人工砂含粉量与级配对混凝土性能的影响

295 50.6 59.8 离析、泌水
340 50.2 60.6
泌水
370 52.7 60.2 轻微泌水
■试验研究
2010 年
人工砂含粉量与级配对混凝土性能的影响
覃光焱 （重庆市中设市政工程设计有限公司，重庆 400023）
摘 要 以 C50 为主要研究对象，通过试验，分析人工砂颗粒级配 0.15mm 以上、0.15mm 以下颗粒级配以及 其含粉量对混凝土的拌合物工作性能和强度的影响。 结果表明：良好的人工砂颗粒级配、适中的含粉量能改善混 凝土拌合物、强度等性能。
表 5 初步配合比
试 水
配 合 比 / （kg/m3）
坍 抗压强度
来自百度文库
验
落 /MPa
灰
编
人工
外加
度
比 水泥
碎石
水
7d 28d
号
砂
剂
/mm
工作性 描述
1 0.34 470 637 1183 9.4 160 155 56.1 63.2 流动性较差 2 0.38 470 630 1171 9.4 179 180 51.8 61.3 较好 3 0.42 470 624 1159 9.4 197 190 45.7 57.8 泌水 4 0.38 500 616 1144 10.0 190 160 57.3 67.5 较粘
和 1： 2，试验结果见表 7。
表 7 人工砂 0.15mm 以下颗粒组成对人工砂混凝土的影响
试验 0.075 ～0.15mm：
坍落 扩展 立方体抗压 28d 劈 度 度 强度/MPa 裂强度
编号 <0.075mm /mm /mm 7d 28d /MPa
工作性 描述
21
2:1
195 450 52.1 61.3 4.25 轻微泌水
12 175 420 53.2 61.8 轻微泌水
14
B
18 200 485 53.3 62.7
较好
15
B
24 180 430 52.2 60.3
略粘
16
C
0 80 285 49.3 52.1
离析
17
C
6 110 345 50.3 53.1
泌水
18
C
12 135 390 52.1 60.0 轻微泌水
初步配合比试验结果表明： 水灰比从 0.34 增大到 0.42， 混凝土坍落度呈增大趋势，坍落度从 155mm 增 大 到 190mm， 7d 和 28d 抗压强度均呈下降趋势，其中配合比 3 抗压强度试 验结果比配合比 1 的 28d 抗压强度减小了 5.4MPa；而相同水 灰 比 条 件 下 ，水 泥 用 量 从 470kg/m3 增 加 到 500kg/m3，拌 合 物 工 作 性 变 粘 ，7d 和 28d 抗 压 强 度 均 有 较 大 提 高 ， 分 别 从 51.8MPa 和 61.3MPa 增加到 57.3 MPa 和 67.5MPa。综合比较， 选取配合比 2 进行下一阶段试验。
19
C
18 170 425 53.9 62.3 粘聚性差
20
C
24 190 450 52.3 59.6 工作性良
试验结果表明 ：对拌合物工作性而言 ，当 A、B、C 三 种 级 配的人工砂中无石粉含量时，工作性都较差，均出现离析和 泌水现象；随石粉含量增加，逐渐改善了人工砂混凝土拌合 物的流动性、粘聚性和保水性，混凝土拌合物的坍落度与坍 落扩展度均增大； 不同级配人工砂达到最佳的含粉量不同， 人工砂 A 达到最佳含粉量为 12％，人工砂 B 的最佳含粉量为 18％，而 人 工 砂 C 的 含 粉 量 达 到 24％时 ，坍 落 度 和 扩 展 度 达 到最大；另外，与天然中砂混凝土比较，最佳含粉量人工砂配 制的混凝土拌合物工作性与天然中砂混凝土相当。
细集料 4.75
筛 孔 尺 寸 （mm）/ 累 计 筛 余 /％ 2.36 1.18 0.6 0.3
细度 0.15 模数
天然中砂 6.7 19.5 28.8 45.9 80.1 98.3 2.6
表 3 碎石的性能
表观 密度 /（kg/m3）
松散堆 积密度 /（kg/m3）
紧密堆 积密度 /（kg/m3）
通硅酸盐水泥，其物理性能见表 4。
（5）外 加 剂 ：试 验 选 用 与 小 南 海 水 泥 适 应 性 较 好 的 重 庆
