C60高性能机制砂混凝土的制备与应用.pdf

期五第年O材建海术技其及品制77(2023)05-45-49凝混P45息信闻新沿前技科C60高性能机制砂混凝土的制备与应用朱云峰（上海城建物资有限公司，上海2 0 0 43 8）摘要：基于C60高性能机制砂混凝土理论配合比设计，研究了不同细度模数、片状颗粒含量、絮凝剂残留量、石粉含量的机制砂对混凝土工作性能和抗压强度的影响，最终确认各组分原材料最佳性能指标及掺量。通过生产线大机试拌、实际生产和后期质量回访等环节，验证了在高强混凝土领域中机制砂完全可以取代天然砂的作用，进一步拓展了机制砂的应用范围。关键词：机制砂；絮凝剂；石粉；配合比中图分类号：TU528文献标志码：A文章编号：10 0 6 一111doi:10.3969/j.issn.1006-1177.2023.05.008Preparation and Application of High Performance C60 Manufactured Sand ConcreteZHUYunfeng(Shanghai Urban Construction Material Co.,Ltd.,Shanghai 200438,China)Abstract:Based on the theoretical mix proportion design of C6o,the effect of manufactured sand with differentfineness modulus,flake particle content,flocculant residue,and stone powder content on working performance and com-pressive strength of concrete was studied.Finally,this study confirmed the optimum performance index and mixingdosage of respective raw component materials.Through the production line of large machine trial mixing,actual man-ufacturing and post-quality return monitoring,its verified that manufactured sand can successfully replace naturalsand in high-strength concrete,indicating the further wide application of the manufactured sand.Keywords:manufactured sand;PAM;stone powder;mix proportion0引言随着全国各地的快速发展，基建规模不断扩大，各地区对砂石的需求大幅增长，而天然砂作为一种不可再生资源，过度开采会大肆破坏生态环境。同时国家推行绿色环保建设理念和措施，随着关于推进机制砂石行业高质量发展的若干意见、打击非法开采海砂，强化监管和严格追责的建议等政策的实施，机制砂在建筑用砂中所占比例越来越高 2。相关资料显示：在2021年的砂石市场中，机制砂占比达8 6%，天然砂占比仅为14%。且机制砂的比例会不断扩大，机制砂已成为最主要的细骨料来源本文依托2 0 2 2 下半年闵行新城项目，开展C60高性能机制砂混凝土的制备与应用研究。该项目中C60混凝土方量需求多且项目工期紧，而天然砂的采购供应量已经不能满足生产需求，因此机制砂成为不二的选择。但是机制砂的质量参差不齐，故必须提前对机制砂在C60混凝土中的应用进行理论设计和试验验证，从而确保C60混凝土的质量可靠性。机制砂爆发式增长带来的材质多样性、生产工艺不同性会直接导致混凝土质量波动增大，对高性能混凝土的配制和生产施工提出了更期五第年材建海术技其及品制凝混P46息信闻新沿前技科高的要求，对此本文进行了相关的技术研究。1原材料1.1水泥试验使用的水泥为铜陵海螺P52.5水泥，主要性能指标如表1所示。表1铜陵海螺PI52.5水泥的主要性能指标(Tab.1 Main performance indicators of Tongling Conch P Il52.5 cement)3d28d初凝终凝标准比表抗压抗折抗压抗折检测参数时间/时间稠度/面积强度/强度/强度/强度/minmin%(mg)MPaMPa MPaMPa检测值13918527.236636.56.761.09.21.2.矿粉选用的矿粉级别为S95，由日照京华新型建材有限公司加工，主要性能指标如表2 所示。