高吸附性机制砂细颗粒对胶砂和混凝土性能影响的研究

文摘 2024-11-03 07:03 河南

资源短缺、环境破坏、社会经济不断发展造成机制砂替代河沙成为混凝土行业的必然趋势。优良的建筑用砂级配不仅能减少水泥用量，还能提高混凝土的强度和耐久性。

级配作为衡量建筑用砂品质的一个最重要指标，已成为了国内大量学者的研究对象。刘桂凤、芮捷、艾长发等通过配制若干组不同级配混凝土，分析试验数据得到了一个合理的级配区间；潘菲等探究了机制砂级配与细度模数的相关性；郭丹、胡建伟、张娟建议通过控制关键筛孔筛余来配制混凝土；蒋飞等认为可以通过级配曲线形状来控制级配好坏。大量的研究是在不同级配曲线的基础上得到合理的级配范围或者寻找到可替代级配区的指标，很少有针对单一粒径合理范围的研究。本文主要研究了高吸附性机制砂小于0.3mm颗粒不同含量对胶砂和混凝土性能的影响。

1 原材料和试验方法

1.1 原材料

1.1.1 水泥

试验选用的水泥为金隅股份有限公司生产的P·O42.5，其主要物理性能指标见表1，水泥胶砂强度试验数据见表2。

1.1.2 机制砂

所谓高吸附性机制砂指细颗粒尤其是150μm以下颗粒具有较高吸附性，石粉亚甲蓝值大于1.4，导致混凝土制备过程中外加剂用量显著增大，拌和物和易性不良的硅质机制砂。本试验所使用的片麻岩（陕西）机制砂就是高吸附性机制砂。选定一个初始的级配（见表3），按照0、3%、6%、9%、12%调整0～0.15mm掺量，按照5%、8%、11%、14%、17%调整0.15～0.3mm掺量，调整后分计筛余见表4。

1.1.3 减水剂

试验使用河北合众建材有限公司生产的聚羧酸减水剂，性能检测结果见表5。

1.1.4 其他

试验所用的掺合料由金泰成环境资源股份有限公司生产的Ⅱ级粉煤灰、S95级矿渣粉，粗骨料采用石灰岩碎石，由5～10mm、10～20mm两个粒径区间的石子按照1:2的比例进行配制。

1.2 试验方法

1.2.1 胶砂试验

分别按照《矿物掺合料应用技术规范》和GB/T 17671《水泥胶砂强度检测方法》测定胶砂的工作性能和强度，通过调整外加剂，保证流动度达到145～150mm。胶砂配合比见表6。

1.2.2 混凝土试验

分别按 GB/T 50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》和 GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》测定混凝土的工作性能和强度，通过调整外加剂，保证扩展度达到450～500mm。混凝土配合比见表7。

2 结果与分析

2.1 对胶砂性能的影响

由图1可知，随着0～0.15mm、0.15～0.3mm含量的提高，外加剂用量随之增大，且A组外加剂用量增长率大于B组。这是由于随着0～0.15mm、0.15～0.3mm含量的增加，机制砂整体的比表面积增大，需要大量水和浆体进行包裹，减少了用于流动的水和浆体的数量，因此，达到同样流动度需要的外加剂增多，且A组粒径小于B组，A组机制砂比表面积增长率大于B组，因此，A组外加剂用量增长率大于B组。

随着0～0.15mm、0.15～0.3mm含量的增加，胶砂28d抗折强度连续降低（如图2所示），28d抗压强度先升高后降低（如图3所示），B组抗折强度、抗压强度始终大于A组，且由图中曲率可知，0～0.15mm含量变化对于胶砂强度影响大于0.15～0.3mm。原因分析：（1）随着0～0.15mm、0.15～0.3mm含量的增加，胶砂横截面处机制砂颗粒比表面积增大，缺陷增多，因此抗折强度降低；（2）随着小于0.3mm颗粒含量的增多，机制砂级配得到完善，在一定程度上促进了抗压强度的提高，当超过一定量时，机制砂比表面积过大，缺陷开始占主导作用，因此，抗压强度先升高后降低；（3）对于抗折、抗压强度的贡献，粒径大的颗粒大于小的；（4）粒径越小，影响越显著。

2.2 对混凝土性能的影响

通过胶砂试验数据，选取状态较好的A-3、A-6、A-9、B-8、B-11、B-14分别配制C30、C50混凝土，测其工作性和力学性能。A、B组混凝土外加剂掺量如图4所示。

由图4可知，随着0～0.15mm、0.15～0.3mm含量的提高，外加剂用量增大，原因与上文一致。对于C30混凝体，B组外加剂变化率小于A组，而对于C50混凝土，B组外加剂变化率大于A组，这是由于低强时，水胶比较大，工作性易达到要求，此时大粒径颗粒含量的变化对工作性的影响大于小粒径颗粒；高强时，水胶比较小，工作性较难达到要求，此时颗粒比表面积的变化对工作性的影响占主导，而小粒径颗粒的比表面积变化大于大粒径颗粒。A、B组混凝土劈裂抗拉强度如图5所示，A、B组混凝土抗压强度如图6所示。

由图5、图6可知，随着0～0.15mm、0.15～0.3mm含量的提高，劈裂抗拉强度降低，抗压强度先升高后降低，与胶砂组试验结果一致，原因与上文一致。且随着强度等级的提高，不论是劈裂抗拉强度还是抗压强度，B组混凝土变化率均小于A组，这是由于在达到同样扩展度的前提下，不论水胶比大小，颗粒比表面积的变化对于混凝土强度影响巨大，且颗粒粒径越小，含量变化时比表面积变化越显著。

结论

（1）高吸附性机制砂级配中随着细颗粒含量增大，胶砂和混凝土拌合物达到同样流动度时，外加剂用量显著提高。

（2）高吸附性机制砂级配中随着细颗粒含量增大，胶砂抗折强度和混凝土劈裂抗拉强度逐渐降低。抗压强度在细颗粒含量超过一定含量后开始降低。

（3）从数据分析可以看出，0.15mm以下颗粒含量的影响更大。

（4）针对高吸附性机制砂应控制细颗粒含量，0～0.15mm颗粒的最佳含量宜在6%左右；0.15～0.3mm颗粒的最佳含量宜在11%左右。

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