机制砂在预拌混凝土中的应用研究.pdf

第 4 2卷第 9期 2 0 1 1 年 9月 Vo 1 4 2 No 9 S e p t 2 01 1 建 筑 技 术 A r c h i t e c t u r e T e c h n o l o g y 8 4 3 机制砂在预拌混凝土中的应用研究 肖瑞敏 ，张小伟 ，李守磊2 ( 1 苏州科技学院 ， 2 1 5 0 1 1 ， 江苏苏州 ； 2 镇江名和混凝土有限公司 ， 2 1 2 0 2 8 ， 江苏镇江 ) 摘要 ： 选取常用的C 3 0 ( 非泵送 ) 和C 3 0 ( 泵送 ) 预拌混凝土为基准 ， 研究机制砂取代天然砂配 制各混凝土时 的最佳取代率及采用最佳取代率时对应的最适宜砂率范围， 并在此基础上， 分别研究了石粉含量和不同减水剂 及其掺量对机 制砂混凝土性能的影 响。 关键词 ： 机制砂 ； 砂 率； 预拌混凝土 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 4 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 7 2 6 ( 2 0 1 1 ) 0 9 0 8 4 3 04 AP P J CATI oN oF M ACHI NE M ADE S AND To READY M I XED CoNCRETE XI A O Ru i rai n 。ZH ANG Xia o - we i L I S h o u - l e i ( 1 S u z h o u U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n d o g y ，2 1 5 0 1 1 ， S u z h o u ，J i a n g s u ，C h i n a ； 2 Z h e n j i a n g Mi n g h e C o n c r e t e C o ，L t d ，2 1 2 0 2 8 ，Z h e n j i a n g ，J i a n g s u ，C h i n a ) A b s t r a c t ： S u c h c o m m o n l y u s e d r e a d y - m i x e d c o n c r e t e s a s C 3 0 ( n o n - p u m p i n g )a n d C 3 0 ( p u m p i n g )w e r e s e l e c t e d t o b e a s c o n t r o l l e d c o n c r e t e s ，t h e n t h e o p t i mu m s u b s t i t u t i o n r a t i o o f ma c h i n e- ma d e s a n d t o n a t u r a l s a n d an d t h e c o r r e s p o n di n g o p t i ma l s c a e s o f s a n d p r o p o r t i o n we r e s t u d i e d Fu rth e r mo r e ， i n flu e n c e o f t h e c o n t e n t of s t o n e c h i p s a n d t h e t y p e a n d a d d i t i o n r a t i o o f s u p e r p l a s t i c i z e r s o n t h e p e r f o rm an c e of ma c h i n e - ma d e s a n d c o n c r e t e we r e s t u d i e d r e s p e c t i v e l y Ke y wor d s ：ma c h i n e -ma d e s a n d； s a n d p e r c e n t a g e； r e a d y mi x e d c o n c r e t e 机制砂是岩石经除土开采 。 由机械破碎 、 筛分制成 的粒径小于4 7 5 mm的岩石颗粒，但不包括软质岩、 风 化岩的岩石颗粒。本文专门针对机制砂在预拌混凝土 中应用进行 研究 。