机制砂在C35水下自密实混凝土中的应用研究

吴震业

周宁县南洋建材有限公司（355404）

0 引言

混凝土是土木工程的主要原材料，而细集料砂子是配制普通混凝土不可或缺的材料。河砂资源经过长期的开采、使用，目前已经枯竭；使用机制砂配制混凝土是可持续发展的必然趋势。根据河砂、机制砂及掺合料的不同特性，对用于浇筑水下桩的C35自密实混凝土的配合比设计进行了试验研究。

C35水下自密实混凝土拌合物的自密实性能要求为:坍落扩展度SF1为550～655 mm、扩展时间T500≥2 S、间隙通过性为 25 mm＜PA1≤50 mm。

1 试验原材料

水泥使用福建南平金牛水泥股份有限公司生产的P.O42.5R普通硅酸盐水泥，其主要物理性能指标:标准稠度用水量为25.6%；比表面积为356 kg/m2；初凝时间为 185 min，终凝时间为 255 min；3 d抗压强度为 26.7 MPa，28 d抗压强度为 48.3 Mpa。

粉煤灰使用福建大唐同舟益材环保科技有限公司宁德分公司生产的F类、二级灰，其主要物理性能指标:细度为23.5%；表观密度为2 600 kg/m3；需水量比为98%；烧失量为5.5%；28 d活性指数为85%。

粒化高炉矿渣粉使用福建罗源闽光钢铁有限责任公司生产的S95级矿粉，其主要物理性能指标:比表面积为432 kg/m2；表观密度为2 880 kg/m3；流动度比为103%；7 d活性指数为78%，28 d活性指数为103%。

河砂使用福安市顺利砂厂生产的Ⅱ区中砂，其主要物理性能指标:细度模数为2.7；含泥量为2.1%，泥块含量为0%；表观密度为2 630 kg/m3，堆积密度为1 500 kg/m3。

机制砂使用周宁县西坑砂石厂生产的Ⅱ区中砂，其主要物理性能指标:细度模数为2.8；石粉含量为5.2%；泥块含量为0%；总压碎指标为19.8%；表观密度为2 630 kg/m3，堆积密度为1 710 kg/m3。

碎石使用周宁县西坑砂石厂生产的5～20 mm连续级配碎石（花岗岩），其主要物理性能指标：压碎指标为8.3%；含泥量为0.5%，泥块含量为0%；针片状含量为0%；表观密度为2 630 kg/m3，堆积密度为1 490 kg/m3。

外加剂使用江山豪盛建材有限公司生产的高性能减水剂，其中的主要物理性能指标:减水率为27%；泌水率比为52%；含固量为14.2%；凝结时间差为+125 min；28 d抗压强度比为142%。

2 配合比试验

配合比设计依据JGJ/T 183—2012《自密实混凝土应用技术规程》第5条的规范要求，采用绝对体积法，强度等级为C35。

2.1 混凝土拌合物性能与测试

将计算及试配所得的配合比折算成25 L进行试拌，干料搅拌60 s，然后在第2个60 s过程中加入由水和外加剂混合而成的液体，再继续搅拌60 s，搅拌均匀后参照GB/T 50080—2012《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行坍落度、扩展度、扩展时间T500、间隙通过性等性能指标测试。

2.2 混凝土物理力学性能测试

将拌合物性能试验完成后的混凝土再人工搅拌1 min,依据GB/T 50081—2019《普通混凝土物理力学性能试验方法标准》将其制作成两组标准尺寸为150 mm×150 mm×150 mm的试块。将试块在室温为20±5℃、相对湿试≥50%的试配室中静置24 h后拆模，然后再放置到温度为20±2℃、相对湿度≥95%的标准养护室中养护至7 d、28 d龄期进行抗压强度试验。

