机制砂对混凝土性能影响的研究

文摘 2024-12-27 07:04 河南

随着我国基础建设的发展，建筑行业有着广阔的市场，混凝土作为建筑市场主要的建筑材料，用量日益剧增，2019年全国商品混凝土年产量高达25.5万亿立方米。砂作为细集料，占混凝土材料的三分之一，随着天然砂的开采量越来越大，严重影响着河道等生态环境。天然砂的使用时间很长，相关的国家及行业标准非常齐全，但是河砂是一种不可再生资源，同时受到地域的限制，运输成本较高。随着国家政策的转变，限制天然砂的开采，导致天然砂紧缺，价格上涨，混凝土成本增加。因机制砂来源广泛，成本较低，得到大力推广使用。机制砂是通过各种岩石材料破碎，筛分生产出来的粒径小于4.75mm，其中不含质软和风化的颗粒，俗称人工砂。机制砂因制作工艺存在颗粒形状不圆润，棱角较多，级配不合理，“两头多中间少”，石粉含量较高、MB值不稳定等特点，与天然河砂相比，对混凝土拌合物的和易性影响较大。

本文通过探索配制混凝土时机制砂最优特性值，以便指导搅拌站机制砂混凝土的生产和应用。

1原材料及试验方法

1.1原材料

水泥采用四川峨胜P•O42.5R普通硅酸盐水泥，水泥主要指标见表1。

机制砂选取成都地区具有代表性的3种机制砂，分别对其测定基本的物理性能，其主要指标见表2。

粗骨料选用小石5～10mm和大石10～20mm的整形碎石组合使用，针片状小于5%，压碎值小于15%。拌和水：自来水，符合JGJ63-2006《混凝土用水标准》。

科之杰聚酸减水剂缓凝型。

1.2试验方法

混凝土拌合物性能试验按照GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》。

混凝土力学性能试验按照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行，成型150mm×150mm×150mm混凝土试件，测定混凝土3d、7d、28d内的抗压强度。

1.3混凝土配合比及原材料用量

为研究机制砂物理指标对混凝土性能的影响，需控制相同的配合比，以研究机制砂的不同细度模数、含粉量、MB值对其影响。现以成都某大型搅拌站的C30配合比为例展开相关实验。本试验混凝土基准配合比及原材料用量见表3。

2结果与讨论

2.1机制砂细度模数对混凝土性能的影响

本次实验采用水洗砂A，保证机制砂的含粉以及MB值相同的同时通过方孔筛调整机制砂的细度模数。调整后的机制含粉量为8%、MB值为0.7，细度模数分别为2.1、2.3、2.5、2.7、2.9、3.1共计六组机制砂，分别配制混凝土，得到不同细度模数对C30混凝土性能以及减水剂掺量的影响，如图1～图3所示。

图1中可以看出在控制机制砂含粉量、MB值相同的情况下，聚羧酸减水剂的掺量随细度模数的增加而逐渐降低，细度模数2.1时聚羧酸减水剂的掺量为2.1%，细度模数达到最大值3.1时此时混凝土所需的外加剂掺量最低2.0%。从图中可以看出细度模数从2.1变至3.1时混凝土所需减水剂的掺量仅变化0.1%，说明机制砂细度模数对聚羧酸减水剂掺量影响较小。

图2中可以看出机制砂的细度模数由2.1变为3.1时，混凝土的抗压强度出现先增加后降低的趋势，其中混凝土3d抗压强度在细度模数2.1和3.1时抗压强度最对分别为22.8MPa、22.9MPa，细度模数2.7时，此时混凝土3d抗压强度最高23.4MPa；其中混凝土7d抗压强度在细度模数2.1时抗压强度最低31.5MPa、细度模数2.7时抗压强度最高32.5MPa；其中28d抗压强度在细度模数2.1时抗压强度最低35.6MPa，细度模数2.7时抗压强度最高36.3MPa。其中3d、7d、28d混凝土抗压强度最大差值分别为0.6MPa、1.0MPa、0.7MPa；由此可见机制砂细度模数对混凝土抗压强度具有一定的影响。且在各个龄期影响趋势相同。

