機制砂級配對大流態(tài)混凝土性能的影響

我國每年砂石用量超過99.9億萬噸，建設(shè)規(guī)模的發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的矛盾日益凸顯，天然砂限制開采或無資源可采。為緩解供需矛盾機制砂逐漸進(jìn)入預(yù)制混凝土拌制生產(chǎn)中。

級配是指不同大小顆粒的相互搭配、填充的情況，在《建設(shè)用砂》規(guī)范（GB/T14684-2011）中砂子的級配分為三區(qū)，分區(qū)評定標(biāo)準(zhǔn)是一較大的范圍數(shù)值。同在一個級配區(qū)，細(xì)度模數(shù)相近，但是粒級分布不同，級配曲線就會存在較大差異。顆粒分配占比不同，導(dǎo)致骨料相互填充程度不同，相同配比下混凝土表現(xiàn)出的工作性能也存在差異。

該文主要研究機制砂級配對大流態(tài)混凝土和易性及強度的影響，通過和易性及強度的檢測得出相應(yīng)試驗數(shù)據(jù)，找出機制砂級配曲線特征與大流態(tài)混凝土工作性能的關(guān)聯(lián)性，為機制砂的生產(chǎn)和使用提供相應(yīng)的技術(shù)指導(dǎo)。

1級配對大流態(tài)混凝土和易性的影響

機制砂級配曲線形狀多樣，機制砂級配不良同樣是導(dǎo)致混凝土拌合物和易性不佳的重要因素，因此有關(guān)機制砂級配如何合理控制是工程應(yīng)用重點關(guān)注的問題之一。

1.1原材料選用

水泥：水泥采用金隅水泥，標(biāo)號為P·O42.5。

粉煤灰：Ⅱ級粉煤灰，細(xì)度10.2%，燒失量4.3%，99.9%的需水量比。

砂：冀東集團(tuán)石灰石機制砂，細(xì)度模數(shù)為2～3之間，石粉量5%，MB值為0.5；石灰石礦屬一等品。

碎石：較大粒徑不超過20mm的碎石，連續(xù)級配。

外加劑：聚羧酸減水劑。

拌合水：普通飲用水。

1.2試驗方法

機械篩篩分，對各級配顆粒繪制曲線，研究機制砂級配對混凝土和易性的影響。

篩分：依據(jù)GB/T14684-2011《建筑用砂》標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行篩分試驗，將<0.075mm、0.075～0.15mm、0.15～0.3mm、0.3～06mm、0.3～0.6mm、0.6～1.18mm、1.18～2.36mm、2.36～4.75mm各粒徑范圍級配分別進(jìn)行篩分。

機制砂篩分結(jié)果見表1，篩分曲線見圖1。

和易性試驗：目前沒有能夠全面反映拌合物和易性的檢測方法，依據(jù)實際常用方法，此次試驗常采用坍落度輔以擴展度的方法評定流動性；坍落、擴散形態(tài)評定粘聚性；肉眼觀測泌水泌漿程度評定保水性。

1.3試驗數(shù)據(jù)及分析

配置C40，坍落度不低于200mm，擴展度為（500±50mm）的混凝土。配合比為：B∶S∶G∶W=480∶710∶1160∶230，（膠凝材料由水泥和粉煤灰組成，其中水泥∶粉煤灰=2∶8），減水劑摻量為1.2%。和易性測定結(jié)果如表2所示。

結(jié)合圖1機制砂級配曲線及表2和易性測定結(jié)果分析得出以下結(jié)論。

JP1粗大顆粒較少，0.15～0.6粒徑顆粒占比大，骨料整體偏細(xì)，屬于Ⅲ區(qū)過細(xì)砂。級配曲線呈現(xiàn)開口向上的下凸拋物線形狀，上部平緩，中下部較陡。相同質(zhì)量下，總表面積偏大，在配比不變的情況下，漿體不足以包裹砂石表面，拌合物流動性降低，界面包裹不足，導(dǎo)致硬化后強度偏低。