通过试验 以期获得机 制砂应 用于 C 3 0 混凝土时的最佳取代率及最佳取代率下的最佳砂 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 0 6 2 8 基金项 目： 苏州科技学院引进人才科 研启动费 资助 作者 简介 ：肖瑞敏 ( 1 9 7 5 一 ) ，男 ，江西 南 昌人 ，博 士 ，讲师 ， e m a i l ： x x r m 1 6 3c o rn 率范 围、 石粉含量及外加剂类型和掺量对机制砂混凝 土性能 的影响， 作 为机制砂混凝土的实际生产参考依 据。 1 原材 料与试验步骤 1 1 原 材料 ( 1 )细骨料采用天然砂和机制砂两种细骨料 。由 筛分知机制砂不在I I 区砂范围， 偏粗 ； 天然砂属I I 区砂 。 ( 2 )粗骨料采用两种碎石 ， 其中碎石1 粒径较大 ， 集 中在9 5 1 6 m m； 碎石2 粒径较细 ， 俗称瓜子 片 ， 通过 在较低 的掺量下更易于连结成 网。 4结语 f 1 1 G L W型复合外加剂掺人砂浆中可改善细骨料 与水泥浆体 的界面性质 。在水泥水化产物与细骨料之 间形成互穿柔性网络 ， 提高了砂浆的韧性和抗裂能力。 f 2 )G L W型复合外加剂可以在砂浆与加气混凝土 之间形成聚合物连接桥 ， 减少界面C a ( O H ) 的生成， 增 强砂浆与加气混凝土界面作用力， 改善粘结界面性质 ， 从而提高砂浆与加气混凝土的粘结强度。 参考文献 1 】 陶有生 加气 混凝 土建筑 节能效 果分析叨 保 温材料 与建 筑节能 ， 2 0 0 5 ( 1 ) ： 3 5 3 8 【 2 】 莫丹 ， 彭 家慧 ， 陈明凤 加气混凝土 用新型抹灰砂 浆的研 制 J 】 重庆 建筑大学学报 ， 2 0 0 5 ， 2 7 ( 4) ： 1 2 0 1 2 4 【 3 】 S h i y u n Z h o n g ， Z h i y u a n C h e n P r o p e r t i e s of l a t e x b l e n d s a n d i t s m o d i f i e d c e me n t mo rt a c s J C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h ， 2 0 0 2 3 2 ： 1 5 1 5 1 5 2 4 4 唐 声飞 ， 胡小芳 加气混凝土砌块 墙体 裂缝产生的机理及防治 J 】 南 华大学学报 ( 理工版 ) ， 2 0 0 4， 1 8 ( 2 ) ：6 7 6 9 王培铭 ， 张国防 ， 吴建国 聚合物干粉对水泥砂浆 的减水和保水作用 J 】 新 型建 筑材料 ， 2 0 0 3 ( 3 ) ：2 5 2 8 f 6 】 D AS i l v a ， H R R o ma n ，P J P G 1 e i z e E v i d e n c e s o f c h e mi c a l i n t e r a c t i o n b e t w e e n E V A and h y d r a t i n g P o t l a n d c e m e n t J 】 C e m e m a n d Co n c r e t e Re s e arc h ， 2 0 o 2， 3 2 ： 1 3 8 9 1 3 9 0 f 7 】 E t s u o S k a i d u n S u g i t a C o m p o s i t e me c h a n n i s m o f p o l y e me r m o d i fi e d c e me n t J J C e me n t and C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 5 ， 2 5 ， 1 ： 1 2 7 1 3 5 8 4 4 建筑技术 第 4 2卷第 9期 两者搭配改善石级配。 ( 3 )胶凝材料采用P 0 4 2 5 水泥 ， 另采用粉煤灰和 矿粉作为辅助胶凝材料 。 ( 4 )外加剂 ： 聚羧酸减水剂采用S B T J M一 改进型 混凝土高效减水剂 ， 掺量0 8 时减水率2 2 5 ； 萘系减 水剂采用N F 一 1 5 缓凝保塑高效减水 剂。掺量1 5 u ,1 减 水 率 1 4 7 。 