超细砂对水洗机制砂混凝土性能的影响

  随着我国基础设施的建设，混凝土需求量大，天然砂资源逐渐枯竭，甚至会出现无砂可用的状况，机制砂作为天然河砂潜在替代材料应运而生。机制砂生产的基本工艺大致上可以分为干法制砂和湿法制砂两种，但随着环保对粉尘控制力度加大，目前商混站使用湿法制得的水洗机制砂居多。水洗机制砂在生产的全部过程中，粒径小于0.075mm的粉体，乃至粒径大于0.15mm的细颗粒也被除去，导致水洗机制砂的细度模数较大，甚至达到3.5，导致水洗机制砂配制的混凝土和易性差、易离析泌水，且混凝土质量波动大，限制了其在混凝土中的应用。近年来，众多研究者开展了机制砂及机制砂混凝土相关研究：配合比控制上，适当提高配制混凝土的砂率，虽然某些特定的程度上能改善混凝土的和易性，但施工性能因材料变化存在波动，影响混凝土工程质量；外加剂性能上，选用性能优异的高性能减水剂，改善混凝土和易性效果不明显；级配调整上，掺入适量的河砂或其它细骨料，能够改善水洗机制砂的级配，但相关研究主要涉及高石粉含量的机制砂。对于细颗粒不足、粗颗粒较多等特点的水洗机制砂级配改善研究，更是很少报道，相关研究还不够系统深入。

  基于以上问题，开展了相关调研。调研发现，在我国黄河流域存在储量大、质量稳定和价格实惠公道的超细砂。颗粒级配上，黄河超细砂粗颗粒均小于1.18mm，且小于0.075mm的粉体含量较低，细度模数较小，级配单一，与水洗机制砂存在互补性，能够最终靠水洗机制砂与超细砂混合使用，改善两种砂的级配。因此，本试验通过向水洗机制砂中掺入部分超细砂的方式，开展超细砂对水洗机制砂混凝土工作性、力学性能和耐久性能的影响试验研究，为水洗机制砂推广应用提供理论依据。

  ⑴水泥：安徽芜湖海螺水泥厂生产的普通硅酸盐水泥（P•O42.5），性能如表1所示。

  ⑷细骨料：水洗机制砂的细度模数3.4，石粉含量2.4%；超细砂的细度模数1.4，最大粒径小于1.18mm。筛分析如图1所示。

  ⑸粗骨料：采用5～20mm连续级配的碎石，含泥量0.4%，压碎值13.8%。

  ⑹外加剂：采用上海三瑞高分子材料股份有限公司生产的聚羧酸减水剂，减水率26.4%，固含量25%。

  混凝土拌合物性能测试参照GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能测试方法标准》进行，力学性能测试参照GB/T50081《普通混凝土力学性能测试方法标准》进行，耐久性试验参照GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能测试方法标准》进行。

  根据JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》设计混凝土配合比，试验设计强度等级为C35，经试配得到C35混凝土的基准配合比，如表2。

  水洗机制砂生产的全部过程中，超细颗粒被洗去，呈现大颗粒较多，超细颗粒不足的特点。选用的水洗机制砂细度模数高达3.4，超细砂小于0.075mm粉体含量较低，且最大粒径不超过1.18mm，细度模数较小，级配单一，从级配曲线上看，两种砂存在互补性，可以将超细砂与水洗机制砂混合使用，改善两种砂的级配。本试验采用超细砂取代部分水洗机制砂方式，以解决水洗机制砂级配不良问题。超细砂替代水洗机制砂比例设定为0、10%、20%、30%和40%，得到的混合砂细度模数测试结果见表3，颗粒级配曲线。

  从表3可知，水洗机制砂细度模数为3.4，超细砂细度模数为1.4，随着超细砂的取代率逐渐增加，混合砂的细度模数依次减小。当替代率不低于20%时，得到的混合砂属于中砂。从图2可知，水洗机制砂级配曲线部分超过Ⅱ区上限，级配不良；超细砂级配曲线均低于Ⅱ区下限，级配单一。有研究表明[7,10]，两种砂颗粒级配不合理会对混凝土的性能产生不利影响，在混凝土生产中不能单独使用。掺入超细砂的混合砂颗粒级配分布在2区内，即超细砂与水洗机制砂混合时，二者的级配互补，改善了两种砂颗粒级配不良问题。

  由图3可知，随着超细砂替代率的增加，混凝土的坍落度先增加后减少，当超细砂替代率为30%时，混合砂混凝土的初始坍落度最大，达到210mm；当超细砂替代率为20%时，混合砂混凝土的1h坍落度损失最小，只有15mm。这是因为随着超细砂掺量的增加，其能够填补因水洗机制砂颗粒粒径较大而产生的孔隙，改善混合砂混凝土的颗粒级配；此外，超细砂细颗粒能起到润滑作用以及明显提高了浆体的包裹性，来提升了混凝土的工作性。但是，当超细砂替代率超过30%时，会影响混凝土的工作性，是因为当超细砂替代率较大时，混合砂中的细颗粒数量相对变多，比表面积增大，需水量较高，使混凝土的流动性降低，增大了混凝土内部的摩擦力，从而使混凝土的工作性变差。

  由图4可知，相同龄期下，随着超细砂替代率的增加，混凝土的抗住压力的强度先增加后减少，当超细砂替代率为30%时，混合砂混凝土的28天抗住压力的强度最大，达到41.4MPa，相对于空白组，提高了10.1%。即掺入适量超细砂能改善水洗机制砂混凝土的力学性能。这是因为随着超细砂掺量的增加，水洗机制砂与超细砂颗粒相互搭配，形成较为连续的细骨料结构，减少了混凝土内部的孔隙，提高了混凝土的密实度，来提升混凝土的抗住压力的强度。但是，当超细砂替代率超过30%后，混凝土抗压强度开始降低，是因为当超细砂替代率较大时，降低了细骨料中的石粉含量，进而减弱石粉的填充混凝土孔隙效应，导致混凝土密实度降低。

  由图5可知，随着超细砂替代率的增加，混凝土的56天电通量先减小后增加，当超细砂替代率为30%时，混合砂混凝土的56天电通量最小，即适量超细砂能大大的提升水洗机制砂混凝土的抗氯离子侵蚀性能。其根本原因在于，超细砂细颗粒填补了因水洗机制砂级配不良形成的孔隙，提高了混凝土的密实度，减少了氯离子在混凝土中的传输途径，进而提高了混凝土的抗氯离子侵蚀性能。此外，掺入30%超细砂可改善水洗机制砂混凝土工作性，保证混凝土均匀性和质量，也可提高混凝土抗氯离子侵蚀性能。

  ⑴掺入适量的超细砂能改善水洗机制砂颗粒级配，且提高了水洗机制砂混凝土基本性能。

  ⑵综合考虑混合砂颗粒级配，混凝土的工作性、力学性能和耐久性能，超细砂的替代率为30%。

  ⑶解决了水洗机制砂配制的混凝土和易性能差、泵送难等问题，可为水洗机制砂的推广应用提供理论依照。（来源：《广东建材》2023.03）返回搜狐，查看更加多