交流借鑒：淺談不同品種機(jī)制砂對(duì)混凝土性能的影響

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本文選自《商品混凝土》雜志2024年第2期

淺談不同品種機(jī)制砂對(duì)混凝土性能的影響

戴偉，羅厚俊，郭鋒，戴晨，胡媛壘

［摘 要］本文選取了當(dāng)?shù)?4 種不同類型的機(jī)制砂，分析了機(jī)制砂的基本性能，并做了混凝土對(duì)比試驗(yàn)，主要對(duì)比測試了混凝土的坍落度、28 天強(qiáng)度指標(biāo)，以及混凝土拆模后的外觀和 1 個(gè)月以后的碳化深度。通過試驗(yàn)了解到，機(jī)制砂含泥和絮凝劑對(duì)混凝土施工性能和抗壓強(qiáng)度影響相當(dāng)大，應(yīng)加大對(duì)這兩項(xiàng)數(shù)據(jù)的檢測。

［關(guān)鍵詞］機(jī)制砂；顆粒級(jí)配；混凝土施工性能；力學(xué)性能

0 前言

建筑工程是砂應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，基建規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)張，市場對(duì)建設(shè)用砂的需求持續(xù)增長。由于天然資源的枯竭，加之政府對(duì)環(huán)保開采管控力度的加大，天然砂產(chǎn)能驟減，價(jià)格提升。機(jī)制砂因?yàn)樵牧蟻碓磸V泛，價(jià)格較天然砂有更大的優(yōu)勢，所以機(jī)制砂普遍應(yīng)用已經(jīng)成為一個(gè)趨勢。由于生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)水平的差異，各個(gè)廠家生產(chǎn)的機(jī)制砂質(zhì)量參差不齊，對(duì)混凝土性能有很大影響。本文從不同品種機(jī)制砂的使用情況入手，探討不同品種機(jī)制砂對(duì)混凝土施工性能的影響。

1 試驗(yàn)機(jī)制砂品種

相比天然砂而言，機(jī)制砂表面粗糙、多棱角、顆粒級(jí)配較差。筆者選取了4種細(xì)度模數(shù)相同的機(jī)制砂樣品用作試驗(yàn)比對(duì)。4種砂分別為華新集團(tuán)由制砂機(jī)加工而成的干法機(jī)制砂、本地區(qū)的水洗石屑產(chǎn)生的機(jī)制砂和本地某兩個(gè)機(jī)制砂廠由制砂機(jī)加工而成的濕法機(jī)制砂兩種。

對(duì)機(jī)制砂檢測得到基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見表1和表2。

從表1和表2可以看出，制砂機(jī)加工而成的干法機(jī)制砂和濕法機(jī)制砂顆粒級(jí)配優(yōu)于水洗石屑機(jī)制砂。干法砂和濕法砂亞甲藍(lán)＜1.4，含粉量以石粉為主；石屑機(jī)制砂亞甲藍(lán)＞1.4，含粉量以泥粉為主。

2 不同機(jī)制砂試配對(duì)比

試驗(yàn)選取攪拌站一個(gè)C30常用的配比，其他原材料相同，外加劑品牌選用常州建科院尼高聚羧酸系高性能減水劑，C30混凝土推薦摻量1.5%。試配配比見表3。

因外加劑摻量為推薦摻量，每種機(jī)制砂的混凝土外加劑具體摻量需要在試配中摸索，C30先以1.5%摻量為初始用量，根據(jù)初始狀態(tài)上下調(diào)整外加劑摻量以達(dá)到初始狀態(tài)合格。試驗(yàn)中以混凝土初始坍落度(220±10)mm為初始狀態(tài)合格的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)2小時(shí)坍落度損失也作為一個(gè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

將4種機(jī)制砂按照表3配合比按25L拌制混凝土，測定其初始坍落度和2小時(shí)坍落度，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

由表4可以看出華新干法機(jī)制砂在外加劑摻量1.2%初始狀態(tài)最佳，兩小時(shí)坍落度損失也符合施工要求。水洗石屑機(jī)制砂在外加劑摻量1.9%初始狀態(tài)最佳，兩小時(shí)坍落度損失基本可以滿足施工要求。本地濕法機(jī)制砂1的兩小時(shí)坍落度損失嚴(yán)重，外加劑摻量1.8%初始滿足要求，兩小時(shí)后坍落度偏小，施工性能差。外加劑摻量2.1%，初始狀態(tài)離析，兩小時(shí)后狀態(tài)基本可以滿足施工要求。本地濕法機(jī)制砂2外加劑摻量2.0%，初始狀態(tài)滿足要求，兩小時(shí)后坍落度損失也基本滿足施工要求。