JP2機制砂中，0.15～1.18顆粒占比大，級配曲線形狀接近拉伸正S型，級配曲線上部較平，中下部較陡，整體曲線接近Ⅱ區(qū)上限，說明砂子仍然偏細(xì)，總表面積偏大（略好于JP1）因此，和易性略優(yōu)于LP1。

JP3級配曲線位于Ⅱ區(qū)中間，呈現(xiàn)拉伸正S型，大中小各種粒徑顆粒占比均衡，充分發(fā)揮出0.60～4.75mm粒級連續(xù)性作用，骨料整體性能明顯更好?？偙砻娣e較LP1、LP2偏小，且骨料之間相互填充，因此，拌合物表現(xiàn)出的流動性和粘聚性都較好。

JP4級配曲線接近Ⅱ區(qū)下限，基本呈現(xiàn)拉伸正S型。上部陡峭，下部平緩，說明粗大顆粒較多，顆粒間相互填充不好，因此漿體包裹骨料之余需要填充空隙，流動性略有降低。顆粒偏粗，粘聚性和保水性稍差。JP5級配曲線呈現(xiàn)拉伸反S型，較JP4兩端平緩，粒級集中在0.3～2.36之間，大、小顆粒偏少，雖然整體較JP4偏細(xì)小，但相互填充性不好，孔隙率偏大，為此流動性和保水性有所降低。

2級配對混凝土強度的影響

2.1檢測方法

根據(jù)GB/T50107-2010規(guī)定，對混凝土拌合物進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，試模變長為99.9mm，養(yǎng)護(hù)溫度為并測得不同級配下拌合物硬化后的強度，分析級配曲線特征于強度的關(guān)系。

2.2試驗數(shù)據(jù)分析

不同級配下混凝土的強度檢測如圖2所示。

影響混凝土力學(xué)性能的關(guān)鍵因素是漿體的數(shù)量和稠度。在水膠比和漿體數(shù)量一定的前提下，機制砂級配特征影響混凝土成型質(zhì)量，粘結(jié)界面強度、骨架合理性等方面，間接導(dǎo)致混凝土力學(xué)性能差異；因此，機制砂級配特征也是影響混凝土力學(xué)性能的重要因素之一。

由圖2分析可知，配置出來的混凝土，無論是7d還是28d強度，較高的是編號為JP3的機制砂，強度較低的是編號為JP1、JP2的機制砂。

JP1砂子較細(xì)，粒徑集中在0.6mm以下，1.18mm以上的粗大顆粒相對含量較少，混凝土內(nèi)部骨架不合理，骨料總表面積偏大，導(dǎo)致部分顆粒表面包裹不充分甚至無包裹。界面連接性差，因此強度偏低。

JP3機制砂顆粒主要分布在0.60～4.75mm之間，充分體現(xiàn)了大中小顆粒的均勻性和相互填充性，拌合物中骨架整體性較好，顆?？偙砻娣e適中，因此既能保證漿體包裹骨料之后的流動性，又能保障界面連接，因此7d和28d強度較高。

JP4和JP5砂子略粗，顆粒主要集中在0.6mm以上，中大顆粒較多，總表面積偏小，界面包裹效果好，但總的界面連接比JP3稍弱，因此強度等級略有降低。

3結(jié)語

(1)隨著機制砂級配整體粗細(xì)程度的變化，骨料總表面積隨之改變，混凝土拌合物的和易性也各有不同，一般來說，機制砂越細(xì)，級配曲線下部越陡，和易性越差，位于Ⅱ區(qū)中間的呈現(xiàn)拉伸正S型的級配利于和易性的改善。

(2)影響混凝土強度的不僅僅有界面粘結(jié)力還有內(nèi)部骨架的填充程度，試驗表明0.6～4.75mm之間，顆粒分布越均勻，混凝土骨架填充程度越好，硬化之后的強度越大，和易性也有保障。

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