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【摘 要】 本文就机制砂对混凝土拌和物性能强度的影响进行了探讨，在此基础上，对C30机制砂泵送混凝土的配制和主要技术性能以及在现场的应用等方面进行了研究。
【关键词】 机制砂;泵送混凝土;试验研究
一、前言
长久以来，河砂作为配制混凝土的细骨料被大量使用，然而，随着现代混凝土建筑的大规模建设，大量开采河砂必将造成很多植被的破坏。河砂无限制的使用已不符合混凝土科学可持续发展的思路。为了适应新形势下的需求，开展了用机制砂配制C30高性能混凝土的试验研究非常必要。
二、泵送混凝土对原材料的要求
根据规定要求，泵送混凝土最小水泥用量（含掺合料）不宜小于300kg/m3，细骨料宜选中砂，粒径小于0.325mm颗粒所占比例不宜小于15%，砂率宜为35%～45%，粗骨料的最大粒径应与所用输送管径相适应，碎石的最大粒径与输送管内径之比在泵送高度50米内时，不宜大于1：3。
1、机制砂的特性
（1）机制砂必须用质地坚硬，强度≥80MPa，且不含对混凝土有害的化学成分的岩石，经机械轧制而成。
（2）机制砂颗粒粗糙，石粉含量高，这势必减弱混凝土的流动性，增加需水量，在相同的条件下，配制相同坍落度的混凝土，机制砂比天然砂需水量增加5～10kg/m3。
（3）机制砂的颗粒级配不良，颗粒分布往往表现为中间少，两头多，大于5.00m和小于0.075mm颗粒（石粉）均超过10%，2.5mm的累计筛余量≥35%。
2、机制砂混凝土的特性
（1）由于机制砂级配不良往往易导致新拌混凝土粘聚性、保水性差，易离析、泌水，并降低和易性和流动性，使混凝土强度、耐久性降低，而且早期收缩增大，混凝土硬化后其表面水波纹严重，影响混凝土结构物的感观质量。
（2）机制砂泵送混凝土，其粗骨料用量宜小于1000kg/m3，相应砂率要求增大，宜在45%～50%之间，往往要靠增加胶凝材料用量来改善其工作性能。
（3）机制砂颗粒粗糙、多棱角、表面积大，与水泥胶结性能好，因此混凝土的抗压强度相对有了提高。
三、试验目的与程序
对于机制砂泵送混凝土，既要求它能满足设计规定的强度和耐久性，还要满足可泵性要求，即混凝土拌和物必须充满管并易于流动;混凝土要有足够的黏聚性，在泵送过程中不离析、不泌水;混凝土与管壁之间以及混凝土内部摩阻力要小。围绕此目的，首先就机制砂对混凝土拌和物性能和强度的影响进行了一系列的试验;在此基础上，对C30机制砂泵送混凝土不同水泥用量、不同水灰比的泌水性、黏聚性、和易性、坍落度、抗压强度进行试验，从中选出较好的配合比，然后再对其1h坍落度损失、凝结时间进行试验来确定理论配合比，以保证满足混凝土泵送的要求。
试验按现行国家标准《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》（JGJ52-2006）、《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》（JGJ53-2006）、《普通混凝土力学性能试验方法》（GBJ50081-2002）、《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》（GBJ50082-2009）进行。
四、原材料的选择
1、试验用原材料
（1）水泥：赤峰远航水泥厂生产的远航牌。PO425号R水泥，经取样检定，该水泥胶砂强度、安定性、细度均符合国家现行标准。
（2）粗骨料：采用玄武岩碎石，粒径为5～31.5mm，级配各项指标均符合规范要求。
（3）细骨料：本地产机制砂，粗细程度为中砂，石粉含量为2%～10%。
（4）水：生活水。
（5）外加剂：采用石家庄产TS-2型泵送剂。
