机制砂掺量对混合砂泵送混凝土性能影响试验研究_张伦

2 天然砂与机制砂混合比例研究
在天然砂中按照一定比例掺加机制砂形成的混 合砂使天然砂和机制砂的优点和缺点都被中和，最终 目的就是要在各方面满足泵送混凝土的要求。混合 砂泵送混凝土主要考虑工作性能、力学性能及经济性 要求。
选用 7 组 机 制 砂 与 天 然 砂 比 例 进 行 试 验， 机制砂︰天 然 砂 分 别 为 95% ︰ 5% ，90% ︰ 10% ， 85% ︰ 15% ，80% ︰ 20% ，75% ︰ 25% ，70% ︰ 30% ， 65% ︰ 35% 。 2． 1 抗压强度
抗压强度试验结果见表 2。由表 2 可知三种细集 料配制的混凝土 28 d 抗压强度均达到 C30 强度要求。 其他条件相同时机制砂混凝土 7 d 和 28 d 抗压强度 最高，天然中砂混凝土次之，混合砂混凝土居于两者 之间。且机制砂强度增长幅度最大为 93% ，天然砂强 度幅度最小为 77% 。
分析原因，可 能 因 为 机 制 砂 颗 粒 表 面 粗 糙，同 水 泥浆粘结性能较好，同时机制砂颗粒粒径大棱角性较 好，集料间 嵌 挤 作 用 增 加 了 混 凝 土 抗 压 强 度［3］。 另 外，机制砂中含有的少量石粉有优化及配填充粗集料 间缝隙的作用，增加了混凝土的密实性，所以抗压强 度增加。
表 1 混凝土配合比
强度 水灰
配合比（ kg / m3 ）
等级 比 砂率 水 水泥 砂 石料 粉煤 矿粉 泵送
灰
剂
C30 0． 51 0． 42 190 255 746 1 027 56 60 5． 94
山东交通科技
1． 1 坍落度试验 坍落度反映 了 混 凝 土 流 动 能 力，不 发 生 离 析、泌
由分析可知若全部采用机制砂配制泵送混凝土， 其抗压强度是最高的。但是其坍落度则很难满足要 求。因此需要在机制砂与天然砂之间寻求一个平衡， 即采用 一 定 比 例 的 机 制 砂。抗 压 强 度 试 验 结 果 见 表 4。
表 4 抗压强度
机制砂 0． 95 0． 90 0． 85 0． 80 0． 75 0． 70 0． 65 掺量
收稿日期： 2015—01—23 作者简介： 张伦（ 1990—） ，女，河南驻马店人，助理工程师。
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引言
随着我国基础建设的飞速发展，可供开采的天然 砂越来越少，对天然砂过 度 的 开 采 即 破 坏 了 生 态 环 境，也增加 了 工 程 成 本。在 此 情 况 下 机 制 砂 应 运 而 生，机制砂具有棱角性好、表面粗糙，配制的混凝凝土 强度高等优点，逐渐运用到基础设施建设中。而泵送 混凝土作为一种对流动性有特殊要求的混凝土，在引 进机制砂时着重考虑了混凝土的工作性能［1］。我国 如今主要用天然砂配制泵送混凝土，采用机制砂时容 易出现在输 送 过 程 中 出 现 离 析、堵 塞 输 送 管 等 问 题， 很大部分是因为级配不良造成的［2］。
本试验中，随 着 机 制 砂 掺 量 变 化，混 合 砂 的 颗 粒 形状、级配、细度模数都发生了变化，所以影响混凝土 坍落度的因素较为复杂。一般情况下由于机制砂表 面较粗糙，棱角性较好，机制砂的增加会降低混凝土 工作性［8 － 9］。但由于机制砂细度模数大于天然砂细
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图 2 混合砂坍落度
水前提下坍落度越大混凝土的工作性能越好。对于 泵送混凝土，流动性直接决定了混凝土的可泵性，流 动性越好的混凝土可泵性越好，输送就越容易。因此 泵送混凝土中坍落度是混凝土能否应用于实践的决 定性因素［2］。
坍落度试 验 结 果 为 天 然 砂 165 mm、机 制 砂 110 mm、混合砂 160 mm。其他条件都相同的情况下，天然 中砂坍落度 最 大，混 合 砂 次 之，机 制 砂 坍 落 度 最 小。 分析原因可能是因为机制砂级配较差，级配多出现两 头大中间小的情况加上机 制 砂 粗 集 料 较 多、棱 角 分 明，粗集料间间隙率较大，颗粒间嵌挤作用较为明显； 同时粗集料表面比较粗糙也是配制的混凝土坍落度 较低原因之一。 1． 2 抗压强度试验