1 2 试验步骤 本文选取搅拌站生产 的C 3 0 泵送和 非泵送混凝土 为基准 ，该强度等级使用最普遍 ，生产量 占搅拌站的 8 0 ， 配合比见表1 。本试验分别研究以下项 目。 ( 1 )机制砂取代天然砂 的比例 ( 简称机制砂取代 率)对混凝土工作性和力学性能影响，从经济性上考 虑 ， 机 制砂取代率越大 ， 越节约成本 ， 本文设定范 围为 4 0 1 00 。 ( 2 )采用最佳机制砂取代率时 ，砂率对混凝土工 作性和力学性能影响 ， 砂率范围取3 5 4 4 。 ( 3 )石粉含量对混凝土性能的影响 ：将机 制砂过 7 5 1, z m筛 ， 筛下砂为石粉 ， 将石粉 与筛上机制砂按不同 比例混和 ， 调节机制砂的石粉含量 ； 机 制砂混凝土配制 时 ， 固定各自最佳机 制砂取代率和适宜砂率不变。 ( 4 )减水剂品种和掺量对机制砂混凝土的性能影 响 ：选择萘系减水剂和聚羧酸减水剂两种常用外加剂 进行对比 ， 掺量在各 自推荐范围内取值。 机制砂混凝土 配制以C 3 0 ( 泵送 ) 为基准 ， 机 制砂取代率及砂率选择 其对应的适宜值。 2 试 验结果与分析 2 1 机 制砂 取代 率对 混凝 土性 能的 影响 以0 ， 4 O ， 6 O ， 8 0 ， 1 0 0 的机 制砂替代 天然 砂 ， 按表1 的基准配合比配制4 种类型混凝土， 所得混凝 土的拌合物性能与强度见表2 。 表2 结果显示 ， 无论非泵送还是泵送混凝土 ， 随机 制砂掺入量增加 ， 坍落度呈下降趋势 ， 对泵送混凝土影 响更为明显 。例如完全天然砂配比A 3 1 的坍落度是 完 全机 制砂配比A 3 5 的2 倍多 ， 绝对差为9 5 mm： 而完全天 然砂 E b L A 2 1 的坍落度也是完全机制砂配比A 2 5 的2 倍 多 ， 绝对差为7 0 mm。这 主要是 由机制砂颗粒形状所决 定 ， 由于天然砂多为圆形或近圆形 ， 表面光滑 ， 颗粒 问 摩擦 系数小 ； 机 制砂为多棱形 ， 表面较为粗糙 ， 棱 角突 出 ， 颗粒间摩擦系数大 ， 混凝土流动性变差 。而且 由于 机制砂含有较 多石粉 ，需吸附更多的水来保持相 同流 动性， 所以当用水量一定时 ， 坍落度就会减小。 表2 还显示 ，随着机 制砂的取代率增加 ， 3 d ， 7 d 和 2 8 d 强度一般是先增强 ， 达最大值后有所下降 ， 但最 终 强度仍比对比的天然砂配比强度高 ；稍有特别 的是 C 3 0 ( 泵送) ， 其2 8 d 强度是随机制砂取代率持续增长， 因 此机制砂对强度起正面效应。这可能是因为机制砂表 面粗糙 ， 与水泥石界面粘结力比天然砂强 ， 而且机制砂 中含有一定量 的石粉 ， 一定程度上可起密实填充作用 ， 表 l 试验基准配合比 原材 料( k g m ) 混凝土 萘系减水剂掺 量 砂 率 水泥 矿粉 粉煤灰 天然砂 碎石 1 碎石2 水 C 3 0 ( 泵送) 2 0 5 5 O 7 5 8 1 O 7 9 5 2 6 5 1 6 5 1 5 4 3 C 3 0 ( 非泵送 ) 1 9 5 5 0 7 0 7 7 5 8 4 5 2 7 0 1 6 0 1 5 4 】 表 2 机制砂取代率对混凝土性能的影响 强度 MP a 混凝土 编 号 取代率 坍 落度 m m 保水性 3d 7d 2 8d A 2 l 0 1 3 O 良好 1 4 1 2 3 4 3 8 1 A2 2 4 0 1 l 5 良好 1 5 6 2 3 8 3 8 ，4 C 3 0 ( 非泵送 ) A2 3 6 O 9 0 一般 1 7 5 2 5 2 4 1 7 A2 4 8 O 7 5 流动性差 1 8 3 2 5 7 4 3 1 A2 5 1 【 x 】 6 0 粘聚性差 1 7 4 2 3 8 4 0 6 A3 1 0 1 5 5 良好 1 3 3 2 2 1 3 8 5 A 3 2 4 0 1 2 0 良好 1 5 0 2 3 6 3 8 C 3 0 ( 泵送 ) A3 3 6 0 1 0 0 一般 1 7 1 2 4 9 4 1 2 A 3 4 8 0 8 5 流动性差 1 7 5 2 5 - 3 4 2 5 A 3 5 1 0 0 6 0 粘聚性差 1 6 - 4 2 2 7 4 3 6 2 0 1 1 年 9月 肖瑞敏 ， 等 ： 机 制砂在预拌混凝土中的应用研 究 8 4 5 甚至作为促晶剂 ， 提高了水化产物 的结晶速率 ， 减小晶 粒直径 ， 起细晶强化作用 ， 降低结晶能力。 