作为混凝土的细骨料，机制砂与河砂相比，其质量状况对混凝土的性能影响更大，必须严格控制。因此，本试验对机制砂的颗粒级配、细度、石粉含量及含泥量指标进行了分析并做了限定。
1、颗粒级配和细度：机制砂颗粒尖角多、表面粗糙，更加需要合理的级配以适于在大流动性泵送混凝土中应用。按照JGJ55-2011普通混凝土配合比设计规程6中对于配制高强混凝土和泵送混凝土所用细骨料的要求，确定机制砂的颗粒级配符合建筑用砂标准Ⅱ区级配，细度模数为2.2～3.1。
2、石粉含量：機制砂在生产过程中，不可避免地要产生一定量的石粉。当砂中石粉含量低于5%时，混凝土和易性较差，主要表现为泌水、粘聚性差、流动性差;砂中石粉含量在15%以上时，混凝土和易性虽能满足施工要求，但是混凝土较粘稠，在搅拌和泵送过程中存在阻力大的问题;只有砂中石粉含量在8%～12%之间时，混凝土和易性较好，相应的初始坍落度和1h后坍落度值都比较理想，能够满足施工需要。由此可知，石粉含量对混凝土性能影响较大，在机制砂生产时应对石粉含量提出一定要求。本试验基于此，将机制砂中的石粉控制在9%。
3、含泥量：机制砂中石粉颗粒虽然小于0.075mm，与通常所说的砂中所含的泥不同，砂中所含的泥对混凝土是有害的，它严重影响骨料与浆体之间的粘结力，导致混凝土收缩增大，密实度降低，必须严格控制其含量。根据GB/T14684-2011建筑用砂标准中的规定，用亚甲蓝吸附值来判定机制砂中含泥量的多少，由于亚甲蓝MB值直接影响到混凝土的施工性能，故在机制砂生产中要求严格控制泥土带入。
五、机制砂对混凝土拌和物性能和强度的影响
1、机制砂中的石粉对水泥性能的影响
机制砂中磨细的粒径小于0.075mm的石灰石粉，在水泥中仅仅起一种惰性掺和料的作用，对水泥安定性无不良影响。
2、机制砂中的石粉对混凝土拌和物的影响
石粉作为一种惰性材料，细度很小，它不但补充了混凝土中缺少的细颗粒，增大了固体的表面积与水体积的比例，从而减少了泌水和离析，而且石粉能和水泥形成柔软的浆体，既增加了混凝土的浆量，又改善了混凝土的和易性。如果要保持相同的坍落度，则掺石粉的混凝土用水量发生相应的变化，也就影响了混凝土的诸多性能。故对混凝土拌和物进行了坍落度、凝结时间的对比试验。 （1）机制砂中石粉对混凝土坍落度的影响
石粉含量比例相同，而水泥用量不同时坍落度变化见表1;水泥用量相同，而石粉含量比例不同时坍落度变化见表2。
由表1、表2可看出，石粉可增加混凝土的坍落度，特别是水泥用量较少时的情况更为明显，这有利于泵送混凝土的施工;但随着水泥用量的增加，坍落度的增加在减少，这是由于黏聚性过分而引起的，所以在石粉的含量上要找出最佳石粉含量。
（2）机制砂中石粉对混凝土拌和物凝结时间的影响
在相同水灰比、相同水泥用量条件下，对含石粉机制砂与不含石粉河砂的混凝土凝结时间进行了对比试验。对比结果是，河砂混凝土初凝时间为5h5min，终凝时间为6h35min;含5%石粉机制砂混凝土初凝时间为6h5min，终凝时间为7h55min。也就是机制砂混凝土的初、终凝时间较河砂混凝土都有所延长，一般情况下可延长50～120min。
总之，由于机制砂表面粗糙，混凝土拌和物和易性较差，在中、低标号混凝土中，水泥用量较少，机制砂中的石粉恰好补充了混凝土中缺少的细颗粒，这样不但改善了混凝土的和易性，而且粉末吸水，减少砂石间的摩擦，改善了混凝土拌和物的和易性。但随着石粉含量的增加，混凝土拌和用水也必然增加，而且拌和物变得干稠，因此，机制砂中石粉含量不宜过多。
（3）机制砂中石粉对混凝土强度的影响
为了弄清石粉对混凝土抗压强度的影响规律，采用了相同水泥用量而不同比例石粉含量进行了试验。