3 试验结果与分析

3.1 河砂基准配合比试验

按照计算配合比，在水胶比不变，调整胶凝材料用量、外加剂掺量、砂的体积分数等参数的条件下进行试拌，当混凝土拌合物的性能符合坍落扩展度 SF1为 550～655 mm、扩展时间 T500≥2S、间隙通过性为25 mm＜PA1≤50 mm时，得出水、水泥、粉煤灰、矿粉、河砂、碎石、高性能减水剂用量分别为186 kg/m3、346 kg/m3、43 kg/m3、43 kg/m3、752 kg/m3、921 kg/m3、7.78 kg/m3。

表1 机制砂与河沙配合比试验参数

表2 机制砂配合比与抗压强度试验参数

3.2 河砂基准配合比抗压强度试验

在基准配合比的基础上，水胶比分别增加和减少0.02，砂的体积分数分别增加和减少1%，搅拌均匀后制作一组标准试件，进行28 d龄期抗压强度试验，最后根据拌合物性能、试验强度与水胶比线性关系图推导出水、水泥、粉煤灰、矿粉、河砂、碎石、高性能减水剂的量分别为186 kg/m3、346 kg/m3、43 kg/m3、43 kg/m3、752 kg/m3、921 kg/m3、8.21 kg/m3。

3.3 机制砂配合比试验与参数调整

使用机制砂配制混凝土，在水胶比（0.43）不变的情况下，提高砂的体积分数，掺合料的掺量SP1为 10%、SP2为15%、SP3为20%、SP4为25%，然后分别测每盘混凝土的扩展度、扩展时间、间隙通过性等指标，见表1。

1）机制砂与河砂配合比一致的情况下，混凝土拌合物的坍落度、扩展度、间隙通过性等指标不符合自密实混凝土的要求，出现泌水、粘聚性差、包裹性不好等情况。

2）与河砂相比，机制砂颗粒棱角多、表面粗糙，因此要相对提高砂率才可以改善和易性。

3）将粉煤灰、粒化高炉矿渣粉的掺量均提高到15%、细集料体积分数增加1%时拌合物性能有较为明显的改善，因此可以判断出粉煤灰、矿粉等优质掺合料对改善混凝土拌合物性能（流动性、粘聚性、包裹性、保水性）有好处。

4）将粉煤灰、粒化高炉矿渣粉的掺量均提高至20%、细集料体积分数增加2%时混凝土拌合物性能指标符合自密实混凝土技术要求。

3.4 机制砂配合比抗压强度试验及分析

将每盘混凝土搅拌均匀并测试拌合物性能后，各制作两组立方体试件 （150 mm×150 mm×150 mm）。制作试件时无需插捣，将混凝土用铁揪一次装满试模，直接用抹刀抹平试件表面。将试件在试配室中静置24 h后拆模入库，然后在标准养护室中养护至规定龄期并进行力学性能试验。

由表2可以看出，当粉煤灰、矿粉的掺量各为10%时，混凝土7 d抗压强度最高；随着掺量按5%递增，混凝土的7 d抗压强度递减；28 d强度则相反，随着掺合料掺量的递增而递增；当掺量达到各25%时，28 d抗压强度反而有所下降，说明各20%的掺量为最合理的掺量。

4 结论

1）使用机制砂配制C35水下自密实混凝土时，首先应选择优质的颗粒级配合理的Ⅱ区中砂。因机制砂颗粒棱角多、表面比河砂粗糙，所以在细度模数与河砂一致的情况下，其体积分数要提高1%～2%才能改善混凝土的和易性。

2）优质的粉煤灰可以改善混凝土的和易性，还有一定的减水效果，能提高混凝土的流动性；优质的粒化高炉矿渣粉也有一定的减水效果，能提高混凝土的流动性。因此，配制机制砂自密实混凝土时应选择优质的掺合料，粉煤灰宜为F类Ⅱ级以上，矿粉宜为S95级以上。将粉煤灰、矿粉的掺量提高至各20%最为合理，再提高掺量对提高流动性的作用就不明显了，而且当掺量提高至各25%时，28 d抗压强度呈下降趋势。

3）粉煤灰、矿粉使自密实混凝土的7 d抗压强度下降约7%左右，但28 d抗压强度随着掺量的提高而提高；在掺合料掺量合理的情况下，抗压强度可增长至90 d龄期。