图3中可以看出水洗机砂A细度模数在2.1到3.1之间对混凝土初始的和易性影响较小，混凝土坍落度均为230mm；2h经时损失后，细度模数2.5和2.7的混凝土和易性最好，坍落损失较小220mm，其余由于机制砂过细或者过粗，造成混凝土坍落度损失过大，均为215mm。

2.2机制砂含粉量对混凝土性能的影响

机制砂的含粉量不仅对混凝土的和易性影响较大，且对外加剂的掺量以及混凝土的强度具有一定的影响，本次实验采用机制砂B，保证调整后的机制砂细度模数以及MB基本不变，此时得到的机制砂含粉量分别为7.0%、9.0%、11.0%、13.0%、15.0%、17.0%。然后配制混凝土，得到不同含粉量的机制砂对混凝土性能以及减水剂掺量的影响，如图4～图6所示。

图4中可以看出，机制砂B在控制相同的细度模数以及MB值时，聚羧酸减水剂对混凝土的掺量随机制砂B的含粉量增加逐渐变高。含粉量在7.0%时，聚羧酸减水剂掺量最低1.95%，机制砂含粉量在17.0%时，聚羧酸减水剂掺量最高2.15%，掺量相差0.2%；说明机制砂含粉量对聚羧酸减水剂掺量的影响较大。

图5中可以看出，机制砂B含粉量由7.0%变至17.0%过程中，机制砂含粉量对混凝土各个龄期的抗压强度，随机制砂含粉量的增加而出现先增加后降低的趋势。其中混凝土3d的抗压强度在含粉17.0%时最低22.6MPa；含粉13.0%左右时混凝土抗压强度最高23.8MPa。其中7d抗压强度在含粉量17.0%时最低31.8MPa；含粉13.0%时混凝土抗压强度最高32.9MPa。其中28d抗压强度在含粉17.0%时最低35.8MPa；含粉13.0%时混凝土抗压强度最高36.7MPa。机制砂含粉量对混凝土各个龄期抗压强度的影响趋势相同，在含粉13.0%左右时配制的混凝土密实度最好，混凝土的抗压强度最高。机制砂含粉量过低导致混凝土密实度不够，强度偏低，含粉量偏高砂浆富余值过大，也会造成混凝土强度偏低。工程应用选择机制砂一定要合适的含粉量以及砂率，才会对强度的影响最小。

图6中可以看出，机制砂B的含粉量对混凝土初始状态的和易性影响较大，在含粉量7.0%至17.0%期间，混凝土的和易性随着机制砂的含粉量逐渐增加越来越好，混凝土的坍落度也越来越大。在机制砂含粉量7.0%时混凝土和易性最差坍落度最小220mm，含粉量15.0%时混凝土和易性最好，坍落度230mm。2h经时损失后含粉量在11.0%左右时混凝土坍落度最大25mm，但含粉量7.0%至11.0%时坍落度损失10mm，含粉量15.0%至17.0%时坍落度损失15mm。机制砂含粉量对混凝土经时损失具有一定影响，含粉量越高，混凝土和易性越好，但经时损失也越大。

2.3机制砂MB对混凝土性能的影响

在控制机制砂C的细度模数以及含粉量相同的情况下，掺入不同量的泥粉使得机制砂C的MB值分别为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0。研究不同MB值的机制砂对混凝土性能的影响，如图7～图9所示。

图7中可以看出，机制砂C在控制细度模数以及含粉量相同的情况下，减水剂的掺量随机制砂的MB值增加出现增涨的趋势，且MB值越高，减水剂的掺量增涨的幅度越大。MB值在1.5以下，机制砂基本含粉，对减水剂的掺量影响较小，基本在1.9%左右。当MB值大于1.5时掺量逐渐增加，在MB值3.0时掺量达到最大值2.25%。此时机制砂含泥量较高，对减水剂吸附性较大。