江韵混凝土外加剂有限公司生产的 JY-Ⅰ高效减水剂。
表 1 人工砂的颗粒级配和细度模数
人工砂 4.75
筛 孔 尺 寸 （mm）/ 累 计 筛 余 /％ 2.36 1.18 0.6 0.3
为 研 究 人 工 砂 0.15mm 以 下 颗 粒 组 成 对 混 凝 土 性 能 的 影 响 ，
采用配 合 比 2， 选 用 含 粉 量 为 18％人 工 砂 B 作 为 细 集 料 ，并
将 小 于 0.15mm 的 颗 粒 筛 分 为 0.075～0.15mm 之 间 颗 粒 与 小
于 0.075mm 以 下 颗 粒 ，两 部 分 颗 粒 分 别 按 比 例 为 2： 1，1： 1
3 人工砂 0.15mm 以上颗粒级配
人工砂最佳含粉量及其上下限一直存在争议，而较少有 研究结合人工砂级配和含粉量分析其对混凝土各种性能影 响。 选择含粉量（为了避免 0.15mm 以下颗粒形态对试验的影 响，石粉均选取人工砂 B 的 0.15mm 以下颗粒）分别为 0，6％， 12％，18％，24％的 三 种 不 同 级 配 人 工 砂 （ 人 工 砂 A、B、C 的 0.15mm 以上颗粒 ）作 为 混 凝 土 的 细 集 料 ，进 行 混 凝 土 拌 合 物 工作性能、立方体抗压强度的对比试验，试验结果见表 6。
从混凝土的立方体抗压强度来看， 人工砂中无石粉时， 由于混凝土工作性很差，成型硬化后的混凝土立方体抗压强 度 均 较 低 ， 其 中 28d 抗 压 强 度 分 别 为 ：56.0MPa、55.7MPa、 52.1MPa，均 比 天 然 中 砂 混 凝 土 28d 强 度 60.1MPa 低 ；含 粉 量 在 18％以内时，随石粉含量增加，其抗压强度呈递 增 趋 势 ，石 粉含量 12%人工砂配制的混凝土较石粉含量 6%人工砂配制 的混凝土 28d 抗压强度都有不同程度的增 加 ，石 粉 含 量 18% 人 工 砂 配 制 的 混 凝 土 较 12％的 人 工 砂 配 制 的 混 凝 土 有 所 增 加，证明一定含量的石粉微粒在工作性良好高强人工砂混凝 土 中 一 定 的 增 强 效 果 ； 但 当 含 粉 量 增 大 到 24％时 ， 强 度 较 18％含 粉 量 的 人 工 砂 配 制 的 混 凝 土 强 度 均 有 不 同 程 度 的 减 小。 其中，含粉量为 12％和 18%的人工砂混凝土的 7d 和 28d 立方体抗压强度均比天然中砂混凝土高，立方体抗压强度最 高的要比同条件下的天然中砂混凝土高出 3.3MPa。
7
A
6 135 365 52.0 59.6
泌水
8
A
12 210 490 53.7 62.0 工作性良好
9
A
18 185 460 54.4 63.4
略粘
10
A
24 160 395 51.3 60.6
较粘
11
B
0 90 290 47.3 55.7
离析
12
B
6 120 360 51.1 60.4
泌水
13
B
细度 0.15 模数
A
5.7 15.8 37.4 63.3 82.3 88.1 2.7
B
6.1 31.6 45.1 74.9 85.4 91.3 3.2
C
8.1 45.3 67.1 78.6 89.5 92.1 3.6
D
4.4 30.2 48.5 69.8 86.9 88.6 3.2
表 2 天然中砂级配
22
1:1
180 445 53.8 62.7 4.34 流动性稍差
23
1:2
170 410 53.1 60.8 4.01
略粘
研 究 表 明 ，0.15mm 以 下 颗 粒 的 组 成 对 人 工 砂 混 凝 土 有 影响。 从表 8 可以看出：随着 0.075mm 以下颗粒所占比例增 加，坍落度及扩展度均减小，拌合物逐渐变粘，这是因为小于 0.075mm 颗 粒 比 表 面 积 比 0.075～0.15mm 颗 粒 大 ， 吸 水 率 增 大，使混凝土拌合物的工 作 性 变 差 ；对 7d 和 28d 立 方 体 抗 压 强度影响不大，强 度 相 差 没 有 超 过 2MPa，而 28d 劈 裂 强 度 分 别为 4.25MPa，4.34MPa 和 4.01MPa，相差也不大。