從表3可以看出，由于石粉含量的增加，补充了混凝土内缺少的细颗粒，增加了混凝土的密实度，在同样的水泥用量、同样水灰比的情况下，适当的石粉掺量不但改善了混凝土的和易性，而且提高了混凝土的抗压强度。
六、C30机制砂泵送混凝土的配制
利用以上试验结果，石粉含量为7.0%的基础上，加入一定掺量的外加剂，对不同水灰比、不同水泥用量的C30机制砂泵送混凝土进行了试验。由于机制砂表面粗糙，混凝土拌和物和易性较差，为了能使泵送混凝土有较大的流动性，同时能保持良好的和易性，根据有关资料和现场的实际情况，取砂率为52%。试验结果见表4。
表4 C30机制砂泵送混凝土的适配结果
序号 水泥品种 配合比 水灰比
（W/C） 砂率
（%） 水泥用量
（Kg/m3） 外加剂掺量
（%） 坍落度
（%） 抗压强度（MPa）
C：S：G 7d 28d
1 PO525号R 1：2.74：2.53 0.57 52 351 1.0 17.0 25.0 33.6
2 PO525号R 1：2.62：2.42 0.55 52 364 1.0 18.5 25.3 36.1
3 PO525号R 1：2.86：2.63 0.59 52 339 1.0 18.0 16.1 24.5
从泌水性、黏聚性、和易性及抗压强度综合考虑，采用了第二组作为理论配合比，并对其坍落度损失、凝结时间进行了试验，结果如表5所示。
表5 C30机制砂泵送混凝土的理论配合比
配合比 水灰比
（W/C） 砂率
（%） 水泥用量
（Kg/m3） 外加剂掺量
（%） 坍落度
（%） 1h坍落度
（%） 混凝土凝结时
C：S：G 初凝时间 终凝时间
1：2.62：2.42 0.55 0.52 364 1.0 18.5 2.5 7h45min 9h20min
七、结语
综上所述，将机制砂中石粉含量为9%时，将15%～20%粉煤灰和20%～25%矿渣粉复合等量取代水泥，均能配制得到拌合物性能良好且强度等级为C30的泵送高性能混凝土。
参考文献：
[1]张广林，顾铁增，刘德银：《机制砂混凝土耐久性能试验研究与工程应用》，《黑龙江科技信息》，2009年26期
[2]杨记芳：《机制砂的制备及在混凝土中的应用》，《山西建筑》，2009年34期
[3]覃光焱：《人工砂泵送混凝土的配制与应用》，《中国水运（下半月）》，2010年01期
【关键词】 机制砂;泵送混凝土;试验研究
一、前言
长久以来，河砂作为配制混凝土的细骨料被大量使用，然而，随着现代混凝土建筑的大规模建设，大量开采河砂必将造成很多植被的破坏。河砂无限制的使用已不符合混凝土科学可持续发展的思路。为了适应新形势下的需求，开展了用机制砂配制C30高性能混凝土的试验研究非常必要。
二、泵送混凝土对原材料的要求
根据规定要求，泵送混凝土最小水泥用量（含掺合料）不宜小于300kg/m3，细骨料宜选中砂，粒径小于0.325mm颗粒所占比例不宜小于15%，砂率宜为35%～45%，粗骨料的最大粒径应与所用输送管径相适应，碎石的最大粒径与输送管内径之比在泵送高度50米内时，不宜大于1：3。
1、机制砂的特性
（1）机制砂必须用质地坚硬，强度≥80MPa，且不含对混凝土有害的化学成分的岩石，经机械轧制而成。
（2）机制砂颗粒粗糙，石粉含量高，这势必减弱混凝土的流动性，增加需水量，在相同的条件下，配制相同坍落度的混凝土，机制砂比天然砂需水量增加5～10kg/m3。
（3）机制砂的颗粒级配不良，颗粒分布往往表现为中间少，两头多，大于5.00m和小于0.075mm颗粒（石粉）均超过10%，2.5mm的累计筛余量≥35%。
2、机制砂混凝土的特性
（1）由于机制砂级配不良往往易导致新拌混凝土粘聚性、保水性差，易离析、泌水，并降低和易性和流动性，使混凝土强度、耐久性降低，而且早期收缩增大，混凝土硬化后其表面水波纹严重，影响混凝土结构物的感观质量。
