夏志偉,陳俊,熊義?。?.中國(guó)葛洲壩集團(tuán)水泥有限公司,湖北 武漢 430040;2.中國(guó)葛洲壩集團(tuán)水泥有限公司技術(shù)咨詢分公司,湖北 武漢 430040)
隨著建筑工程行業(yè)的快速發(fā)展,天然砂資源的緊缺,機(jī)制砂逐步取代河砂,廣泛應(yīng)用于各大重點(diǎn)工程中[1]。由于部分地區(qū)機(jī)制砂應(yīng)用時(shí)間較短,機(jī)制砂生產(chǎn)材料、設(shè)備、工藝等多方面影響[2-4],在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn),與河砂相比,機(jī)制砂應(yīng)用于混凝土中存在質(zhì)量波動(dòng)范圍大,對(duì)聚羧酸減水劑敏感性強(qiáng)等問題,主要表現(xiàn)在混凝土流動(dòng)性差、包裹性差、容易離析泌水,外加劑摻量高,混凝土塌落度損失快等,影響了機(jī)制砂的推廣和應(yīng)用[5-6]。
本文針對(duì)不同巖性、含量和細(xì)度的機(jī)制砂石粉對(duì)聚羧酸減水劑性能影響開展試驗(yàn),研究機(jī)制砂石粉對(duì)減水劑性能的影響,從而指導(dǎo)機(jī)制砂的生產(chǎn)和混凝土減水劑類別的選用,具有一定的實(shí)際意義。
水泥采用葛洲壩三峽牌PII 42.5水泥,堿含量為0.41%。粉煤灰選用華能應(yīng)城熱電有限責(zé)任公司生產(chǎn)的II級(jí)粉煤灰,細(xì)度為9.4%,燒失量為2.68%,需水量比為94%。外加劑采用中交二航新材公司生產(chǎn)的CP-J聚羧酸外加劑。機(jī)制砂為石灰?guī)r、花崗巖、玄武巖經(jīng)過水洗、破碎、整形制備而成。
(1)飽和點(diǎn)。采用水泥膠砂試驗(yàn),通過改變減水劑摻量,觀察膠砂擴(kuò)展度及泌水情況,判斷聚羧酸減水劑的飽和摻量。飽和點(diǎn)的確認(rèn):在基礎(chǔ)摻量上每次增加0.1%~0.2%減水劑量,并重復(fù)上述操作,直至膠砂擴(kuò)展度沒有變化或出現(xiàn)泌水環(huán)為止,則前一次減水劑用量為其飽和點(diǎn)。
(2)膠砂試驗(yàn)。膠砂試驗(yàn)質(zhì)量配合比:水泥=450 g,機(jī)制砂=1 350 g,水膠比為0.38。膠砂流動(dòng)度試驗(yàn)按照《水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定方法》(GB/T 2419—2005)進(jìn)行。
(3)保坍性能。通過測(cè)試膠砂0,30,60,90,120 min時(shí)流動(dòng)度,通過變化值來表征。
(4)含氣量。采用混凝土試驗(yàn),根據(jù)GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》。
2.1.1 不同巖性機(jī)制砂石粉對(duì)減水劑飽和摻量影響
分別采用石灰?guī)r、花崗巖、玄武巖三種機(jī)制砂進(jìn)行試驗(yàn),三種機(jī)制砂含粉量均控制在10%±0.5%,MB值控制在1.0±0.2,細(xì)度模數(shù)控制在2.8±0.2。不同巖性機(jī)制砂與三種聚羧酸減水劑進(jìn)行飽和點(diǎn)試驗(yàn),三種聚羧酸減水劑分別為酯類減水劑(J-1)、醚類減水劑(J-2)、醚酯共聚類減水劑(J-3),數(shù)據(jù)如圖1所示。
圖1 不同巖性機(jī)制砂與聚羧酸減水劑的飽和摻量
