河砂含泥對機制砂混凝土性能的影響

林允肯

（永嘉縣榮昌混凝土有限公司，浙江 溫州 325100）

0 前言

基礎設施的大規(guī)模建設使得混凝土需求持續(xù)旺盛，帶動了混凝土原材料的大量使用，而國家對于天然砂石資源的管控使得天然砂供應短缺，市場成本居高不下，機制砂作為替代資源在混凝土生產(chǎn)中得到應用，取得了良好的經(jīng)濟和社會效益。機制砂顆粒級配較差，顆粒形狀不規(guī)整，含有一定的石粉，在使用過程中易受到含粉量、MB 值等因素影響[1]，需要對和不同材料搭配的使用效果進行研究。

天然河砂粒型規(guī)則，機制砂混凝土中河砂的加入能夠提高混凝土的漿骨比，改善混凝土的泵送效率，但隨著天然河砂資源的缺乏及開采難度的增加，天然河砂含泥已成為無法回避的問題，含泥量較多的河砂會影響混凝土的工作性能，并且混凝土的強度增長乏力，外加劑摻量也會增加[2]。

本文針對河砂含泥對機制砂混凝土性能的影響進行研究，以期為混凝土生產(chǎn)提供技術參考。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

（1）膠凝材料

水泥為海螺 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，水泥的性能指標見表 1；粉煤灰為Ⅱ級灰，需水比 98%，燒失量3.5%；礦粉：S95，比表面積 402m2/kg。

表 1 水泥的性能指標

（2）細集料

所取河砂細度模數(shù)為 1.5，含泥量 2%。本試驗將河砂進行反復沖洗，用 75μm 方孔篩取泥粉顆粒，進行烘干備用，按照質量比例稱取泥粉與干凈河砂混合，獲得不同含泥量的河砂。

機制砂為石灰質原石制得，細度模數(shù)為 2.7，石粉含量為 12%，MB 值 1.8。

所用石子為小石（5～10mm）和大石（10～25mm）按照 2:3 比例混合而成。

（3）外加劑

聚羧酸減水劑，含固量 17%，廠家推薦摻量為1.0%～4.0%，具體用量根據(jù)試驗效果而定。

1.2 試驗方法

（1）砂含泥量試驗及篩分試驗參照 GB/T 14684—2011《建筑用砂》進行。

（2）混凝土工作性能按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》進行混凝土坍落度及擴展度測試。

（3）混凝土力學性能試驗，按照 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》將混凝土充分拌和，成型 100mm×100mm×100mm 混凝土試件，覆膜養(yǎng)護 24h 后拆模，進行標準養(yǎng)護，測試混凝土3d、7d 和 28d 的抗壓強度。

（4）采用接觸法測試混凝土的干燥變形性能。按照混凝土配比成型尺寸 100mm×100mm×515mm 的棱柱體試件，每組 3 塊，并預埋測頭，帶模養(yǎng)護 1d 后脫模，測試室內(nèi)（(20±2)℃、相對濕度為 50%）和標準養(yǎng)護（(20±5)℃、相對濕度≥95%）下不同齡期的混凝土收縮率，計算公式如下：

式中：

εt——試驗期為 t(d) 的混凝土收縮率，%；

L0——時間長度的初始度數(shù)，mm；

Lt——試件在試驗期 t(d) 時測得的長度讀數(shù)，mm；

Lb——試件的測量標距，mm。

1.3 混凝土配合比

本試驗選擇 C30 混凝土，混凝土基礎配合比及各原材料用量見表 2。

表 2 混凝土配比及原材料用量 kg/m3

2 試驗結果及討論

2.1 河砂含泥量對外加劑摻量的影響

河砂的泥粉為 75μm 以下的細小顆粒，泥粉特殊的分子結構使得其易吸水產(chǎn)生膨脹，同時對于外加劑也表現(xiàn)出較強的吸附性。以 C30 混凝土為例，測試混凝土坍落度在 (220±10)mm 時的外加劑摻量，探究河砂含泥對外加劑摻量的影響，結果見表 3 和圖 1。

表 3 河砂含泥量對外加劑摻量的影響

圖 1 含泥量對外加劑摻量的影響

表 3 和圖 1 結果顯示，河砂含泥量從 0 增加至15%，混凝土中外加劑摻量呈現(xiàn)大幅增加，外加劑對混凝土工作性能的改善效果明顯下降。

水泥加水后，水分被水泥顆粒包裹，外加劑的加入使得水泥表面顆粒附著同向電荷，從而使水泥包裹的水分得到釋放，混凝土流動性增加[3]。泥粉對外加劑的吸附優(yōu)先膠凝材料顆粒，使得外加劑分子首先吸附在泥粉顆粒表面[4]，無法直接作用在水泥顆粒，使得外加劑摻量增加，對混凝土流動性的作用效果降低。

