1引言
随着我国建筑业的迅猛发展，基础建设投资规模也逐年增加。建筑工程中大量消耗的混凝土中砂子占比较大，而传统混凝土使用的的天然砂也面临着数量不足的情况。机制砂作为可再生建材已经登上了建筑历史的舞台。机制砂中少量的石粉可以改善混凝土的和易性，但是有时石粉过多会导致混凝土黏聚性增加，从而无法满足现场施工需要。有学者通过试验研究得出，可以通过控制机制砂中的石粉含量，解决因石粉过多而导致的混凝土黏聚性增加的问题。但在实际施工中，为了控制机制砂生产成本，项目上使用的自产机制砂石粉含量一般较高，这对高标号混凝土的和易性带来很不利的影响。文章通过逐渐增加机制砂中石粉含量的试验方法，从水胶比和石粉吸附聚羧酸分子两个角度，分析机制砂石粉含量过高而导致混凝土黏聚性增加的原因。通过将谷氨酸钠复配到聚羧酸减水剂中以改善机制砂混凝土黏聚性增大的问题，找出石粉含量与谷氨酸钠用量的关系，并对谷氨酸钠改善机制砂混凝土粘聚性的作用机理进行初步探究。
2实验内容
2.1原材料
水泥：P.O42.5普通硅酸钙水泥，标准稠度用水量25.6%，广西虎鹰水泥有限公司；粉煤灰：烧失量3.12%，细度7.8%，需水量比94%，Ⅱ级灰，南宁国电发电有限公司；粗集料：河池永固，类别：碎石，规格：5～31.5mm；砂子为自产机制砂；拌和物用水：自来水；减水剂：自购母液小料自配，品种规格：聚羧酸系高性能减水剂（缓凝型）。
2.2试验步骤
该试验采用C35水下桩基混凝土的配合比，如表1所示。水胶比0.36；砂率44%；粉煤灰掺量25%；碎石级配（5～10mm:10～20mm:20～31.5mm）为2:4:4；施工坍落度要求180～220mm；扩展度≤600mm。
配比中机制砂的砂率不变，将机制砂中的石粉含量依次控制在3%、6%、9%、12%、15%。观察混凝土的保水性，做混凝土坍落度和拓展度实验，记录坍落度数据，测试拓展度到550mm时的时间，判断混凝土的流动性和黏聚性。通过调整减水剂中谷氨酸钠的用量试配混凝土，当试配的混凝土综合状态达到最佳时，得出谷氨酸钠最佳用量。将配合比E和配合比4的强度进行对比试验，试件制作和抗压强度试验均按《混凝土物理力学性能试验方法标准》（GB/T50081-2019）要求进行。
3试验结果与分析
3.1石粉对混凝土性能的影响
通过试验，当机制砂中掺入石粉含量不同，即3%、6%、9%、12%、15%，记录拌和物各项数据，如表2所示。
由图1可知，随着石粉含量的增加，混凝土的出机坍落度由小变大再大变小。当石粉含量为3%时，混凝土流动性较好，但静止后表面出现泌水现象，“扒底”较为严重。随着石粉含量的增加，泌水现象也逐渐消失，可见一定含量的石粉对混凝土的和易性具有良好的改善作用。但随着石粉含量的不断增加，混凝土的流动性会突然变差，拓展时间由6s突变为9s，已不能满足《铁路混凝土》（TB/T3275-2018）中扩展时间的要求。
将机制砂中的石粉看成配比中胶材的一部分，配合比中会形成新的“水胶比”，其石粉含量与新的“水胶比”之间的关系，如图2所示。
