機制砂棱角性和級配關系研究

伍 川

(中鐵城市發(fā)展投資集團有限公司，四川 成都 610000)

1 引 言

目前國內(nèi)關于機制砂在混凝土中應用的研究已有很多，相關研究表明，隨著高性能減水劑技術及粉煤灰等摻和料在混凝土中應用技術的發(fā)展，當機制砂中的石粉含量在合理范圍內(nèi)(約7%～10%)時，配制出的高標號混凝土工作性能、力學性能、耐久性能均滿足要求。但目前機制砂的應用仍主要局限于中低標號混凝土中，在高標號混凝土中應用很少，且多與天然砂混合使用。

機制砂代替河砂作為細集料配制混凝土，除機制砂中石粉對混凝土性能有明顯影響外，機制砂棱角性較強、級配偏粗也是影響混凝土性能的重要因素。而目前關于機制砂棱角性、級配對混凝土性能影響的研究尚少，有研究通過配制不同強度等級混凝土拌合物工作性試驗，確定了一個機制砂全級配標準，該全級配從滿足混凝土工作性能角度出發(fā)，將Ⅰ、Ⅱ區(qū)混合。細集料級配顯著影響混凝土工作性能，因此在設計混凝土配合比時必需細集料的細度模數(shù)，砂越細(細度模數(shù)越小)，提高混凝土工作性的細顆粒越多，通過0.3 mm、0.15 mm篩的砂對于混凝土的工作性、抹面和泌水較重要，因此，需要足夠的細集料維持良好的黏聚性和塑性。對于河砂混凝土，要求通過0.3 mm至少應達到15%，而通過0.15 mm大于3%；對于高性能混凝土，由于膠凝材料用量較大，拌合物中有保持足夠黏度的細粉料(礦物摻和料)，故砂中粉細料應盡量少，最好的砂要求0.6 mm篩的累計篩余大于70%，0.3 mm篩的累計篩余為85%～95%，而0.15 mm篩的累計篩余大于98%。也有研究表明，砂的細度模數(shù)約等于3.0時，混凝土工作性最好，抗壓強度最高。為規(guī)范和推廣機制砂在高標號凝土中的應用，研究機制砂棱角性、級配對混凝土性能的影響具有重要意義。

2 機制砂棱角性研究

2.1 細集料棱角性試驗方法

(1)美國標準細集料棱角性試驗方法

美國戰(zhàn)略公路研究計劃(SHRP)研究中強調(diào)細集料棱角性指標的重要性，提出了標準的試驗方法—AASHTO TP33(“細集料未壓實空隙率方法”)。該法將干燥的細集料試樣通過一個標準漏斗漏入一個經(jīng)標定的圓筒，以細集料的空隙率反映棱角性，空隙率越大，意味著細集料的內(nèi)摩擦角越大、表面構(gòu)造越粗糙。

在AASHTO TP33方法中，規(guī)定了三種測定棱角性的試驗方法。

A方法：有下列級配組成：2.36～1.18 mm 44 g、1.18～0.60 mm 57 g、0.60～0.30 mm 72 g、0.30～0.15 mm 17 g。試樣質(zhì)量合計190 g，按照上述質(zhì)量混合在一起進行空隙率的測定。

B方法：試樣是用2.36～1.18 mm、1.18～0.60 mm、0.60～0.30mm 三組試樣分別取190 g進行試驗，棱角性由三個空隙率的平均值表示。

C方法：取190 g經(jīng)4.75 mm篩過篩的試樣進行試驗。該方法所用試樣不需預先用水清洗。

(2)法國標準細集料棱角性試驗方法

法國AFNOR NF P 18-564/1981采用了細集料的流值試驗評價其棱角性。該方法是將過篩后的1 000 g干燥集料通過一個標準漏斗，漏入一個圓筒，以細集料的流出時間作為其棱角性評價指標。漏斗流出孔有12 mm和16 mm兩種，并按照最大粒徑的不同分別選擇2.36 mm或4.75 mm的標準篩過篩。

(3)我國標準細集料棱角性試驗方法

我國現(xiàn)行《公路工程集料試驗規(guī)程》(JTJ058-2000)中關于細集料棱角性的評定有細集料棱角性試驗(間隙率法)(T0344-2000)和細集料棱角性試驗(流動時間法)(T0345-2005)兩種方法。

