细骨料种类对C30混凝土性能的影响

细骨料种类对C30混凝土性能的影响

摘要：针对目前天然中砂匮乏的现象，对比研究了天然中砂和不同混合比例的混合砂对C30混凝土工作性能、力学性能和收缩性能的影响。试验结果表明：机制砂和天然细砂按适当比例混合，可以配制出拌合物工作性能好、力学性能和收缩性能满足要求的C30混凝土。

关键词：机制砂；混合砂；混凝土；性能

1 前言

混凝土价格低廉、性能优良、原材料丰富易得，是当代用量最多、最普遍、最重要的土木工程材料之一[1]。从组成上看，骨料占混凝土总量的70～80%，其中，细骨料不仅占有较大比例，而且对新拌混凝土工作性和硬化后混凝土综合物理力学性能与耐久性有重要影响。一般，配制混凝土选用天然河砂作细骨料，并以优先选用中粗砂、就地取材、尽可能降低混凝土生产成本为基本原则。天然砂资源是一种地方资源，短时间内不可再生且不适合长距离运输。随着土木工程建设的蓬勃发展，对砂石开采行业及其它建材行业的需求日益增加，近年来，我国不少地区出现天然砂资源逐步短缺，甚至无天然砂可用的状况，混凝土用砂供需矛盾日益突出，砂的价格亦越来越高，供不应求的现象时有发生，影响了工程建设的进展，推行应用机制砂配置混凝土已经势在必行。针对天然中砂匮乏的现象，本文通过天然细砂与机制砂混合，讨论细骨料种类对C30混凝土性能的影响。

2 材料与方法

2.1 主要原材料

水泥：由华润水泥（龙岩曹溪）有限公司生产的P·O42.5级水泥，其主要性能见表1。

表1 水泥物理力学性能

外加剂：选用龙海市富敏混凝土外加剂有限公司生产的FM-Ⅲ缓凝高效建水剂，减水率为21%，收缩率比（28d）为65%。

粗骨料：由马坑石场生产的5-31.5mm花岗岩碎石，其性能见表2。

表2 碎石性能

细骨料：天然中砂(S1)和天然细砂(S2)，其性能见表3和表4；机制砂(S3)，产地龙岩，其性能见表5。机制砂与天然细砂按3种比例混合后，其颗粒级配与细度模数结果见表6。

表3 天然中砂(S1)性能

表4 天然细砂(S2)性能

表5 机制砂(S3)性能

表6 3种比例的混合砂颗粒级配和细度模数

2.2 试验方法

针对实际生产中应用最普遍的C30混凝土进行试验设计，试验所配混凝土的坍落度控制在180-220mm间，通过计算，确定采用的混凝土配合比为：水：水泥：砂：石：外加剂=0.44:1.00:2.13:2.83:0.022，讨论细骨料种类对C30混凝土工作性能、力学性能和收缩性能的影响情况。混凝土的制备按现行标准JGJ 55-2011《普通混凝土配合比设计规程》进行，工作性能、力学性能和收缩性能按GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》、GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》和GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行。

3 结果与分析

3.1 细骨料种类对混凝土工作性能的影响

对比了天然砂、机制砂和混合砂混凝土的工作性能，试验结果如表7所示。在配合比一定时，天然Ⅱ区中砂具有较好的坍落度、扩展度和较优的和易性，天然细砂砂子子，总表面积大，需水量较大，在用水量一定时，坍落度和和易性相对较差，机制砂多棱角，表面粗糙，有部分针片状颗粒，并有部分石粉，需水量也较大，初拌混凝土和易性较差。将天然细砂与机制砂按一定比例混合，改善了颗粒级配，使混凝土拌合物的工作性能明显得到改善，不亚于天然中砂混凝土拌合物的工作性能。

表7 细骨料种类对混凝土工作性能的影响

3.2细骨料种类对混凝土抗压强度的影响

细骨料种类对混凝土抗压强度的影响见表8。由表可知，用天然细砂、机制砂和混合砂配制的混凝土3d、28d抗压强度均高于天然中砂配制的混凝土，并且，随着混合砂中机制砂比例的增加，3d抗压强度增幅较大，抗压强度由20.4MPa 上升至24.6MPa，提高了20.59%，28天强度则提高了14.81%。分析其原因，主要有以下三个方面：第一，机制砂的主要成分是碳酸钙，处于高浓度氢氧化钙中，其表面会发生微弱化学反应，而天然砂成分中二氧化硅含量高，不能发生类似反应[2]；第二，机制砂的表明洁净而粗糙，易与水泥石料粘结，且混合砂是经过优化试验按一定比例混合而成，砂的颗粒级配好，而天然砂经长期冲磨，表面光滑，颗粒级配是由自然形成，其中的粗、细颗粒搭配程度存在着不均，并多含带有泥浆，所以混合砂比天然砂在与胶凝材料胶结时具有更好的黏聚性和握裹力[3]；第三，混合砂中机制砂多含有一定量的石粉，这些石粉在混凝土中又起到微集料和填充的效应，减少了内部孔隙，使混凝土内部结构更密实，从而提高了制品的性能。混和砂中机制砂的掺配比例与混凝土强度之间有一定的规律，但不是线性关系，在实际应用过程中，应根据天然砂和机制砂的特性，经过试验确定满足混凝土强度的合适混和比例。

表8 细骨料种类对混凝土抗压强度的影响

3.3细骨料种类对混凝土收缩性能的影响

收缩是混凝土的重要技术性能，混凝土收缩越大，混凝土结构出现开裂的可

能性愈高，结构抵抗侵蚀介质渗入混凝土机体的能力也越弱，最终使混凝土工程的耐久性变差[4]。试验选择全天然中砂、全机制砂及工作性能和力学性能均较好的混合砂配制混凝土来测试其的收缩性能。混凝土收缩率的测试均在温度20±2℃、相对湿度60±5 %的养护条件下进行，其测试结果见图1。从图中可以发现，三条曲线的发展趋势基本一致，在龄期28d之前，试样收缩率都随着养护龄期的增加呈现较快的增长速度，28d龄期之后，虽然混凝土收缩也随龄期增加，但增长速率明显降低。配制的全机制砂混凝土的收缩率要大于由全天然中砂配制的混凝土收缩率，但机制砂与细砂按适当的比例混合使用，且控制混合砂与天然中砂的细度模数相当，混凝土的收缩率可以明显降低，有望接近天然中砂混凝土的水平。

图1 混凝土收缩率

4 结论

通过以上的试验可以得出以下结论：

（1）将天然细砂与机制砂按一定比例混合，可以改善彼此的颗粒级配，使混凝土拌合物的工作性能明显得到改善，不亚于天然中砂混凝土拌合物的工作性能。

（2）机制砂与天然细砂复合的混合砂配制的混凝土的力学性能会高于天然中砂所配制的混凝土强度，掺配比例与混凝土强度之间有一定的规律，但不是线性关系，在实际应用过程中，应根据天然砂和机制砂的特性，经过试验确定满足混凝土强度的合适混和比例。

（3）机制砂与细砂按适当的比例混合使用，且控制混合砂与天然中砂的细度模数相当，混凝土的收缩率可以明显降低，有望接近天然中砂混凝土的水平。

（4）由于机制砂和天然细砂资源较丰富易得，在如今天然中粗砂缺乏的形势下，应用混合砂替代天然砂，具有明显的现实意义，同时也是落实循环经济的措施之一。

参考文献：

[1] 黄洪胜.混合砂混凝土性能与应用研究[D].重庆：重庆大学,2005.