由图 1 可知，当机制砂掺量大于 65% 时，抗压强 度均比全为天然砂时配制的混凝土大。随着机制砂 掺量增加，混凝土抗压强度逐渐降低。根据试验结果 可知，全为机制砂和全为天然砂时 28 d 抗压强度分别 为 44． 3 MPa 和 36 MPa，与本试验结果相符。由强度 曲线可知，当机制砂掺量小于 65% 时，抗压强度可能 与全由天然砂配制的混凝土相差不大，因此要增加混 凝土的抗压强度，机制砂的掺量须大于 65% 。
1 三种细集料混凝土性能研究
（ 1） 水泥： P． O42． 5 级，密度 3． 1 g / cm3 ，标准稠度 26． 7% ，初凝时间 2 h30 min，终凝时间 3 h50 min，安 定性试验 合 格，抗 压 强 度 3 d 为 26． 5 MPa、28 d 为 51． 8 MPa，抗折强度 3 d 为 5． 7 MPa、28 d 为 9． 0 MPa。 （ 2） 矿粉： 比表面积 391 m2 / kg，流动度比 103． 4% ，活 性指数 28 d101． 2% 、7 d80． 3% ，密度为 2． 88 g / cm3 。
表 2 抗压强度
混凝土种类 天然中砂混凝土 机制砂混凝土 混合砂混凝土
7 d 强度（ MPa）
20． 3
22． 9
23． 1
28 d 强度（ MPa）
36． 0
44． 3
39． 0
1． 3 抗碳化性能试验 借鉴文献［4 － 5］ 的研究方法，成 型 100 mm × 100
mm × 100 mm 立方体试件，分别测量一个面四个边角 和中心碳化深度（ 测量值 1、2、3、4 为四个角，5 为中 心） 。试验结果见表 3。由表 3 可知，混合砂抗碳化性 能最好，碳化深度 3． 52 mm，天然砂 次 之，碳 化 深 度 3． 88 mm，机制砂最弱，碳化深度 4． 5 mm。碳化过程 是 CO2 在深入混凝土内部过程中发生的一系列物理
impact of mixing pump concrete
ZHANG Lun
（ Shanxi Transportation Ｒesearch Institute， Shanxi Taiyuan 030006 China）
Abstract： In order to study the feasibility of supplying concrete with machine － made sand pumping，configured the natural sand concrete，machine － made sand concrete and mixed sand concrete to test their performance of concrete slump，compressive strength and carbonation resistance． The test found that the mixed sand which contained more than 65% machine － made sand can meet the engineering requirements in terms of strength，working performance， durability． Further study on the basis found that 70% machine － made sand content is the best． Key words： pumping concrete； mixed sand； rational incorporating proportion； mix ratio
表 5 混合砂坍落度
机制 砂掺量 95 90 85 80 75 70 65 （ %）
坍落度 98 （ mm）
130 1Biblioteka Baidu5 154
88 166 139
分析表 5 试验数据和图 2 可知，机 制 砂 掺 量 在 70% 和 85% 时混合砂配制的混凝土出现极大值，机制 砂掺量 为 75% 时 出 现 极 小 值； 当 机 制 砂 掺 量 大 于 85% 或小于 70% 时配制的混凝土坍落度都呈现降低 的趋势。