通過圖1得知,不同巖性的機(jī)制砂與不同類型的聚羧酸減水劑的飽和摻量均不相同,玄武巖機(jī)制砂中三種減水劑的的飽和摻量均高于其他兩種機(jī)制砂,表明相同條件下,采用玄武巖機(jī)制砂,需提高減水劑的摻量來達(dá)到同等工作性能。石灰?guī)r機(jī)制砂與花崗巖機(jī)制砂中減水劑飽和點(diǎn)摻量均表現(xiàn)出J-1酯類減水劑的摻量最高,相比其他兩類減水劑,酯類減水劑減水率偏低,造成飽和摻量較高,但J-1酯類減水劑在三種機(jī)制砂中減水劑飽和點(diǎn)變化較小,表明J-1酯類減水劑對(duì)機(jī)制砂骨料巖性變化有較好的適應(yīng)性,適用于機(jī)制砂骨料來源復(fù)雜、頻繁變化的混凝土。J-2醚類減水劑在灰?guī)r機(jī)制砂與花崗巖機(jī)制砂中的飽和點(diǎn)摻量是最低,表現(xiàn)出高的減水率和分散性,但在玄武巖機(jī)制砂中飽和點(diǎn)摻量大幅提高,出現(xiàn)較大變化,表明J-2醚類減水劑適合用于石灰?guī)r和花崗巖機(jī)制砂混凝土,具有高減水率和低成本優(yōu)勢(shì),巖性變化對(duì)J-2醚類減水劑有較大的影響,玄武巖機(jī)制砂混凝土中提高J-2減水劑摻量。J-3醚酯共聚類減水劑性能介于J-1和J-2之間。
2.1.2 不同石粉含量機(jī)制砂石粉對(duì)減水劑飽和摻量影響
選用石灰?guī)r機(jī)制砂,通過水洗分離出粒徑0.075 mm以下石粉,石粉經(jīng)過烘干處理后按照0,5%,10%,15%,20%質(zhì)量比配制成不同石粉含量的機(jī)制砂。不同石粉含量機(jī)制砂砂漿流動(dòng)度隨減水劑摻量變化及聚羧酸減水劑的飽和摻量數(shù)據(jù)見圖2~7。
圖2 砂漿流動(dòng)度隨J-1減水劑摻量變化
圖3 石粉含量對(duì)J-1減水劑飽和影響
圖4 砂漿流動(dòng)度隨J-2減水劑摻量變化
通過圖2~7實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,對(duì)于3種減水劑而言,隨機(jī)制砂中石粉含量的增加,減水劑的飽和點(diǎn)增大,混凝土中減水劑摻量逐步增大。通過砂漿流動(dòng)度隨減水劑摻量變化情況看出,減水劑接近飽和點(diǎn)摻量時(shí),隨著石粉含量增加,砂漿流動(dòng)度變化越大,表現(xiàn)出減水劑摻量敏感性加強(qiáng),摻量的細(xì)微增加就會(huì)導(dǎo)致砂漿流動(dòng)度很大的變化,使得減水劑摻量可調(diào)范圍小,不利于現(xiàn)場(chǎng)控制。對(duì)比三種減水劑而言,J-1酯類和J-3醚酯共聚類減水劑在高石粉機(jī)制砂中流動(dòng)度隨摻量變化相對(duì)較小,J-2醚類在高石粉機(jī)制砂中接近飽和摻量時(shí)流動(dòng)性變化較大,表現(xiàn)出明顯的減水劑敏感性[7]。根據(jù)上述結(jié)果分析,在石粉含量較高和波動(dòng)性較大的機(jī)制砂混凝土中,混凝土的流動(dòng)性會(huì)隨減水劑摻量變化出現(xiàn)較大的波動(dòng),需要嚴(yán)格控制減水劑摻量及調(diào)整范圍,宜采用酯類減水劑和醚酯共聚類減水劑,降低混凝土減水劑摻量敏感性。
圖5 石粉含量對(duì)J-2減水劑飽和影響
圖6 砂漿流動(dòng)度隨J-3減水劑摻量變化
圖7 石粉含量對(duì)J-3減水劑飽和影響
2.1.3 不同細(xì)度石粉機(jī)制砂石粉對(duì)減水劑飽和摻量影響
選用石灰?guī)r機(jī)制砂,通過水洗去除0.075 mm粒徑以下石粉,按照8%的質(zhì)量比,分別摻入300目、500目、700目、1000目的磨細(xì)石灰石粉。不同細(xì)度的石粉機(jī)制砂與聚羧酸減水劑的飽和點(diǎn)數(shù)據(jù)見圖8~9。
圖8 J-3減水劑流動(dòng)度隨摻量變化
從圖8中可以看出,當(dāng)石粉細(xì)度在300~700目時(shí),砂漿流動(dòng)隨減水劑變化趨勢(shì)相近,隨著細(xì)度的增加,砂漿流動(dòng)度逐步增大,主要是由于石灰石粉具有較低的需水量和減水劑吸附性[8-9],隨著石粉細(xì)度的增加,能夠?qū)λ嗥鸬接行У奶畛渥饔?,置換出更多的自由水,提高了砂漿的流動(dòng)性。當(dāng)石粉細(xì)度為1 000目時(shí),砂漿流動(dòng)性急劇降低,同時(shí)在接近飽和摻量時(shí)表現(xiàn)出明顯的減水劑摻量敏感性。
