机制砂与减水剂的适应性研究

2020-10-29

中国建材科技 2020年2期

（中铁十六局集团第三工程有限公司，浙江湖州 313000）

0 引言

天然砂是一种典型的自然资源，常被用于建筑工程行业。由于越来越多的工程建设需要和环境保护因素，天然砂严重匮乏，已无法满足市场需求。机制砂的出现无疑很好解决了天然砂不足问题。机制砂是通过制砂机加工而成的砂子，其表面粗糙、棱角尖锐，石粉含量多，细度模数一般在2.8～3.5。因此机制砂混凝土往往与天然砂混凝土存在一定的差异。

减水剂的种类繁多，和机制砂的适应性差异大。萘系等传统减水剂已不能满足工程需要，而聚羧酸减水剂作为一种新型的高性能减水剂，具有大减水、高保坍、高增强等功能，目前广泛应用于公路、桥梁、隧道等工程。

机制砂的级配、细度模数、石粉含量及聚羧酸减水剂的类型、掺量等因素都会影响混凝土工作性能。故基于不同的聚羧酸减水剂与机制砂的适应性展开探究，以期科学指导机制砂混凝土用减水剂的筛选，进而优化混凝土配合比。

1 减水剂适应性的影响因素

1.1 减水剂因素

不同的减水剂，由于化学成分、分子结构、基因种类、聚合度等的不同，其适应性也不同。聚羧酸盐减水剂的表现更好，其坍落度也较好，萘系减水剂和蜜桉树脂减水剂的适应性并不理想，其坍落度较差。

1.2 机制砂因素

机制砂母材中最常见骨料类型有钙质骨料和硅铝质骨料，钙质骨料的吸水性普遍不高，与减水剂适应性较好，硅铝质骨料吸水性大，故而与减水剂的适应性表现差强人意。级配良好的机制砂颗粒大小分布均匀、比表面积和孔隙率较小，可有效提高混凝土的稳定性，一般而言，细度模数在2.6～3.2的砂为工程建设中最理想级配范围。石粉含量是机制砂与天然砂最明显区别之一，石粉含量对机制砂混凝土工作性有显著影响，与减水剂适应性方面表现得也更明显。

1.3 水泥因素

水泥的性能主要取决于水泥熟料的质量，由于选择的原材料和生产工艺等不同，水泥的矿物组成及比例不同，对减水剂的吸附性也有所不同。水泥中碱含量增大，减水剂与水泥的适应性变差，减水剂的塑化效果变差，混凝土坍落度经时损失增大，还会存在碱-骨料反应的潜在危机。水泥细度越大则比表面积越大，需水量就越大，为了达到同样的效果，则会增加减水剂的用量。水泥混合料的品种、掺量等对减水剂作用也有影响，与矿渣水泥和粉煤灰水泥的适应性好于火山灰、焙烧煤矸石水泥，要达到预期的效果也要增加减水剂的掺量。

1.4 环境条件因素

影响水泥与减水剂适应性的环境因素有温度和时间。气温越高，水泥水化速度就越快，混凝土坍落度损失就越快。运输过程中因水化及水分蒸发、混凝土中气泡外逸等因素，运输时间越长引起混凝土坍落度损失也越快。

2 试验

2.1 原材料

主要原材料有：石粉（机制砂中筛分）、P·O42.5水泥（宁波科环）、机制砂（象山磊顺）、减水剂（山西金盾苑、武汉苏博、上海浦华，编号依次为a、b、c）、饮用水。

2.2 试验步骤

混凝土中加入的减水剂存在饱和状态，随着减水剂掺量的不断增加，水泥浆的流动度逐渐增大，增大到一定程度时，流动度将不再发生改变，此时即为减水剂最理想的掺量值。此次探究选择3种不同的减水剂在石粉含量为5%、10%、15%、20%时的变化情况，继而明确不同减水剂在不同石粉含量下的饱和情况，比较3种减水剂最理想的掺量。

试验准备：称取450g水泥、1350g机制砂、169g水、厂家推荐量的减水剂。

试验步骤：将水和减水剂加入称量好的水泥中，在搅拌锅内低速搅拌30秒后加入称量好的机制砂，继续搅拌3min后检测其扩展度，扩展度值取砂浆纵向和横向直径的平均值。随后采用逐次增量法反复进行上述步骤，直到两次胶砂扩展度几乎不变或缩小为止，此时将上一次的减水剂用量定为饱和点。

表1 不同石粉含量机制砂与不同减水剂配制胶砂对比

按照GB/T 2419—2005《水泥胶砂流动度测定方法》进行保坍性试验，依据之前确定的减水剂a、b、c的饱和点值，分别检测不同石粉含量机制砂胶砂经时变化并分析保坍性。试验数据如表1所示。

3 结果分析

减水剂掺量增加到一定值时，水泥胶砂扩展度达到最大值，继续增加，其扩展度基本不变或降低。减水剂相同时，不同石粉含量机制砂所配制胶砂的饱和点不同，石粉含量越高其饱和点越大。石粉含量相同时，3种减水剂饱和点不同。石粉含量较高时，a、b减水剂试样的流动度随着时间慢慢下降，c减水剂出现明显下降。石粉含量5%时，3种减水剂的流动性均较差。究其原因，机制砂拌合物的粘聚性和保水性随着石粉含量的增加而增加，故而在保坍性方面表现更为优越。