隨著天然砂的日益匱乏，機制砂在混凝土中的應用越來越廣泛，機制砂代替天然砂在混凝土中使用將成為必然的趨勢。為此，福建省適時地出臺相應的文件，要求分批次、分區(qū)域采用機制砂拌制混凝土，緩解天然砂短缺的現(xiàn)狀。本文著重研究了機制砂混凝土中不同砂率、不同石粉含量對混凝土性能的影響，總結(jié)出相關(guān)規(guī)律，實現(xiàn)對機制砂的更好的利用。
機制砂的特點及石粉的作用機理
機制砂的特點
(1)表面粗糙、棱角多。
(2)細度模數(shù)大，顆粒級配集中，通過0.315mm篩孔的顆粒在8%~13%之間。
(3)孔隙率大。
石粉的作用機理
(1)微集料填充作用。石粉顆粒很小，在混凝土中可起微集料作用，充填到微小的孔隙中，同時參與水化反應，物理充填和水化反應產(chǎn)物充填共同作用，比惰性微集料單純的物理充填效果更好，使混凝土更加密實，從而提高了混凝土的強度。
(2)保水增稠作用。一方面石粉可以吸收混凝土中的用水，在一定程度上增加混凝土的單位立方米用水量，隨著石粉含量提高，混凝土的黏度不斷增大，有效降低了混凝土拌合物離析和泌水的風險;另一方面，在混凝土硬化過程中，石粉會釋放其吸收的水分，用于補償混凝土后期水化用水，從而減少了混凝土的收縮。
原材料及試驗方法
原材料
(1)水泥：春馳P.O42.5R;
(2)細集料：花崗巖加工的機制砂(II級砂、細度模數(shù)為3.6、石粉含量9.6%);
(3)粗集料：5~31.5mm的連續(xù)粒級的花崗巖碎石;
(4)石粉：機制砂成產(chǎn)過程中產(chǎn)生的石粉;
(5)外加劑：聚羧酸Point-400S減水劑，含固量13.6%，減水率20%;
(6)自來水。
實驗方法
混凝土拌合物性能依據(jù)GB/T50080《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》的規(guī)定進行，混凝土抗壓強度依據(jù)GB/T50081《普通混凝土力學性能試驗方法標準》的規(guī)定進行。
試驗結(jié)果與分析
實驗配合比
以C30機制砂泵送混凝土為研究對象，主要研究了機制砂砂率、石粉含量對混凝 土工作性和強度的影響，C30混凝土基準配合比見表1。
表1 C30基準配合比
自配機制砂對混凝土性能的影響
利用實際生產(chǎn)的機制砂配制出符合國家標準的II級砂(細度模數(shù)為2.8，級配與天然砂相同)，分別以38%、39%、40%、41%、42%、43%的砂率配制混凝土，然后進行混凝土拌合物性能和抗壓強度試驗，試驗結(jié)果見表2和圖1。
▲ 圖1 自配機制砂對混凝土性能的影響
由表2、圖1中可以看出，在同樣的顆粒級配下，采用自配機制砂配制的混凝土，其工作性較之天然砂配制的混凝土差一些，分析應是機制砂的顆粒表面粗糙，棱角較多從而導致混凝土的工作性能差于天然砂，從泵送要求來看，還要采取其他措施來改善機制砂的流動性;從強度上看，機制砂混凝土的強度較之天然砂有所提高，分析同樣是機制砂的特點，提高了其與膠凝材料的結(jié)合度從而為其混凝土強度作貢獻。因而綜合考慮，在設計機制砂泵送混凝土的配合比時，水灰比將有所增加，其砂率也有所提高，根據(jù)具體使用機制砂的情況，砂率選定在40%~42%比較合理。
實際生產(chǎn)的機制砂對混凝土性能的影響
利用實際生產(chǎn)的機制砂，分別以38%、39%、40%、41%、42%、43%的砂率配制混凝土，然后進行混凝土拌合物性能和抗壓強度試驗，試驗結(jié)果見表3和圖2。
▲ 圖2 實際生產(chǎn)機制砂對混凝土性能的影響
從表3、圖2中可以看出，相比自配機制砂，采用實際生產(chǎn)的機制砂，其混凝土的工作性能有所下降，其石粉在混凝土發(fā)揮了吸水作用，同時機制砂的顆粒級配較為集中，導致混凝土易產(chǎn)生離析泌水，同樣因為實際生產(chǎn)的機制砂顆粒集中不連續(xù)，導致混凝土中空隙沒有得到有效填充，從而導致混凝土的密實度有所降低，混凝土強度低于自配機制砂強度。
不同石粉含量對混凝土性能的影響
分別采用6%、8%、10%、12%、14%、16%、18%的石粉含量配制混凝土，然后進行混凝土拌合物性能和抗壓強度試驗，試驗結(jié)果見表4和表3。
▲ 圖3 石粉含量對混凝土性能的影響
從表4、圖3可以看出，隨著石粉含量的增加，混凝土的粘聚性有所改善，石粉含量超過一定范圍后，混凝土的坍落度呈減少趨勢，將不利于混凝土的泵送施工，分析因為石粉吸水作用導致初始階段水分沒有得到有效的利用;在一定范圍內(nèi)隨著石粉含量的增加，其混凝土強度逐漸增加，分析應為混凝土中的石粉發(fā)揮了作用，在混凝土的硬化過程中，石粉發(fā)揮了微集料填充的作用，填充密實了混凝土空隙，提高了混凝土密實度，石粉的保水作用也為混凝土水化反應提供了保證進而提高混凝土強度。綜上所述，機制砂泵送混凝土中石粉含量在10%~14%內(nèi)是適宜的。
結(jié)論及建議
(1)采用機制砂配制泵送混凝土，因機制砂顆粒表面粗糙、棱角多，石粉含量較多，可以和膠凝材料更好地結(jié)合，有利于混凝土強度的提高，但機制砂的這些特點又極大地降低了混凝土的流動性，導致可泵性降低，因而在生產(chǎn)使用中還需采用其他的技術(shù)措施來改善混凝土的工作性能，以利于施工的進行。施工過程中應開展有效性的澆筑施工監(jiān)督，保障施工水平和效率。
(2)在機制砂的生產(chǎn)中，應嚴格控制砂的顆粒級配，機制砂的細度模數(shù)不宜大于3.2，顆粒級配應符合建筑用砂標準的II區(qū)的要求。
(3)機制砂用于泵送混凝土，若要達到良好的工作性必須含有一定數(shù)量的石粉，石粉含量在10%~14%是適宜的。
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