從圖9中可以看出:石粉細(xì)度對(duì)減水劑的飽和摻量點(diǎn)有影響,700目石粉機(jī)制砂表現(xiàn)出較低的飽和摻量,有利于降低機(jī)制砂混凝土的減水劑用量。1 000目石粉機(jī)制砂的飽和摻量大幅增加,在機(jī)制砂混凝土中需要提高減水劑摻量。
圖9 J-3減水劑流動(dòng)度隨摻量變化
2.1.1 不同巖性機(jī)制砂石粉對(duì)減水劑保坍性能影響
針對(duì)三種巖性的機(jī)制砂按上述飽和點(diǎn)試驗(yàn)所確定的J-1、J-2、J-3減水劑飽和摻量進(jìn)行砂漿試驗(yàn),測(cè)試膠砂流動(dòng)度的0,30,60,90,120 min時(shí)的流動(dòng)度,來表征減水劑的保坍性,見圖10~12。
圖10 J-1減水劑砂漿流動(dòng)度隨時(shí)間變化
圖11 J-2減水劑砂漿流動(dòng)度隨時(shí)間變化
圖12 J-3減水劑砂漿流動(dòng)度隨時(shí)間變化
從圖10~12減水劑砂漿流動(dòng)度隨時(shí)間變化可以看出,對(duì)于同種減水劑在三種不同巖性的機(jī)制砂中均表現(xiàn)出,膠砂流動(dòng)性均隨時(shí)間的增加而降低,相比石灰?guī)r機(jī)制砂、花崗巖機(jī)制砂,玄武巖機(jī)制砂膠砂流動(dòng)性變化最為明顯,膠砂流動(dòng)性經(jīng)時(shí)損失大;摻有J-1酯類減水劑、J-3醚酯共聚型減水劑的膠砂中,花崗巖機(jī)制砂、玄武巖機(jī)制砂、灰?guī)r機(jī)制砂均有相近的流動(dòng)性損失情況;J-2醚類聚羧酸減水劑在石灰?guī)r機(jī)制砂、花崗巖機(jī)制砂流動(dòng)性損失與其他兩種減水劑相近,在玄武巖機(jī)制砂膠砂組工作性損失較大。根據(jù)上述結(jié)果分析,在玄武巖機(jī)制砂混凝土中,可能表現(xiàn)出坍落度損失較大的問題,宜采用酯類減水劑,或適當(dāng)提高減水劑保坍組分。
2.1.2 不同石粉含量機(jī)制砂石粉對(duì)減水劑保坍性能影響
不同石粉含量(5%,10%,15%,20%)機(jī)制砂,按上述飽和點(diǎn)試驗(yàn)所確定的J-3減水劑飽和點(diǎn)處,測(cè)試膠砂流動(dòng)度的經(jīng)時(shí)變化來表征減水劑的保坍性。
由圖13砂漿流動(dòng)度60min損失值可知:隨著石粉含量增加,砂漿流動(dòng)度60 min損失值逐漸增大,三種減水劑保坍性能逐漸下降。石粉含量在5%~10%之間時(shí),流動(dòng)度損失值變化較小,當(dāng)石粉含量超過15%時(shí),砂漿流動(dòng)度損失值增加較快,減水劑的保坍性能大幅下降。根據(jù)上述結(jié)果分析,機(jī)制砂石粉含量超過10%時(shí),機(jī)制砂混凝土中減水劑的保坍性可能大幅下降,需要合理控制石粉含量,及時(shí)調(diào)整減水劑的保坍組分。
圖13 J-3減水劑砂漿流動(dòng)度60 min損失值
2.2.3 不同細(xì)度石粉機(jī)制砂石粉對(duì)減水劑保坍性能影響
采用不同細(xì)度的石粉按照8%的比例摻入到不含石粉的機(jī)制砂中,研究石粉細(xì)度對(duì)減水劑保坍性能的影響,見圖14。
圖14 不同細(xì)度石粉的機(jī)制砂60 min砂漿流動(dòng)損失值
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)石粉細(xì)度小于等于700目時(shí),隨著石粉含量的提高,砂漿60 min流動(dòng)度損失基本不變,對(duì)減水劑的保坍性能影響較小,當(dāng)石粉細(xì)度為1 000目時(shí),砂漿流動(dòng)度60 min損失值急劇增加,減水劑的保坍性能下降。
