机制砂应用于泵送混凝土的试验分析

2020-12-25

商品混凝土 2020年12期

（怀来县宏建混凝土有限公司，河北张家口 075431）

0 前言

随着混凝土工业的蓬勃发展，混凝土用砂量是巨大的，由于天然砂是短时间内不可再生的地方资源，在我国不少地区天然砂资源逐步减少，甚至枯竭，且受建筑行业发展以及环境保护的需要，部分地区对其实施限制开采或禁止开采。机制砂的生产与应用已成为建筑行业发展的趋势。机制砂是岩石经过除土开采、机械破碎、筛分制成的粒径小于 4.75mm 的岩石颗粒。与天然砂相比，机制砂具有表面粗糙、多棱角、级配不良、细度模数大、石粉含量高等特点。本试验就石灰岩质机制砂的颗粒级配、亚甲蓝 MB 值、石粉含量进行分析，探讨石灰岩质机制砂对泵送混凝土性能的影响。

1 原材料及配合比

（1）水泥为唐山冀东股份有限公司 P·O42.5 水泥，其主要指标见表 1。

表1 水泥的主要性能指标

（2）矿粉为首钢嘉华 S95 级矿渣粉，其主要性能指标见表 2。

表2 矿粉的主要性能指标

（3）粉煤灰为北京电力粉煤灰公司Ⅱ级粉煤灰，细度 20%，烧失量 3.3%，需水量比 102%。

（4）石子选用涿鹿双联采石厂生产的 5～25mm 碎石，压碎指标 8.3%，针片状含量 4.2%，含泥量 0.5%。

（5）砂子选用涿鹿双联采石厂生产的 4 种机制砂，其试验结果见表 3。

表3 机制砂试验结果

（6）外加剂为济南晨康新型材料有限公司生产的聚羧酸减水剂，其主要性能指标见表 4。

表4 外加剂的主要性能指标

试验采用的配合比见表 5。

表5 试验用配合比 k g/m3

2 试验方法

2.1 不同的机制砂颗粒级配对比试验

由于机制砂生产工艺较为完善，可以对机制砂的颗粒级配进行设计和调整。我们选用经过除土工序和水洗后优质的石灰岩石块（不含土质），通过生产线制得少量不同机制砂样品，并用公称直径 80μm 筛进行筛选获得粒径小于 75μm 部分试验用纯石粉。山皮石是经过自然风化后附着在山体表皮浅层的混合石土，同理选用剥离的山皮石块经过生产线破碎并用公称直径 80μm 筛进行筛选可获得粒径小于 75μm 的部分试验用山皮土。根据 JGJ 52—2006《普通混凝土用砂石质量及检验方法标准》规定的试验方法得到表 3 机制砂试验结果。

本文采用 S1～S4 四种不同颗粒配机制砂颗粒配进行对比，使用表 5 配比试拌，并对混凝土拌合物进行试验，结果见表 6。

2.2 不同的机制砂亚甲蓝 MB 值对比试验

机制砂在生产过程中会产生石粉，矿山表面的石土（或山皮土）采石过程中有时也会带入，经过破碎产生小于 75μm 的颗粒，由于石粉和泥都是小于 75μm 的颗粒，而且石粉与泥土成分不同，适量的石粉对混凝土是有益的，但机制砂中所含泥土需水量大，对外加剂吸附性大，影响浆体与骨料的粘聚力，导致混凝土收缩增大、密实度降低等，对混凝土的性能与质量是有害的。机制砂在生产过程中需剥离矿山的土质和石土，或者在生产过程中有严格的除土工序，采用亚甲蓝 MB 值试验方法可用于检测小于 75μm 的颗粒是石粉还是泥土，由于亚甲蓝对于矿物颗粒为物理吸附，对岩石性质不敏感，所检测的含泥量与亚甲蓝吸附量有高度相关性，可用于区分机制砂中的石粉和泥土，适用于本次检测石灰岩制成的机制砂。JGJ 52—2006《普通混凝土用砂石质量及检验方法标准》标准规定 MB 值＜1.4。

本文采用 S3 机制砂样品分别掺入 3%、7%、9%、12% 的山皮土，得到不同亚甲蓝 MB 值的机制砂样品见表 7，使用表 5 配比试拌，并对混凝土拌合物进行试验。

2.3 不同的机制砂石粉含量对比试验

本文采用 S2 机制砂样品分别掺入 2%、6%、9%、12%、14%、17% 的纯石粉，得到不同石粉含量的机制砂样品见表 8，使用表 5 配比试拌，并对混凝土拌合物进行试验。

3 试验结果与分析

（1）机制砂筛分级配线性关系如图 1～4，混凝土拌合物试验结果见表 6。

图1 S 1 机制砂颗粒级配

图2 S 2 机制砂颗粒级配

图3 S 3 机制砂颗粒级配

图4 S 4 机制砂颗粒级配

表6 混凝土拌合物试验结果

试验结果表明：S1 机制砂曲线表现为 0.630mm 以上筛余较多；不规则石屑、细小石粒外观可见，细度模数显示为粗砂，颗粒级配不符合Ⅱ区要求，试拌混凝土拌合物极易泌水，和易性差，且容易离析，生产可控性不高，通过提高砂率，有所改善，但仍然不利于泵送。S2 机制砂为中砂，曲线显示颗粒级配完全符合Ⅱ区要求，混凝土拌合物有泌水现象，和易性一般，由于石粉含量较少，浆体量不足以包裹骨料，若提高胶凝材料，经济成本高，通过提高砂率后可以得到改善，但砂率过大，强度有所降低且容易引起其它质量问题。S3 和 S4机制砂均属中砂，曲线显示颗粒级配基本符合Ⅱ区，0.160mm 累计筛余量分别只有 83%、78%，均未达到Ⅱ区的下限 90% 的要求。但 S3 试拌混凝土和易性良好，满足泵送施工要求。S4 机制砂由于细度模数低、细颗粒及石粉含量高、比表面积大，对水以及外加剂的吸附作用增加，与 S3 机制砂相比，其拌合物粘聚性大，流动性不良，泵送阻力增大。

（2）亚甲蓝 MB 值及混凝土拌合物情况见表 7。

通过表 7 对比试验发现：随着亚甲蓝值 MB 值的增加，混凝土的出机坍落度与扩展度减小，强度降低，经时损失增大，MB 值在 1.4 内，混凝土和易性相对较好，超出 1.4 混凝土和易性变化较为明显，机制砂中泥土对外加剂吸附作用增大，混凝土施工过程中若保持同一坍落度，势必会增加单方用水量或者提高外加剂掺量，这进一步导致混凝土强度降低。

（3）机制砂石粉含量及混凝土拌合物情况见表8。

表7 不同 MB 值混凝土拌合物试验结果

表8 不同石粉含量混凝土拌合物试验结果

通过表 8 对比试验发现：随着石粉含量的增加，混凝土出机坍落度、扩展度有所提高，同时改善了混凝土的和易性，更便于混凝土的泵送施工，在一定范围内石粉含量有助于混凝土强度的增长，但石粉含量低于 5%时，混凝土和易性差，易泌水，不利于生产控制及泵送；石粉含量高于 17% 时，混凝土粘聚性和收缩性增大，若达到同样和易性，则混凝土需水量增加，势必会降低强度以及导致后期混凝土因收缩引起的结构性开裂。根据机制砂使用经验以及试验数据表明机制砂石粉含量适宜控制在 9%～17%。