试验 细集 砂率 坍落度 扩展度 编号 料 /％ /mm /mm
立方体抗压 强 度 /MPa
7d 28d
工作性 描述
24 B6 30 95 25 B6 33 120 26 B6 36 160 27 B6 39 175 28 B6 42 180 29 B12 30 120 30 B12 33 175 31 B12 36 185 32 B12 39 195 33 B12 42 170 34 B18 30 140 35 B18 33 165 36 B18 36 200 37 B18 39 185 38 B18 42 160 39 C12 30 100 40 C12 33 125 41 C12 36 165 42 C12 39 175 43 C12 42 170
4 人工砂 0.15mm 以下颗粒组成
人工砂表面粗糙， 有尖锐棱角， 加工过程中会产生 0.15mm 以 下 颗 粒 ，相 关 研 究 指 出 ：同 样 的 在 0.15mm 以 下 颗 粒中， 小于 0.075mm 颗粒占大多数与 0.075～0.15mm 之 间 颗 粒 占 大 多 数 两 种 情 况 下 人 工 砂 的 最 佳 含 粉 量 可 能 不 一 样 [3]。
关键词 人工砂；含粉量；级配；工作性能；强度
1 原材料
（1）人 工 砂 ：选 用 重 庆 地 区 由 石 灰 岩 破 碎 3 种 颗 粒 级 配
不同的人工砂，分别为人工砂 A、人工砂 B、人工砂 C。 此外，
还选用了由重庆长江卵石破碎人工砂 D，其筛分结果和细度
模数见表 1。
（2）天然中砂：试验选用了岳阳天然中砂 ，其表观密度为
空隙 率 /%
针片状 含量 /%
含泥 量 /%
压碎 指标 /%
2710
1540
1720 36.5 1.7
0.4 9.1
细度 筛余/%
2.8
表 4 水泥的物理性能
凝结时间 /（h:min） 初凝 终凝
安定性 （饼法）
抗折强度 /MPa
3d 28d
2： 42 3： 44 合格 6.2 9.1
抗折强度 /MPa
3d 28d
30.9 51.7
2 初步配合比
主要以强度等级 C50 的混凝土为研究对象，根 据 配 制 经 验， 初步确 定 胶 凝 材 料 用 量 460～510kg/m3， 水 灰 比 在 0.34～ 0.42 之间选择，要求坍落度大于 160mm。 在人工砂混凝土配 合比试验前，将人工砂 A、B、C、D 分别筛分为 0.15mm 以上和 0.15mm 以下 两 种 颗 粒 级 配 组 分 ， 在 接 下 来 的 试 验 中 按 相 应 的要求进行选取。 初步配合比试验采用的细集料为未经筛分 处理的人工砂 B，其中，砂率均选取 35%。 初步配合比以及拌 合物工作性和强度试验结果见表 5。
5 砂率
由于人工砂表面粗糙，棱角多，且石粉含量普遍较高，从 而导致人工砂混凝土和易性较易出现极端情况。 砂率稍小， 就容易出现离析泌水现象， 砂率偏大时则表现为粘性过大， 流 动 性 显 著 降 低 ，因 此 ，砂 率 的 选 取 对 于 （下转第 79 页）
表 8 砂率对人工砂混凝土拌合物工作性和强度的影响
·26·
第 2 期（总第 115 期）
试验研究■
表 6 石粉含量对不同级配人工砂混凝土的影响
试验 编号
细集料
含粉 坍落 度
量/% /mm
扩展 度 /mm
立方体抗压 强 度 /MPa
7d 28d
工作性描述
5 天然中砂 / 205 505 50.4 60.1 工作性好
6
A
0 100 300 48.6 56.0 离析、泌水
2650kg/m3，松 散 堆 积 密 度 1490kg/m3，紧 装 堆 积 密 度 1610 kg/
m3，松散与紧装空隙率分别为 43.8％、39.2％，其级配见表 2。
（3）粗 集 料 ：试 验 研 究 采 用 重 庆 旱 土 5～25mm 石 灰 岩 碎
石，其主要性能见表 3。
（4）水 泥 ：使 用 重 庆 小 南 海 水 泥 厂 生 产 的 P.O42.5R 级 普