為了保證混凝土具有良好的工作狀態(tài),通常外加劑中會(huì)復(fù)配一定量的引氣劑,采用引氣劑相同的外加劑,在保證坍落度一致的情況下,測(cè)試不同石粉含量機(jī)制砂拌制混凝土的含氣量。結(jié)果見圖15。
圖15 不同巖性機(jī)制砂混凝土含氣量
結(jié)果表明,不同巖性機(jī)制砂制備的混凝土出機(jī)含氣量差異較小,母巖類型對(duì)減水劑的引氣性能影響較小。相比而言,玄武巖機(jī)制砂混凝土1h含氣量較低,混凝土含氣量損失較大。
不同石粉含量機(jī)制砂混凝土含氣量見圖16。結(jié)果表明隨著石粉含量的增加,機(jī)制砂混凝土含氣量先增加后減小。本實(shí)驗(yàn)中石粉含量在5%時(shí)減水劑引氣效果最好,但混凝土保氣性能較差,石粉含量為10%時(shí),減水劑的引氣性能及混凝土的保氣性能較好。這主要是由于石粉含量較低時(shí),混凝土狀態(tài)較差,容易出現(xiàn)泌水,漿體黏度低,導(dǎo)致混凝土難以引入穩(wěn)定氣泡;隨著石粉含量的增加,混凝土漿體黏度適中,引氣劑容易引入氣泡,同時(shí)混凝土具有良好的保氣性能;當(dāng)石粉含量較高時(shí),混凝土黏度繼續(xù)增加,漿體表面張力增大,使得引氣劑很難引入氣泡,混凝土含氣量低,工作狀態(tài)差。
圖16 不同石粉含量機(jī)制砂混凝土含氣量
不同石粉含量機(jī)制砂混凝土含氣量見圖17。
圖17 不同石粉細(xì)度機(jī)制砂混凝土含氣量
圖17結(jié)果表明隨著機(jī)制砂石粉細(xì)度增加,混凝土含氣量呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢(shì),石粉細(xì)度為500目時(shí),減水劑的引氣性能最佳。不同細(xì)度石粉的機(jī)制砂混凝土的含氣量損失情況基本相近,對(duì)混凝土保氣性能影響較小。
上述研究表明石粉含量對(duì)引氣劑有很大影響,為保證混凝土具有適當(dāng)?shù)暮瑲饬亢土己玫墓ぷ鳡顟B(tài),需要根據(jù)機(jī)制砂石粉含量調(diào)整減水劑中的引氣劑用量。
(1)不同巖性的機(jī)制砂對(duì)聚羧酸減水劑的影響各不相同,玄武巖機(jī)制砂的減水劑飽和摻量最高,花崗巖機(jī)制砂飽和摻量次之,灰?guī)r機(jī)制砂飽和摻量最低。酯類與醚酯共聚型聚羧酸減水劑在不同巖性的機(jī)制砂中有相近的流動(dòng)性保持能力,醚類減水劑在玄武巖機(jī)制砂的保坍性能較差。母巖類對(duì)減水劑的引氣性能影響較小,玄武巖機(jī)制砂混凝土1h混凝土含氣量損失較大。石灰?guī)r機(jī)制砂、玄武巖機(jī)制砂宜選用醚類或醚酯共聚型聚羧酸減水劑,玄武巖機(jī)制砂宜選用酯類或醚酯共聚型聚羧酸減水劑。
(2)酯類和醚酯共聚類減水劑在高石粉機(jī)制砂中流動(dòng)度隨摻量變化相對(duì)平緩,醚類在高石粉機(jī)制砂中接近飽和摻量時(shí)流動(dòng)度隨摻量出現(xiàn)劇烈變化,表現(xiàn)出明顯的減水劑敏感性。機(jī)制砂石粉含量超過10%時(shí)保坍性能下降較快。隨著石粉含量的增加,機(jī)制砂混凝土含氣量先增加后減小。石粉含量為10%時(shí),減水劑的引氣性能及混凝土的保氣性能較好。在石粉含量較高和波動(dòng)性較大的機(jī)制砂混凝土中,宜采用酯類減水劑和醚酯共聚類減水劑。
(3)石粉細(xì)度對(duì)減水劑的飽和摻量點(diǎn)有影響,700目石粉機(jī)制砂減水劑飽和摻量低。當(dāng)石粉細(xì)度小于等于700目時(shí),機(jī)制砂石粉細(xì)度對(duì)減水劑的保坍性能影響較小,石粉細(xì)度為1 000目時(shí),減水劑的保坍性能下降。隨著機(jī)制砂石粉細(xì)度增加,混凝土含氣量呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢(shì),石粉細(xì)度為500目時(shí),減水劑的引氣性能最佳,不同細(xì)度石粉的機(jī)制砂混凝土保氣性能相近。