然而 ， 机制砂 偏多时 ， 由于流动性偏差 ， 导致成型振动不易密实 ， 强 度反而会有所下降。 综合工作性和强度两方面考虑 ，最佳取代率可按 以下取值 ：C 3 0 ( 泵送) 取5 0 ， C 3 0 ( 泵送) 取6 0 。 2 2 砂 率对 机制砂 混 凝土性 能 的影 响 固定各 自最佳机制砂取代率不变 ，调整混合砂的 砂率 ， 分别配制C 3 O f 非泵送) 、 C 3 0 ( 泵送) 混凝土 。砂 率 取值及对应混凝土的性能见表3 。 表3 显示随砂率增大 ， 两种混凝土的坍落度总趋势 皆有下降 。其中C 3 0 ( 泵送 ) 混凝土 ， 在砂率低时坍落度 较大 ， 甚至出现离析泌水现象， 这与混凝土的胶凝材料 用量和细集料 中的石粉含量有关 。在用水量大致相 同 的情况下， 被胶凝材料消耗的水分少， 此外就是细骨料 中的石粉能够吸附很大一部分水分 ， 在砂率偏低时 ， 石 粉含量少 ， 吸附水分少 ， 而石粉不发生水化 反应 ， 因此 水分容易泌出 ； 但随着砂率增大 ， 石粉 也随之增多 ， 水 粉比减少 ， 和易性逐渐恢复正常。 从强度方面看 。砂率变化对各强度等级混凝土各 龄期强度的影响并不显著 ，决定强度的主要 因素依然 是水胶 比；但砂率并非对强度无任何影响 ，例 N C 3 0 ( 泵送 ) 在砂率低时强度偏低 ， 但这种现象实际仍 由砂 率影响工作性引起 ，强度偏低的混凝土均出现离析泌 水现象。 因此，选择机制砂混凝土砂率主要从工作性方面 人手 ， 按表3 试验结果 ， 最佳砂率范围分别为C 3 0 ( 泵 送) 4 0 一 4 2 ， c 3 o ( 泵送 ) 4 2 4 4 。 2 3石粉含 量对 机 制砂 混凝土 性 能的影 响 固定各 自最佳机制砂取代 率后 ，C 3 0( 非泵送) 和 C 3 0 ( 泵送 ) 砂 率取4 2 ， 调整机制砂中的石粉含量 ， 然 后配制相应的混合机制砂 。相应混凝土性能见表4 。 表4 结果显示 ， 随石粉含量增加 ， 坍落度呈先增大 后减小的趋势 ， 石粉含量偏大或偏小时 ， 对混凝土工作 性能都会产生不利影响。 具体表现为石粉含量偏大时 ， 拌合物会 出现粘性偏大、 坍落慢 、 和易性不良的缺点 ； 偏小时会产生粘性差 、 坍落度低 的缺点。 当石粉含量低 时， 石粉增加 ， 增加了混凝土中浆体 的质量 ， 同时意味 着机制砂针片状等粒形不好部分的含量减少 ，对改善 坍落度有利 ， 直至最大值。这样 ， 在提高拌合物石粉总 量的情况下 ， 不需额外增加用水量 ， 便可提高拌合物 的 流动性能 。起 间接的减水效应。但若继续增加石粉含 表 3 砂率对机制砂 混凝土性能的影响 抗压强度， MP a 混凝土 编号 砂 率， 坍落度 m m 保水性 3d 7d 2 8d B 2 1 3 8 1 5 0 正常 1 5 7 2 3 8 3 8 7 B 2 2 4 0 1 3 5 良好 1 7 5 2 5 2 4 l _ 2 C 3 0 ( 非泵送 ) B 2 3 4 2 1 2 0 良好 1 8 0 2 5 4 41 7 B 2 4 4 4 9 0 粘性偏 大 1 8 4 2 6 7 4 2 I4 B 3 1 3 8 2 0 0 轻微泌水 1 4 2 2 3 O 3 7 4 B 3 2 4 0 1 8 5 一般 1 6 - 8 2 3 3 3 8 7 C 3 0 ( 泵送 ) B 3 3 4 2 1 6 0 良好 1 8 2 2 4 8 4 1 9 B 3 4 4 4 1 3 5 良好 1 7 7 2 4 2 4 0 5 表 4 石粉含量对机制砂混凝土性能的影响 抗压强度 MP a 混凝土 编号 石粉 含量 坍落度 m m 保水性 3d 7d 2 8d C 2 1 5 1 3 O 良好 1 5 2 2 4 1 3 7 - 3 C 2 2 8 1 4 5 良好 1 6 7 2 6 - 3 3 8 2 C 3 0( 泵送 ) C 2 3 1 1 1 5 0 良好 1 8 4 27 8 4 06 C 2 4 1 4 1 3 O 粘性偏大 1 8 2 2 8 9 4 2 7 C 3 1 5 1 6 0 良好 1 4 4 2 3 O 3 8 7 C 3 2 8 1 8 0 良好 1 5 7 2 5 1 4 0 2 C 3 0 ( 泵送 ) C 3 3 1 1 1 9 0 良好 1 7 9 2 7 2 4 1 3 C 3 4 1 4 1 7 