細集料棱角性試驗(間隙率法)(T0344-2000)，按照最大粒徑的不同選擇2.36 mm或4.75 mm的標準篩過篩，除去大于最大粒徑的部分，然后將細集料清洗后用0.075 mm篩過篩，取篩上部分按AASHTO TP33法中C組試樣的方法進行試驗。T0344與C法類似，不同的是T0344要求清洗掉0.075 mm以下的部分。我國相關規(guī)范中沒有關于未壓實空隙率的技術要求。

細集料棱角性試驗(流動時間法)(T0345-2005)，試驗方法與法國AFNOR NF P 18-564/1981的方法相近，不同是的T0345-2005為按照一定體積取樣，而AFNORNF P 18-564/1981為按照一定質(zhì)量取樣。

本試驗采用細集料棱角性試驗(流動時間法)(T0345-2005)，分粒徑測定機制砂棱角性時采用Φ12 mm漏斗。

2.2 試驗材料及試驗方案

為對比不同巖性機制砂棱角性，本試驗選取河砂、石灰?guī)r機制砂、花崗巖機制砂、玄武巖機制砂四種細集料。試驗步驟如下。

(1)對四種細集料進行水洗，洗去0.075 mm以下粉料；

(2)對四種細集料進行篩分，保留0.075～4.75 mm粒徑；

(3)測定四種細集料各檔粒徑下(0.075～0.15 mm、0.15～0.3 mm、0.3～0.6 mm、0.6～1.18 mm、1.18～2.36 mm)表觀密度；

(4)流動時間法測定各檔粒徑下細集料棱角性。

2.3 不同粒徑機制砂棱角性

各粒徑下河砂、石灰?guī)r機制砂、花崗巖機制砂、玄武巖機制砂表觀密度及棱角性試驗結(jié)果如表1、圖1所示。

表1 不同粒徑機制砂棱角性

由圖1可以看出，集料粒徑在0.6～2.36 mm之間時，四種巖性細集料流動時間隨粒徑減小而縮短，棱角性減弱，而粒徑在0.15～0.3 mm之間時，四種巖性細集料流動時間都略有增加，棱角性增強。

同粒徑不同巖性的細集料相比，河砂流動時間明顯低于三種機制砂，棱角性最弱；粒徑在0.6～2.36 mm之間時，流動時間由高到低依次為玄武巖機制砂、石灰?guī)r機制砂、花崗巖機制砂，粒徑在0.15～0.6 mm之間時，三種機制砂的棱角性相差很小。

圖1 不同粒徑下集料棱角性示意圖

3 機制砂棱角性和級配的關系

3.1 試驗方案

對四種集料由細到粗組合成六組級配，其中細砂2組、中砂2組、粗砂2組，測定各組級配下細集料的流動時間，選用Φ16 mm漏斗。各檔集料累計篩余和級配曲線如表2、表3、圖2。

表2 累計篩余/%

表3 分計篩余/%

圖2 級配曲線

3.2 不同級配細集料棱角性

不同級配下四種細集料流動時間如圖3所示，由圖可以看由細到粗的六種級配下，河砂的流動時間均明顯低于機制砂。河砂、石灰?guī)r機制砂、花崗巖機制砂流動時間隨級配變粗，呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，即棱角性隨級配變粗先減弱后增強。其中河砂、石灰?guī)r機制砂的流動時間最小值在中砂范圍內(nèi)，花崗巖最小值在細砂范圍內(nèi)。玄武巖機制砂流動時間隨級配變粗呈增大趨勢，即級配越粗玄武巖機制砂棱角性越強。

圖3 不同級配細集料棱角性

相同級配下不同巖性細集料流動時間如圖4所示，由圖可以看出，6種級配下河砂流動時間最短；當細集料級配在中砂范圍內(nèi)時，三種巖性機制砂棱角性比較接近；當細集料級配在粗砂范圍內(nèi)時，棱角性由強到弱依次為玄武巖機制砂、花崗巖機制砂、石灰?guī)r機制砂；當細集料級配較細時，石灰?guī)r機制砂棱角性最強，花崗巖機制砂和玄武巖機制砂棱角性接近。

圖4 不同巖性細集料流動時間

4 結(jié) 論

(1)級配越粗玄武巖機制砂棱角性越強。

(2)當細集料級配在粗砂范圍內(nèi)時，棱角性由強到弱依次為玄武巖機制砂、花崗巖機制砂、石灰?guī)r機制砂；當細集料級配較細時，石灰?guī)r機制砂棱角性最強，花崗巖機制砂和玄武巖機制砂棱角性接近。