表2 S95矿粉的主要性能指标(Tab.2 Main performance indicators of S95 mineral powder)检测比表面积/流动7d活性28d活性参数(mg)度比/%指数/%指数/%检测值390107851061.3粉煤灰粉煤灰选用凤台县涛海建材有限公司生产的C类级粉煤灰，主要性能指标如表3 所示表3 C类级粉煤灰的主要性能指标(Tab.3Main performance indicators of classC class Ilfly ash)单位：%检测参数细度烧失量含水量需水量比活性指数检测值22.92.750.199901.4 粗骨料粗骨料选用池州润达矿业有限公司生产的5 2 5mm石子，颗粒级配符合JGJ52一2 0 0 6 普通混凝土用砂，石质量及检验方法标准的相关规定，其余主要性能指标如表4所示。表45 2 5mm连续级配碎石的主要性能指标(Tab.4 Main performance indicators of 5-25 mm continuousgraded crushed stone)泥块表观密度/压碎值片状颗粒检测参数含泥量/%空隙率/%含量1%(kgm)指标/%含量1%检测值0.50.12.64075401.5夕外加剂外加剂选用江苏西卡的A3泵送剂，主要性能指标如表5所示。表5A3泵送剂的主要性能指标(Tab.5 Main performance indicators of A3 pumping agent)混凝土砂浆检测参数密度/gcm）含固量/%pH值减水率%减水率/%检测值1.04519.674.5024221.6拌合用水拌合用水使用符合JGJ632006混凝土用水标准的要求。2机制砂试验方案及试验结果虽然有诸多标准规定了机制砂的质量要求，但其质量仍经常出现波动，如颗粒形貌、石粉含量等均不如天然砂稳定。相较于天然砂，机制砂混凝土的质量波动因素增多，且机制砂的坚固性和耐久性远不如天然砂,因此对于C60及以上强度等级的混凝土而言，应对其机制砂进行进一步的试验验证，以满足实际工程建设需要。根据JGJ552011普通混凝土配合比设计规程，计算C60高性能机制砂混凝土试验用理论配合比，详见表6。表6 理论配合比(Tab.6Theoretical mix proportion)单位：kg/m材料PI52.5S95C类I级细骨料525mmSika-A3清水选型水泥矿粉粉煤灰（机制中砂）粗骨料外加剂理论配合比397114571407129836.252.1林机制砂级配的选用我司日常采购的机制砂细度模数为2.8 3.3，为了研究颗粒级配对混凝土质量的影响，将机制砂分为3组，细度模数分别为2.8 2.9（第一组）、3.0 3.1（第二组)和3.2 3.3(第三组。表7 为其中一次的试验数据。经多次筛分试验发现，第三组的机制砂不符合GB/T146842022建筑用砂中“I类砂的颗粒级配需要符合区的规定”。通过空隙率指标初步确定机制砂的细度模数范围为2.8 3.1。2.2机制砂片状颗粒含量对混凝土质量的影响颗粒形貌是机制砂与天然砂的主要区别之一，天然砂粒光滑圆润，而机制砂因其母岩和制作工艺的不同，片状颗粒含量相对较多。GB/T14684一2 0 2 2 建筑用砂中规定：I类砂片状颗粒含量小于10%。因此在期五第年O材建海术技其及品制凝混P47息信闻新沿前技科表7 果颗粒级配及松散堆积密度(Tab.7 Particle gradation and loose bulk density)各筛孔累计筛余百分率1%编号细度模数松散堆积密度/（kgm）表观密度/(kgm)空隙率/%4.75mm2.36mm1.18mm630m315m160m筛底第一组423405786941002.91550267038第二组524417088941003.11510262040第三组1338647685901003.314802.600432.83.1细度模数的机制砂中选择3 组不同片状颗粒含量的机制砂进行研究，即第一组片状颗粒含量为2%，第二组片状颗粒含量为6%，第三组片状颗粒含量为10%。3 组机制砂的颗粒形貌见图1。(a)2%片状颗粒含量(b)6%片状颗粒含量(c）10%片状颗粒含量图1机制砂的颗粒形貌图(Fig.1 Particle morphology of manufactured sand)经过日常试验数据积累发现，片状颗粒含量对机制砂的压碎值有一定的影响，而压碎值大小则对混凝土强度有较大影响，机制砂压碎值与混凝土抗压强度试验结果分别见表8 和表9。结果表明：第一组机制砂的强度最高，7 d抗压强度相比第二组提升了4.6 MPa，相比第三组提升了9.6 MPa;28d抗压强度相比第二组提升了3.8 MPa，相比第三组提升了9.9 MPa，说明混凝土抗压强度随着机制砂中片状颗粒含量的降低而增大。