5 粘性 偏大 1 8 7 2 6 9 4 2 7 8 4 6 建筑技术 第 4 2卷 第 9期 表 5 减水剂品种和掺量对机制砂混凝土的性能影响 抗压强度 MP a 外加类 编号 外加剂掺量 坍 落度 m m 保水性 3d 7d 2 8 d Dl 1 1 5 1 2 0 良好 1 4 2 2 3 -2 4 0 3 萘系减水剂 D1 2 1 6 1 4 0 良好 l 3 7 2 4 4 4 1 2 ( N F 一 1 5 ) D 1 3 1 7 1 7 0 轻微泌水 1 5 1 2 4 7 3 8 7 D 1 4 1 8 1 9 5 离析泌水 1 4 9 2 2 7 3 7 _ 2 D2 l O 8 1 4 0 良好 1 5 7 2 4 7 3 8 7 聚羧酸减水 剂 D2 2 0 9 1 7 4 良好 1 4 9 2 4 3 4 1 4 ( S B T J M一) D 2 3 1 0 1 9 7 轻微泌水 1 3 6 2 5 2 4 2 O D 2 4 1 1 2 1 5 离析泌水 1 5 1 2 4 6 3 9 2 量 ， 水粉 比进一步减小 骨料的比表面积增大 ， 会使石 粉和胶凝材料表面层的水膜变薄 ， I I i i 浆体 自由移动， 使混凝土的坍落度变小。 无论是泵送还是非泵送 ，混凝土强度都随石粉掺 量增加先增大后减小 ， 但波动并不大。 这主要是因为石 粉有微骨料的作用 ，可填充骨料之间以及骨料与水泥 浆之间的空隙， 从而提高混凝土的密实性 ； 同时还可使 水粉比减小， 从而提高混凝土拌合物 的稳定性 ， 故混凝 土的抗压强度呈变大趋势 。但随着石粉含量 的继续增 加 ， 增大了骨料的比表面积 ， 而水泥浆的数量有限 ， 降 低了其包裹能力 ， 使混凝土的抗压强度呈现下降趋势。 但影响强度的主要 因素仍然是水胶比 ，因此强度波动 并不显著。 综合工作性和强度考虑 ，C 3 0 ( 泵送1和C 3 0 ( 泵 送 ) 石粉含量限值为1 1 。 2 4 减水剂品种和掺量对机制砂混凝土的性能影响 萘系减水剂掺量在1 5 1 8 范围内变化 ，聚羧 酸减水剂在0 8 1 1 范围内变化 ，配制机制砂混凝 土C 3 0 ( 泵送) ， 机制砂取代率取5 0 ， 砂率取4 2 。 混凝 土性能变化见表5 。 由表5 可知 ， 随着外加剂掺量增加 ， 无论是萘系减 水剂还是聚羧酸减水剂 ，都能提高机制砂混凝土的坍 落度 ； 但若掺量稍大 ， 在提高坍落度的同时还易引起离 析泌水等不良现象。 相比较而言， 聚羧酸减水剂在推荐 掺量范围内配制的混凝土和易性总体较萘系减水剂要 好。在聚羧酸外加剂比萘系外加剂掺量低很多的情况 下， 就能达到施工要求。 这主要是因为聚羧酸通过立体 位阻作用保持水泥粒子的分散 ，同时还可引入量大且 均匀分布的气泡 ，这些都能很好地改善机制砂的坍落 度 。 然而就抗压强度而言 ，两种外加剂配制的混凝土 相差不大 ，说明这两种类型外加剂对混凝土强度发展 无显著差别。 在外加剂确定的情况下 ， 改变掺量 同样未 对强度带来显著影响。 强度的细微差别在于 ， 当所配制 的混凝土工作性欠佳时，如流动性稍低或出现离析泌 水后 ， 强度会有所降低。 总体而言，萘系减水剂和聚羧酸减水剂都能很好 地应用于机制砂混凝土， 其中聚羧酸减水剂更具优势。 3 结语 ( 1 )提 高机制砂取代率对混凝 土工作 性起副作 用 ，但在一定范围内有益于强度。基于工作性和强度 两方面考虑 ，C 3 0 ( 泵送) 取5 0 ， c 3 o ( 泵送) 取6 0 ( 2 )机制砂取代率一定时 ，砂率对机制砂混凝土 工作性影响显著 ， 对强度影响不大。 C 3 0 ( 泵送) 为4 0 4 2 ， c 3 o ( 泵送) 为4 2 4 4 。 ( 3 )固定机制砂取代率和砂率 ，机制砂混凝土工 作性和强度 随石粉含量增加都呈先增后减趋势 。C 3 0 ( 非泵送) 1 C 3 0 ( 泵送 ) 石粉含量限值以1 l 为宜。 ( 4 )萘系减水剂和聚羧酸减水剂都能很好适用于 机制砂混凝土 ，相对而言聚羧酸减水剂在改善机制砂 混凝土工作性上更有优势 ，使用外加剂时应避免掺量 过大引起离析泌水 。 参考 文 献 【 l 】 陈家珑人工砂一 新型建筑用砂【 J J 新 型建 筑材料， 2 0 0 2 ( 6 ) ：3 1 - 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