由图2可知，随着石粉的含量不断增加，其形成的新“水胶比”在大幅变小，致使拌和物中浆体的密度增大，加之石粉颗粒棱角较多摩擦力变大，导致混凝土流动性变慢，坍落度和拓展度变小，出机状态黏聚性增大。另外，石粉表面吸附了大量的母液高聚物分子，混凝土流动时也会阻碍浆体的流动。因此，混凝土黏聚性增加的原因主要是过量的石粉使浆体密度增大，形成新的“水胶比”且变小。石粉表面吸附了大量母液高聚物分子增加了浆体的流动难度，这也是拌和物黏聚性变大的原因。
3.2谷氨酸钠改善混凝土黏聚性初步探究
在实际复配减水剂工作过程中，发现谷氨酸钠可以改善因机制砂中石粉含量较大而导致的混凝土黏聚性增大的问题，为此，本节内容对谷氨酸钠改善混凝土黏聚性进行初步探究，并找出谷氨酸钠用量对应机制砂石粉含量的关系。以C35水下桩基混凝土配合比为基准，先用自产机制砂石粉含量15%时，聚羧酸系减水剂配方中谷氨酸钠用量与混凝土性能的关系，得出试验记录，如表3所示。
由表3可知，加入谷氨酸钠在2㎏/t以内，其拌和物黏聚性与不加谷氨酸钠（配合比E）相比无明显改变；当谷氨酸钠用量在4㎏/t时，相比配合比一坍落度和最终拓展度增大，拓展时间也由原来的11s减少到10s，但混凝土的黏聚性仍然较大；当谷氨酸钠用量增加到6㎏/t时，混凝土的黏聚性开始出现明显改善；当谷氨酸钠用量在8㎏/t时，混凝土的和易性最好，尤其是拓展时间变成6s，相比表2中配合比E缩短将近一倍，因此其流速也增加一倍，黏聚性明显降低；当谷氨酸钠用量为10㎏/t时，其黏聚性、流动性与谷氨酸钠用量在8㎏/t时几乎无差别，因此在该配比C35水下混凝土中，当机制砂石粉含量为15%时，谷氨酸钠的最佳用量为8㎏/t。按以上方法分别得出机制砂石粉含量为13%、14%、16%、17%时，所对应的谷氨酸钠的最佳用量为6㎏/t、7㎏/t、9㎏/t、10㎏/t。因此，机制砂中每1%的石粉含量对应谷氨酸钠最佳用量约为0.5kg。二组强度无差别，所以谷氨酸钠对混凝土强度无影响。配合比E和配合比4的强度对比，如图3所示。
此次试验是对谷氨酸钠改善机制砂黏聚性的初步探究，因此本节只进行初步推测，通过研究发现谷氨酸钠不是直接与石粉颗粒作用，而是与吸附于石粉表面的聚羧酸高分子发生作用。原理推测有以下两种。一是谷氨酸钠分子将吸附于石粉表面的聚羧酸高分子截断，石粉表面无长链高分子，这样石粉颗粒在流动时，可以减小石粉颗粒之间的摩擦力，使混凝土流动性变快，黏聚性降低；二是谷氨酸钠分子将吸附于石粉表面的聚羧酸高分子分散开来，使聚羧酸高分子均匀分于石粉颗粒表面，石粉颗粒之间流动时摩擦力变小，使混凝土流动性变快，黏聚性降低；由表3可以看到，加入谷氨酸钠后1h坍落度无明显损失，文章更倾向于推测二，其作用机理如图4所示。
4结论
第一，机制砂中的石粉使混凝土状态黏聚性增加的原因有两个方面。一是机制砂石粉的含量不断增加，而形成的新的“水胶比”大幅变小，拌和物中浆体的密度增大；二是石粉含量的增加使减水剂中减水母液用量增加，石粉表面吸附了大量的母液高聚物分子，使得混凝土流动时阻力增加。
第二，石粉含量与谷氨酸钠用量的关系为：机制砂中每1%的石粉含量对应谷氨酸钠最佳用量约为0.5kg。谷氨酸钠对混凝土强度无影响。
第三，谷氨酸钠作用原理推测是谷氨酸钠分子将吸附于石粉表面的聚羧酸高分子均匀分散开来，使石粉颗粒之间流动时摩擦力变得较为均匀，造成混凝土黏聚性降低。
