况需要另外计算得到其水胶比后再次拌合，直到泵送混凝土达到坍落度要求。

5 最佳掺量的确定

总体上来说，当超细砂的掺量不断上升时，5种泵送混凝土试件的总体强度值、坍落度以及扩展度都有着相对应的影响，尤其是泵送混凝土试件的保水性以及粘聚性下降。

(1)C20泵送混凝土

制备的C20泵送混凝土坍落度随超细砂比例的上升而提高；针对扩展度来说，当其掺加比例为28%的时候，泵送混凝土试件扩展度可以达到最高点355mm，此时的坍落度值为175mm，同时发现强度值总体较低。当超细砂的掺加比例为23%时，试件的扩展度可以达到328mm，对应的坍落度是158mm，并且此时的抗压强度相对较大。针对强度等级为C20的泵送混凝土其超细砂最佳掺加比例为23%。

(2)C30泵送混凝土

制备的C30泵送混凝土坍落度随超细砂比例的上升而提高；针对扩展度来说，是先增后减的趋势；试件的抗压强度随着超细砂掺加比例的提高而降低；综合考虑其流动性和强度C30泵送混凝土中的超细砂最佳掺加比例为28%。

(3)C40、C50、C60的泵送混凝土

同理，针对C40、C50、C60 3种不同强度的泵送混凝土，综合考虑新拌混凝土的流动性，包括定量的坍落度和扩展度，以及定性的粘聚性和保水性，并且考虑到硬化后混凝土的强度和耐久性，最终判断出：C40泵送混凝土中的超细砂最佳掺加比例为33%；C50泵送混凝土中的超细砂最佳掺加比例为31%；C60泵送混凝土中的超细砂最佳掺加比例为29%。