根據(jù)《建設(shè)用砂》GB/T 14684—2022，含粉量控制依據(jù)亞甲藍(lán)值來劃分，見表5。

結(jié)合表5和前面試配結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：

（1）華新干法機(jī)制砂亞甲藍(lán)值低，含粉以石粉為主且在合格范圍內(nèi)，而且機(jī)制砂材質(zhì)屬于白云巖，白云巖石粉對(duì)水和外加劑吸附性較小，有良好的需水行為，與外加劑適應(yīng)性較好，外加劑摻量呈下降趨勢，混凝土施工性能符合要求。

（2）本地水洗石屑機(jī)制砂亞甲藍(lán)值偏高，砂中含粉量以泥為主，含泥量偏高吸附外加劑導(dǎo)致初始坍落度偏小，需提升外加劑摻量才能使混凝土施工性能達(dá)到要求。

（3）本地濕法機(jī)制砂1根據(jù)亞甲藍(lán)值含粉量在合格范圍，但是坍落度損失太大。后經(jīng)探訪現(xiàn)場查明該廠為符合環(huán)保要求，使用絮凝劑處理污水，以便回收再利用。可能因?yàn)樾跄齽┦褂糜?jì)量不準(zhǔn)或者絮凝劑品質(zhì)差，水中殘留絮凝劑，導(dǎo)致機(jī)制砂內(nèi)留存絮凝劑。在實(shí)際生產(chǎn)中絮凝劑對(duì)外加劑性能有很大的影響，從而使混凝土坍落度損失太大，混凝土施工性能不符合要求。

（4）本地濕法機(jī)制砂2含粉量根據(jù)亞甲藍(lán)值合格但偏高，分析含粉以石粉為主，但是趨于上限，石粉吸附外加劑，同樣需要提升外加劑摻量才能使混凝土施工性能達(dá)到要求。

針對(duì)前面4種砂試配情況，選取2小時(shí)后施工性能達(dá)標(biāo)的混凝土制作抗壓試件，標(biāo)養(yǎng)28天，到齡期試壓檢測，結(jié)果見表6。

由表6可以看出，28天抗壓強(qiáng)度，華新機(jī)制砂最高，濕法機(jī)制砂2次之，其余兩種機(jī)制砂強(qiáng)度最低。由此可以推知絮凝劑、含泥量不僅僅對(duì)混凝土的施工性能有很大影響，對(duì)混凝土強(qiáng)度同樣有很大影響。

3 現(xiàn)場施工性能對(duì)比

根據(jù)前面試配結(jié)果確定的外加劑最佳摻量，針對(duì)幾種機(jī)制砂選擇合適外加劑摻量，選取3種機(jī)制砂（濕法機(jī)制砂1因含有絮凝劑沒有用于正常生產(chǎn)施工）的C25的施工配比（計(jì)算含水率）詳見表7。

根據(jù)表7的配比，結(jié)合生產(chǎn)情況使用以上3種機(jī)制砂，制作同強(qiáng)度等級(jí)C25混凝土，進(jìn)行出廠檢測和現(xiàn)場入泵前檢測（之間間隔1h），具體檢測結(jié)果匯總見表8。

針對(duì)3種砂的生產(chǎn)情況出廠檢測取樣制作150mm× 150mm×150mm試塊，標(biāo)養(yǎng)28天，到齡期試壓檢測，結(jié)果見表9。

上述3種不同品種機(jī)制砂混凝土拆模后，現(xiàn)場觀察混凝土外觀情況，齡期滿一個(gè)月測試幾種機(jī)制砂對(duì)應(yīng)混凝土碳化情況（同等養(yǎng)護(hù)條件下），詳見表10。

根據(jù)表8～10的對(duì)比數(shù)據(jù)可以看出，3種機(jī)制砂在同配比（調(diào)整外加劑摻量）、同工地（同等運(yùn)距）的生產(chǎn)泵送過程中，出廠狀態(tài)和入泵狀態(tài)都完全符合現(xiàn)場施工要求，1h坍落度損失也符合要求，混凝土外觀基本達(dá)標(biāo)。齡期滿1個(gè)月混凝土碳化華新機(jī)制砂最小，石屑機(jī)制砂碳化最大，這是因?yàn)槭紮C(jī)制砂含粉量以泥粉為主，其他兩種機(jī)制砂含粉量以石粉為主。28天抗壓強(qiáng)度華新機(jī)制砂最優(yōu)，濕法機(jī)制砂2次之，石屑機(jī)制砂最低。