图8中可以看出，机制砂C的MB值从0.5变至1.5期间，混凝土各个龄期的抗压强度基本变化不大。3d的抗压强度在23.2MPa左右，7d的抗压强度在31.4MPa左右，28d的抗压强度在36.2MPa左右。机制砂C的MB值在1.5至3.0之间时，混凝土各个龄期的抗压强度随机制砂的MB值变高而逐渐变低，在MB值为3.0时，各个龄期抗压强度均出现最低值。其中3d最低抗压强度为22.1MP，比MB值1.5时抗压强度低1.2MPa；7d的最低抗压强度为30.2MPa，比最高抗压强度低1.3MPa；28d的最低抗压强度为34.9MPa，比MB值1.0时抗压强度低1.4MPa。可以得出机制砂的MB值越高，同龄期混凝土抗压强度越低。且混凝土龄期越长，其抗压强度最大值与最小值的差值越来越大。机制砂MB值对混凝土的抗压强度影响较大。

从图9中可以看出，机制砂C相同的细度模数以及含粉量。随着MB值的增加对混凝土的和易性影响较小。MB值0.5至1.0时混凝土初始坍落度225mm，MB值1.0至3.0时混凝土的初始坍落度230mm。2h经时损失后各个MB值时的混凝土坍落度变化较大。MB值0.5至1.5时混凝土坍落度基本无变化，均为220mm。MB值1.5至3.0时，混凝土2h经时损失后的坍落度随MB增加而逐渐变小，在MB值3.0时混凝土坍落度最小205mm。机制砂的MB值越高，混凝土坍落度保持能力越差。因此工程应用，配制混凝土时尽量选取MB值的较低的机制砂，既能满足混凝土强度又能保证混凝土的工作性能。

3结论

⑴机制砂细度模数对聚羧酸减水掺量影响较小相差0.1%；混凝土各个龄期的抗压强度变化趋势相同均为先增加后减小，在细度模数2.5至2.7之间混凝土的各个龄期抗压最高分别为23.4MPa、32.5MPa、36.3MPa；细度模数对混凝土和易性影响较小初始坍落度均为230mm，细度模数2.5到2.7时，2h后坍落度最大215mm；配制混凝土时宜选用中砂，不仅具有良好的和易性，更能保证混凝土的强度。

⑵机制砂含粉量对聚羧酸减水剂掺量具有一定的影响，随着含粉量的增加掺量逐渐增加，机制砂含粉17.0%时掺量最高2.15%，与最低掺量相差0.2%；混凝土的和易性随着含粉量增加逐渐变好，混凝土初始坍落度逐渐变大相差10mm，同时含粉量越高混凝土的经时损失也越大；机制砂含粉量逐渐增加混凝土抗压强度出现先增加后降低的趋势，其中各龄期在含粉13.0%左右时抗压强度最高，分别为23.8MPa、32.9MPa、36.7MPa。

⑶MB值小于1.5时对外加剂以及混凝土性能影响较小。机制砂MB值大于1.5后对聚羧酸减水剂掺量影响较大，外加剂掺量出现直线上涨，在MB值3.0时掺量最高2.25%;混凝土各个龄期的抗压强度随着MB值增加逐渐降低，均在MB值3.0时混凝土的抗压强度最低分别为22.1MPa、30.2MPa、34.9MPa；MB值对混凝土初始和易性影响较小，但随着MB值的升高混凝土经时损失越来越大，MB值3.0时经时损失最大与初始坍落度相差25mm。

⑷配制混凝土时宜选用中砂细度模数在2.5至2.7，含粉量13.0%左右，MB值1.5以下的机制砂。此时机制砂配制的混凝土和易性良好，混凝土经时损失较小，对混凝土工作性能影响最小，抗压强度较好；同时对聚羧酸减水剂掺量影响最小。（来源：《广东建材》2024.11）

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