掺机制砂与特细砂混凝土性能的研究

2020-08-06

四川水泥 2020年8期

（镇江新区建设工程质量中心试验室，江苏镇江 212134）

随着混凝土行业的发展，砂作为其组成的必要材料，需求量越来越大，质量要求也越来越高，但是合格的天然砂资源却越来越少，另一方面，不断扩大规模的矿业开发，产生的尾矿（机制砂）数量也不断增加。若将机制砂部分替代天然砂，并掺入一定量的特细砂，用于混凝土的配制中，既能废物利用，变废为宝，减少了尾矿堆积造成的环境污染，也能缓解天然砂资源的匮乏，符合可持续发展的要求。

1 原材料

1.1 胶凝材料

江苏鹤林水泥，强度等级为42.5MPa 普通硅酸盐水泥，标准稠度需水量为27.8，28 天抗压强度为52.3MPa。镇江国电谏壁电厂产的Ⅱ级粉煤灰，细度11.2%，需水量99%。

1.2 外加剂

江苏苏博特生产的PCA-10 型高效减水剂，混凝土减水率为20.2%。

1.3 骨料

安徽生产的5mm～31.5mm 连续级配碎石，含泥量0.3%，泥块含量0%，压碎值为9%。天然河砂，Ⅱ区，细度模数2.6，含泥量1.0%，泥块含量0.1%；安徽生产的机制砂，细度模数3.5，亚甲蓝值1.4；特细砂，细度模数1.5，含泥量2.9%，泥块含量0.9%。三种砂筛分析数据见表1。

表1 天然河砂、机制砂、特细砂和机制特细混合砂的筛分析

2 混凝土配合比及试验分析

由表1可看到该机制砂的特点，粗颗粒（粒径0.63mm～5mm）多，细颗粒（粒径0.08mm～0.63mm）少，掺其配制的混凝土和易性差，容易泌水，工作性能不佳，但对强度增长有利。特细砂中，粗颗粒含量少，细小颗粒占很大一部分，其对新拌混凝土的粘聚性和保水性有较好的帮助，但如果掺量过高，混凝土的需水量将变大，强度减小，工作性能亦会变差，所以将两者混合使用，发挥各自优点，可以取得良好的效果。我们知道配置混凝土时宜优先选用Ⅱ区砂，因此需要把机制砂和特细砂按一定比例组成后，将其级配调整在Ⅱ区砂要求的范围内。通过不同比例的搭配试验发现，当机制砂和特细砂的比例为3:2 时，其（机制特细混合砂）级配满足Ⅱ区砂要求，筛分析结果见表1。混凝土试配时，配合比中单位体积用水量、水胶比和外加剂掺量均保持不变，只根据不同混合砂级配略微调整砂率。不同混合砂的组分比例及细度模数见表2，混凝土配合比和试验结果分别见表3和表4，抗压强度见图1。

表2 不同比例混合砂的细度模数

表3 不同比例混合砂混凝土配合比

表4 不同比例混合砂混凝土性能和强度

由表4可知，随着机制特细混合砂总掺量增大，混凝土的坍落度越来越小，坍落度1 小时损失量越来越大，当总掺量达到50%时，混凝土拌合物的工作性能发生明显变化。这是因为相对于天然砂，一方面机制砂本身不呈圆状，砂浆滚动润滑作用不好，且有裂隙和孔洞，会过快的吸走水泥浆体，；另一方面特细砂的比表面积大，在水胶比相同，浆体一定的情况下，随着机制特细混合砂总掺量增大，包裹在细骨料上的浆体不富余，拌合物工作性能不佳，特别表现在流动性上。

图1 不同比例混合砂混凝土7d 和28d 抗压强度

图1中可以看到，随着机制特细混合砂总掺量的增加，混凝土的7d 和28 的抗压强度先增后降，当总掺量为40%时，得到的混凝土强度最高。这是因为机制砂的颗粒形状尖锐，棱角多，粘结力大，机械咬合作用强，其所含的石粉也增加了混凝土密实度；而且本试验所用机制砂的母岩为石灰石，其主要成分是碳酸钙，在混凝土高碱的环境中，机制砂表面会发生微化学反应，改善了混凝土的孔结构和浆体—骨料界面结构，这些都有利于混凝土强度的提高。