表8 不同片状颗粒含量的机制砂的压碎值(Tab.8 Crushing values of manufactured sand with differentcontent of flaky particles)编号片状颗粒含量/%压碎值/%第一组28.2第二组610.8第三组1013.2表9 不同片状颗粒含量的机制砂的混凝土抗压强度(Tab.9 Concrete compressive strength of manufactured sandwithdifferent contentof flake particles)编号片状颗粒含量/%7 d抗压强度/MPa28d抗压强度/MPa第一组258.776.2第二组654.172.4第三组1049.166.3在同等用水量和外加剂掺量的条件下，表10 为不同片状颗粒含量的机制砂对混凝土工作性能的影响。表10 不同片状颗粒含量的机制砂对混凝土工作性能的影响(Tab.10 Effect of manufactured sand with different content offlaky particles on working performance of concrete)编号落度/mm扩展度/mm1h后落度/mml1h后扩展度/mm第一组240630225610第二组230605210580第三组200550180510试验结果表明，不同片状颗粒含量的机制砂对混凝土工作性能有较大影响，第一组和第二组的混凝土工作性能明显优于第三组。C60高性能混凝土内部结构密实,若机制砂中的片状颗粒过多，将会导致混凝土内部结构松散，对混凝土的耐久性产生不良影响。因10%片状颗粒含量的机制砂所配制的混凝土质量相对较低，而2%片状颗粒含量的机制砂成本较高，故选用2%6%片状颗粒含量的机制砂配置混凝土2.3机制砂絮凝剂残留量对混凝土质量的影响在进行粒型试验时发现有一组试验数据异常,其1h后的落度损失远超正常值，经多次试验发现可能是絮凝剂偏多造成的。砂石企业为了符合循环使用水的环保要求，在制备机制砂的过程中添人絮凝剂，实现水和杂质的迅速分离，但是部分企业并未考虑絮凝剂对混凝土质量所产生的影响，导致机制砂中残留大量絮凝剂。因没有相关专业仪器，故采用40 0 g水与8 0 0 g砂搅拌后观察溶液分层的时间来粗略判断机制砂中絮凝剂的含量。本文选取2 组机制砂进行试验：第一组机制砂在停止搅拌后2 5s内迅速分层，絮凝剂效果明显，粗略判断絮凝剂残留量较高；第二组机制砂在停止搅期五第年材建海术技其及品制凝混P48息信闻新沿前技科拌1min后也无明显分层现象,无明显絮凝表现，粗略判断无絮凝剂残留。在同等用水量和外加剂掺量的条件下，试验结果如表11所示。表11絮凝剂残留量对混凝土工作性能的影响(Tab.11 Effect of flocculant residue on working performanceof concrete)编号落度/mm扩展度/mm1h后落度/mm1h后扩展度/mm第一组2306001500第二组230605210580试验结果发现，在初始落度基本相同的条件下，絮凝剂对混凝土的工作性能有较大的影响，首先较为明显的影响是随着絮凝剂的增多，肉眼可见混凝土变黏稠，1h后第一组落度比第二组低了6 0 mm，且第一组几乎已无流动性表12 给出了絮凝剂残留量对混凝土抗压强度的影响。由表12 可知，第一组混凝土的7 d抗压强度和28d抗压强度均低于第二组，表明随着絮凝剂的增多，混凝土的抗压强度降低。表12 絮凝剂残留量对混凝土抗压强度的影响(Tab.12 Effect of flocculant residue on concrete compressivestrength)编号7d抗压强度/MPa28d抗压强度/MPa第一组53.463.5第二组57.773.1因此，在选择机制砂时需要注意絮凝剂的残留因素，应选择无明显絮凝的机制砂2.4石粉含量对混凝土质量的影响与天然砂相比，机制砂在制备过程中不可避免含有一定比例的石粉，而石粉含量对混凝土拌合物的工作性能具有明显的影响。故本文选取3 组石粉含量的机制砂进行试验：第一组含4%石粉，第二组含6%石粉，第三组8%石粉，试验数据如表13 和表14所示。表13 石粉含量对混凝土工作性能的影响(Tab.13Effect of stone powder content on workingperformanceof concrete)初始落度/扩展度/1h后落度/1h后扩展度/编号mmmmmmmm第一组230630225605第二组230610215590第三组220590195555由表13 可知,第一组和第二组混凝土的落度和扩展度都相近，而第三组混凝土的工作性能有所下降，1h后的落度和扩展度差距逐步增大。表14石粉含量对混凝土抗压强度的影响(Tab.14 Effect of stone powder content on concrete strength)编号7d抗压强度/MPa28d抗压强度/MPa第一组58.873.7第二组56.972.5第三组54.668.6由表14可知，随着石粉含量的增大，混凝土7 d、28d抗压强度下降试验结果表明，8%石粉含量的机制砂所配制的混凝土的工作性能和抗压强度较差，而4%石粉含量的机制砂成本较高，因此选择4%6%石粉含量的机制砂进行生产和应用。