2.2 河砂含泥對混凝土工作性能

混凝土良好的工作性能是保證混凝土強度和耐久性保證的前提，拌合物良好的和易性和坍落度保持能力是衡量混凝土出機質量的重要指標。以表 2 混凝土配比為基礎，研究不同機砂含泥量對混凝土工作性能的影響，結果見表 4。

表 4 河砂含泥量對混凝土工作性能的影響

表 4 的試驗結果顯示，河砂含泥增多，混凝土拌合物的坍落度和擴展度都有不同程度的下降。河砂含泥低于 2.5% 時，混凝土初始坍落度和擴展度相比不含泥河砂損失較小，且 1h 后的混凝土坍落度和擴展度損失也相對較低；當河砂含泥量進一步增加，混凝土拌合物初始狀態(tài)降低明顯，混凝土流動性顯著降低，經(jīng)時坍損也大幅增加；當河砂含泥在 15% 時，在相同的外加劑摻量下，混凝土初始坍落度相比基準下降 20%，1h 坍落度下降超過 30%。

2.3 河砂含泥量對混凝土抗壓強度的影響

抗壓強度反映了混凝土結構抵抗外來荷載和自身應力的能力，抗壓強度的影響因素較多，原材料質量、配合比設計以及施工養(yǎng)護優(yōu)劣都對混凝土強度造成影響，河砂含泥會造成混凝土工作性能下降，對混凝土抗壓強度也會產(chǎn)生一定影響，對此測試不同含泥量的河砂拌制的混凝土的 3d、7d、28d 抗壓強度表 5、圖 2。

表 5 河砂含泥量對混凝土抗壓強度的影響

圖 2 河砂含泥量對混凝土不同齡期強度的影響

表 5 和圖 2 結果顯示隨著河砂含泥量增加，混凝土3d、7d 和 28d 抗壓強度出現(xiàn)不同程度的降低，當河砂含泥量較低時（2.5%）混凝土抗壓強度下降幅度不大，這是因為砂中一定含泥能夠對水分形成一定包裹，使得混凝土保水性提高，當砂中泥含量進一步增加，泥對外加劑和水分的吸收大幅降低了混凝土的工作性能，這些泥粉顆粒吸附在膠凝材料表面，使得漿體和骨料的結合能力下降，混凝土出現(xiàn)更多的微裂紋，混凝土強度下降。圖 2 結果同時可以看出河砂含泥對混凝土 28d 強度影響較大，這是因為泥粉對水分的吸附較快，失水也較快，混凝土持續(xù)水化所需水分不足，混凝土膠凝產(chǎn)物生成量少，對強度的影響更加明顯。

2.4 河砂含泥量對混凝土體積收縮的影響

泥粉容易吸收水分從而產(chǎn)生體積膨脹，當環(huán)境干燥水分容易散失，河砂含泥對混凝土有效水膠比造成波動，使得混凝土需水量增加，養(yǎng)護不善對混凝土體積穩(wěn)定性造成一定影響，試驗測試了河砂含泥對標準養(yǎng)護和室內(nèi)干燥養(yǎng)護下的混凝土收縮的影響，結果見表 6、圖3。表 6 和圖 3 結果顯示無論標準養(yǎng)護還是干燥養(yǎng)護，河砂中泥含量增加都會加大混凝土的體積收縮，當干燥養(yǎng)護時，水分不足，水泥水化需要較多的水分，泥粉對水分的包裹使得水泥水化受阻，水化硅酸鈣和鈣礬石生成量不足，無法起到補償收縮的作用，隨著齡期增長，泥粉包裹的水分又加速散失，混凝土內(nèi)部微裂紋增多，進一步加大了混凝土的收縮。標準養(yǎng)護下，水分能夠得到良好補給，水泥水化所需水分充足，混凝土生成的水化產(chǎn)物能夠部分補償混凝土收縮，進而混凝土的體積收縮大幅降低。

表 6 河砂含泥對混凝土體積收縮的影響（×10-6）

圖 3 河砂含泥對機制砂混凝土收縮的影響

3 結論

（1）河砂含泥增加，混凝土達到相同工作狀態(tài)所需的外加劑用量增加，說明砂中的泥會增大對外加劑的吸附，使得外加劑的減水效率下降。

（2）含泥量對混凝土初始工作狀態(tài)影響較大，較低含量的含泥能夠提高混凝土的保水性，但都使得混凝土工作性能下降，混凝土經(jīng)時坍損也隨著砂中泥含量增加而提高。

（3）含泥量較低（2.5% 以下）時混凝土抗壓強度損失相對較少，含泥量增加對各齡期混凝土強度均有負面影響，且對于混凝土 28d 抗壓強度影響更為顯著。

（4）河砂含泥會增大混凝土體積收縮，良好的養(yǎng)護條件有利于機制砂混凝土降低收縮，含泥量相同的同齡期混凝土，標準養(yǎng)護收縮低于干燥養(yǎng)護。