不同规格机制砂混凝土落度及抗压强度研究

文摘 2024-12-29 07:03 河南

0引言

混凝土组分中细骨料通常由河砂组成，但河砂属于不可再生资源，建筑行业快速发展背景下部分区域新建建筑较多，对河砂需求极大，在此背景下容易出现河砂过度开采等问题，严重时还会对河堤稳定性产生不利影响。因此需尽快采取措施替代混凝土细骨料中河砂，限制河砂用量，保障建筑行业可持续发展。当前，部分建筑工程已经开始收集隧道弃渣、工程挖方、建筑废弃物中的废料进行破碎、筛分，用于替代部分河砂制备混凝土。

机制砂制备过程中受处理工艺、机械设备等因素影响，最终产生的颗粒形态、表面光滑度之间都会存在一定差异，而不同比表面积机制砂制备混凝土时，对水泥浆体的需求量也有所不同，其中，机制砂比表面积过大，容易导致浆体需求量过大，严重时还会导致混凝土早期收缩开裂等问题。

业界学者针对机制砂混凝土的研究主要集中于机制砂混凝土制备过程中不同破碎方法、泥粉用量、石粉用量等引发的混凝土性能差异，但就机制砂比表面积对混凝土性能影响的研究相对较少。本文就当前砂表面积的测试、计算方式开展分析，配置各组比表面积不同的河砂与机制砂，然后对各组砂所制成的混凝土拌和料落度、混凝土试件强度差异进行讨论，以期为类似工程实践带来启发。

1试验材料

（1）水泥：采购自当地某水泥厂，规格为P·042.5级普通硅酸盐水泥。

（2）减水剂：TW-4缓凝高效减水剂。

（3）粉煤灰：等级为Ⅱ级。

（4）河砂：取材自当地，细度模数为2.43，堆积密度和表观密度分别为1605、2631kg/m³，筛分级配如表1所示。

（5）机制砂：采购自当地某制砂厂，细度模数为3.24，堆积密度和表观密度分别为1684、2689kg/m³，筛分级配如表2所示。

2比表面积测试方法

空气流经砂柱时，沙粒比表面积和砂柱密实度均会对空气所受阻力产生影响，以此为基础制定砂比表面积测试方法，经过试验对砂柱孔隙率及透气率进行测定，即砂比表面积通过计算获得。对机制砂、河砂各筛分孔径下比表面积的取值以该测试方法测定，所得结果如表3所示。

根据表3可知，无论是机制砂或河砂，其测试结果均符合集料粒径与表面积关系，由此可通过式(1)计算沙粒比表面积S_w：

S_w=a₀S_w₀+a₁S_w1+a₂S_w2+a₃S_w₃+a₄S_w4+a₅S_w₅+a₆S_w6（1）

式中，a₀～a₆分别对应筛孔0～4.75mm的分计筛余率（%），S_w₀～S_w6分别对应筛孔0～4.75mm各区间沙粒比表面积(cm²/g)。

通过上述公式，计算河砂和机制砂的比表面积，其结果分别为73.89和67.67，该计算结果相对于表3中试验结果之间差距分别为2.14%和-4.63%。可见该方法用于测试砂比表面积时具有良好可信度，可用于后续试验。

3混凝土配合比设计

依托表3分别配置不同比表面积的机制砂和河砂各3组，各组集配状态如表4所示。

采取上文比表面积测试法及对应测试仪分别测试河砂和机制砂比表面积，所得结果如表5所示。

其中，河砂1组和机制砂3组之间具有大致相同的细度模数和级配曲线，但考虑到天然河砂长期处于河水冲刷状态下，表面光滑，而机制砂经人工破碎处理后会导致表面平整度下降并产生大量针片颗粒，因此认为机制砂3组具有更大比表面积。

设计混凝土配合比如表6所示，分别取表4中各组砂集配制备混凝土试件。

4试验结果及分析

依据GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能实验方法标准》，对各组砂所配备的混凝土拌和料落度及混凝土试件28d抗压强度进行测试，所得结果如图1、图2所示。

由图1可知，混凝土拌和物落度随所用砂比表面积提升而出现了明显下降，可见，所用砂比表面积会对混凝土拌和料落度产生直观影响。混凝土拌和物浆体可大致分为填充骨料、包裹骨料两类，在排除骨料孔隙率和浆体体积等因素影响的基础上，包裹骨料浆体会随所用砂比表面积增加而降低，因而落度随砂比表面积增加出现明显降低。

对比河砂1组和机制砂3组数据，两组具有大致相同的细度模数和级配曲线，但两者比表面积之间应存在一定差异。考虑到天然河砂长期处于河水冲刷状态下，表面光滑，而机制砂经人工破碎处理后会导致表面平整度下降并产生大量针片颗粒，因此认为机制砂3组具有更大比表面积。根据图2可知，砂比表面积的增减不会对混凝土28d抗压强度产生明显影响。原因在于混凝土强度性能主要由水灰比提供，而砂比表面积不会对水灰比产生明显影响，因此，砂比表面积对骨料浆体厚度会产生直接影响，但是对混凝土强度所产生的影响很小。

5结论

（1)采用本文的砂比表面积计算方法检测砂比表面积时，检测结果与试验测试结果之间差距分别为2.14%和-4.63%，可见该测试方法及所设计测试仪用于测试砂比表面积时具有良好可信度。

(2)天然河砂长期处于河水冲刷状态下，表面光滑，而机制砂经人工破碎处理后会导致表面平整度下降并产生大量针片颗粒，因此，机制砂通常比表面积较高。

(3)砂比表面积的增减变化会对混凝土拌和料落度影响比较大，但不会对混凝土28d抗压强度产生明显影响。建议进一步开展试验研究机制砂比表面积的控制措施，可通过改良机制砂密度、集配、吸水率等因素调整机制砂平整度和结构形状并测试机制砂比表面积。（来源：《江西建材》2024.06）

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