3大机试验验证前期试验均在实验室小拌机上进行，得到了大量的数据。在确定了各组分原材料最佳质量指标（尤其是机制砂质量指标)和相对应的原材料掺量后，进行了3次大机生产拌机试配，试验结果如表15和表16 所示。表15实际生产的混凝土的工作性能(Tab.15 Working performance of actual produced concrete)序号初始落度/mm扩展度/mm1h后落度/mm1h后扩展度/mm123061021058522206252155903240605220600表16 实际生产的混凝土的抗压强度(Tab.16 Compressive strength of actual produced concrete)自然条件下日平均温度累计序号标养7 d抗压强度/MPa标养2 8 d抗压强度/MPa达到6 0 0 的抗压强度/MPa158.275.172.4260.374.375.1357.577.274.3试验结果表明，大机生产的混凝土工作性能和抗压强度均能满足相关标准和工程技术指标要求。通过大机试验进一步验证了C60高性能机制砂混凝土配合比的有效性和可操作性。4C60混凝土实际生产和相关质量回访在工程实际生产时，现场C60高性能机制砂混凝期五第年材建海术技其及品制凝混P49息信闻新沿前技科土拌合物的工作性能和力学性能见表17 和表18表17 拌合物的工作性能(Tab.17Working performance of mixtures)初始扩展度/1h后1h后工程部位浇筑日期落度/mmmm落度/mm扩展度/mm二层墙柱2 0 2 2-11-0 7220615205590四层墙柱2 0 2 2-11-2 2230620210605六层墙柱2022-12-07230610215605表18 混凝土的抗压强度(Tab.183Compressive strength of concrete)自然条件下标养7 d标养2 8 d日平均温度工程部位浇筑日期抗压抗压累计达到6 0 0 的强度/MPa强度/MPa抗压强度/MPa二层墙柱2022-11-0759.376.273.6四层墙柱2022-11-2260.277.175.4六层墙柱2022-12-0758.575.372.8实体混凝土在自然条件下日平均温度累计达到600时，进行了相关质量回访，观察混凝土构件表面质量情况，比如是否有裂缝、蜂窝麻面等。经过现场实地观察，混凝土构件表面光滑无异常，如图2 所示。图2 工程实体混凝土外观图(Fig.2Appearance of engineering solid concrete)现场随机取点进行回弹试验，结果见表19。试验结果表明：现龄期混凝土强度推定值满足JGJ23一2 0 11回弹法检测混凝土抗压强度技术规程中的相关规定表19 回弹情况(Tab.19 Rebound situation)工程浇筑测量区回弹平均值（随机部位回弹）/MPa强度部位日期12345678910推定值二层2022-大于53.153.452.7554.3553.1551.2552.3553.754.154.4墙柱11-07C60四层2022-大于52.351.251.750.851.452.852.550.450.951.1墙柱11-22C60六层2022-大于51.352.352.1551.851.351.451.952.853.652.8墙柱12-07C60通过C60高性能机制砂混凝土整个生产过程的控制和工程回访发现：（1)适当的机制砂对混凝土拌合物工作性能和力学性能的影响不大；(2)混凝土构件表面观察中未发现异常，构件整体外观效果良好；（3）利用回弹法测定出构件整体密实，强度推定值达到设计强度要求。5结语随着天然砂资源的不断枯竭以及各地方政府对开采河砂管控力度的增强，机制砂因其与河砂相似的性能和大量的存量必将成为天然砂的替代骨料。相较于天然砂,机制砂的抗压性能和耐久性能不足，主要用于C60以下强度的混凝土，对于C60及以上高强混凝土的应用较少，因此本文通过对机制砂的选配和试验验证进行了研究，以满足实际工程的要求，得出如下结论：（1）机制砂的最佳指标如下：细度模数为2.8 3.1;片状颗粒含量在2%6%；无明显絮凝剂残留表现；石粉含量为4%6%（2）大机试验表明混凝土工作性能和抗压强度均能满足要求，确认了C60高性能机制砂混凝土配合比的有效性和可操作性。（3）实际生产过程中进一步验证结果表明：C60高性能机制砂混凝土的工作性能和抗压强度均能满足标准及工程技术要求。后期质量回访过程中发现构件外观质量良好且回弹试验结果满足相关标准规定参考文献1范小伟，刘颖.对河道采砂管理供给侧改革的思考 J.中国水利,2 0 18(8):4-6.2另本春.机制砂技术标准的发展现状及应用探讨 J.混凝土世界，2 0 2 1(2)：58-6 1.作者简介：朱云峰（19 7 6 一），男，本科，助理工程师，主要研究方向为高性能混凝土的制备与应用、机制砂的研究与应用。