2016 年第 2 期
化学反应，导致混凝土物理力学性能变弱的现象。机 制砂级配较差，配制的混凝土孔隙率较大，因此 CO2 容易渗入混凝土中发生碳化反应。而天然砂和混合 砂级配较好，配制的混凝土较为密实所以抗碳化能力 得以改善［6］。
分析可知混合砂配制的混凝土在工作性能、力学 性 能、抗 碳 化 性 能 方 面 均 较 好，满 足 泵 送 混 凝 土 的 基 本要求。将混合砂用于配制泵送混凝土可行。
度模数，随 着 机 制 砂 增 多，混 合 砂 细 度 模 数 也 增 加。 在其余条件不变时，细集料细度模数越大混凝土流动 性越小。所以混凝土流动性是受集料棱角性和颗粒 粗细程度共同作用的结果。从图 4 可以看到，机制砂 掺量在 75% ～ 85% 时随着机制砂掺量增加，混凝土坍 落度反而变大。机制砂掺量在 75% 时达到最低是因 为此时颗粒级配很差，砂浆填充状态不好。
由于机制砂掺量大于 65% 时，混凝土抗压强度均 满足 C30 要求，故只需再进行混凝土工作性能试验研 究，根据工作性能和抗压强度综合考虑选取最佳机制 砂掺量。 2． 2 坍落度试验
在坍落度方 面，一 方 面 机 制 砂 表 面 较 为 粗 糙，这 种表面特性导致其需水量增大，配制的混凝土流动性 较低。另一方面机制砂中的针片状颗粒表面积较大 增加了需水量，同时针片状 颗 粒 本 身 也 会 减 弱 流 动 性［7］。坍落度试验结果见表 5。
7 d 强度 34． 2 25． 6 28． 2 28． 9 24． 1 22． 9 22． 0 （ MPa）
28 d 强度 42． 4 40． 4 44． 2 39． 2 36． 8 34． 1 37． 5 （ MPa）
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张 伦： 机制砂掺量对混合砂泵送混凝土性能影响试验研究
图 1 混合砂抗压强度曲线
分别对由天然中砂、机制砂、混合砂配制的 C30 普通 泵送混凝土进行流动性能、抗压强度、抗碳化性能试验。 根据规范要求泵送混凝土的坍落度要求控制在 80 ～ 180 mm 之间，水灰比最好低于 0． 6。考虑到泵送混凝土要求 较大的流动性，而且输送过程中会损失一定的坍落度，同 时机制砂配制的混凝土流动性损失较大，因此采用 0． 51 的水灰比。选择砂率时，考虑到砂率越高需水量越大，砂 率过高时对混凝土流动性不利； 砂率较低时虽然需水量 减小，但是粗集料之间无法形成足够的砂浆层，配制混凝 土容易出现离析、泌水现象，对混凝土工作性能不利［1］。 混凝土配合比就见表 1。
表 3 碳化深度
测量 部位
测量 测量 测量 测量 测量 值 1 值 2 值 3 值 4 值 5 均值
天然 砂碳化 3． 5 4． 2 4． 0 4． 3 3． 4 3． 88 深度（ mm）
机制 砂碳化 5． 0 4． 5 4． 8 4． 2 4． 0 4． 5 深度（ mm）
混合 砂碳化 3． 0 3． 9 4． 1 3． 4 3． 2 3． 52 深度（ mm）
掺量的混合砂 在 强 度 、工 作 性 能 、耐 久 性 能 方 面
均能达到工程要求； 在此基础上进一步研究了混
合砂中机制砂的最佳掺量，发现 70% 机 制 砂 掺
量为最佳。
关键词： 泵送混凝土； 混合砂； 合理掺量； 配合比
中图分类号： TU528
文献标识码： A
Experimental research of machine － made sand content on performance
机制砂掺量对混合砂泵送 混凝土性能影响试验研究
张伦 （ 山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）
摘要： 为了研究机制砂配制泵送混凝土的可行
性，分别配制 了 天 然 砂 混 凝 土 、机 制 砂 混 凝 土 和
混合砂混 凝 土 进 行 混 凝 土 坍 落 度、试 件 抗 压 强
度、试件抗碳化性能试验，发现 65% 以上机制砂