4 結(jié)語及建議

在其他原材料相同、膠凝材料用量相同的情況下，通過試配，現(xiàn)場情況及28天強(qiáng)度反饋，可以看出幾種機(jī)制砂中華新機(jī)制砂各方面性能最優(yōu)，對(duì)應(yīng)的混凝土施工性能最優(yōu)。分析主要原因是華新機(jī)制砂生產(chǎn)工藝成熟，生產(chǎn)水平較高，機(jī)制砂級(jí)配良好，在生產(chǎn)中可以控制機(jī)制砂不含泥、絮凝劑等對(duì)混凝土性能和強(qiáng)度有很大影響的物質(zhì)。且華新機(jī)制砂材質(zhì)屬于白云巖，白云石粉需水良好，合理的含粉量可以改善混凝土和易性、流動(dòng)性，降低外加劑摻量，控制混凝土用水量，提升混凝土抗壓強(qiáng)度，同等坍落度下可以節(jié)省外加劑用量，降低成本，增加效益。同時(shí)通過試驗(yàn)了解到了機(jī)制砂含泥和絮凝劑對(duì)混凝土施工性能和抗壓強(qiáng)度影響是相當(dāng)大的，此后應(yīng)加大對(duì)這兩項(xiàng)數(shù)據(jù)的檢測。

在混凝土的日常生產(chǎn)中，機(jī)制砂品質(zhì)控制是特別重要的一環(huán)，市面上機(jī)制砂品種繁多，質(zhì)量波動(dòng)很大，很不穩(wěn)定。作為混凝土技術(shù)人員首先要配合公司尋找穩(wěn)定且品質(zhì)合格的機(jī)制砂，其次在受市場相關(guān)條件制約時(shí)，在采購的機(jī)制砂品質(zhì)波動(dòng)較大時(shí)，應(yīng)加大對(duì)機(jī)制砂檢測的力度，保證混凝土的正常生產(chǎn)。日常機(jī)制砂檢測中除了常規(guī)的機(jī)制砂檢測（細(xì)度、含粉量、亞甲藍(lán)值和壓碎值等），在混凝土性能試驗(yàn)中推薦使用快速檢測法，即選用混凝土攪拌站常用的一個(gè)混凝土配合比，把石子用量去掉，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整每方的用水量和外加劑摻量，從而得到一個(gè)砂漿配比，用此砂漿配比做砂漿擴(kuò)展度，然后根據(jù)砂漿擴(kuò)展度和擴(kuò)展度的經(jīng)時(shí)損失來判定這批機(jī)制砂質(zhì)量的波動(dòng)情況和對(duì)混凝土施工性能的影響程度。如果初始擴(kuò)展度沒有達(dá)到合理范圍，可以通過調(diào)整外加劑摻量重復(fù)此試驗(yàn)，直至擴(kuò)展度達(dá)到合理范圍，再觀察擴(kuò)展度經(jīng)時(shí)損失，若調(diào)整了外加劑摻量，擴(kuò)展度未發(fā)生改變或者沒有很明顯改變，那說明該機(jī)制砂暫時(shí)不能直接用于混凝土生產(chǎn)。只有初始砂漿擴(kuò)展度符合要求，經(jīng)觀察擴(kuò)展度經(jīng)時(shí)損失也符合要求的，才可以結(jié)合該批機(jī)制砂的其他檢測結(jié)果調(diào)整配合比投入生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] GB/T 50080—2016．普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S]．

[2] GB/T14684—2022．建設(shè)用砂[S]．

供稿人：戴偉，羅厚俊

編輯員：李海亮

審核人：孫繼成，寧夏

【標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范】

《建筑固廢再生砂粉應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》行標(biāo)

《建筑物綠色拆除與建筑垃圾綜合利用技術(shù)規(guī)程》CECS

《預(yù)拌混凝土使用說明書》團(tuán)標(biāo)

《砂漿和混凝土用石屑》團(tuán)標(biāo)

《預(yù)拌混凝土產(chǎn)品質(zhì)量追溯規(guī)范》團(tuán)標(biāo)

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