（2）机制砂泵送混凝土，其粗骨料用量宜小于1000kg/m3，相应砂率要求增大，宜在45%～50%之间，往往要靠增加胶凝材料用量来改善其工作性能。
（3）机制砂颗粒粗糙、多棱角、表面积大，与水泥胶结性能好，因此混凝土的抗压强度相对有了提高。
三、试验目的与程序
对于机制砂泵送混凝土，既要求它能满足设计规定的强度和耐久性，还要满足可泵性要求，即混凝土拌和物必须充满管并易于流动;混凝土要有足够的黏聚性，在泵送过程中不离析、不泌水;混凝土与管壁之间以及混凝土内部摩阻力要小。围绕此目的，首先就机制砂对混凝土拌和物性能和强度的影响进行了一系列的试验;在此基础上，对C30机制砂泵送混凝土不同水泥用量、不同水灰比的泌水性、黏聚性、和易性、坍落度、抗压强度进行试验，从中选出较好的配合比，然后再对其1h坍落度损失、凝结时间进行试验来确定理论配合比，以保证满足混凝土泵送的要求。
试验按现行国家标准《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》（JGJ52-2006）、《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》（JGJ53-2006）、《普通混凝土力学性能试验方法》（GBJ50081-2002）、《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》（GBJ50082-2009）进行。
四、原材料的选择
1、试验用原材料
（1）水泥：赤峰远航水泥厂生产的远航牌。PO425号R水泥，经取样检定，该水泥胶砂强度、安定性、细度均符合国家现行标准。
（2）粗骨料：采用玄武岩碎石，粒径为5～31.5mm，级配各项指标均符合规范要求。
（3）细骨料：本地产机制砂，粗细程度为中砂，石粉含量为2%～10%。
（4）水：生活水。
（5）外加剂：采用石家庄产TS-2型泵送剂。
作为混凝土的细骨料，机制砂与河砂相比，其质量状况对混凝土的性能影响更大，必须严格控制。因此，本试验对机制砂的颗粒级配、细度、石粉含量及含泥量指标进行了分析并做了限定。
1、颗粒级配和细度：机制砂颗粒尖角多、表面粗糙，更加需要合理的级配以适于在大流动性泵送混凝土中应用。按照JGJ55-2011普通混凝土配合比设计规程6中对于配制高强混凝土和泵送混凝土所用细骨料的要求，确定机制砂的颗粒级配符合建筑用砂标准Ⅱ区级配，细度模数为2.2～3.1。
2、石粉含量：機制砂在生产过程中，不可避免地要产生一定量的石粉。当砂中石粉含量低于5%时，混凝土和易性较差，主要表现为泌水、粘聚性差、流动性差;砂中石粉含量在15%以上时，混凝土和易性虽能满足施工要求，但是混凝土较粘稠，在搅拌和泵送过程中存在阻力大的问题;只有砂中石粉含量在8%～12%之间时，混凝土和易性较好，相应的初始坍落度和1h后坍落度值都比较理想，能够满足施工需要。由此可知，石粉含量对混凝土性能影响较大，在机制砂生产时应对石粉含量提出一定要求。本试验基于此，将机制砂中的石粉控制在9%。
3、含泥量：机制砂中石粉颗粒虽然小于0.075mm，与通常所说的砂中所含的泥不同，砂中所含的泥对混凝土是有害的，它严重影响骨料与浆体之间的粘结力，导致混凝土收缩增大，密实度降低，必须严格控制其含量。根据GB/T14684-2011建筑用砂标准中的规定，用亚甲蓝吸附值来判定机制砂中含泥量的多少，由于亚甲蓝MB值直接影响到混凝土的施工性能，故在机制砂生产中要求严格控制泥土带入。
五、机制砂对混凝土拌和物性能和强度的影响
1、机制砂中的石粉对水泥性能的影响
机制砂中磨细的粒径小于0.075mm的石灰石粉，在水泥中仅仅起一种惰性掺和料的作用，对水泥安定性无不良影响。
2、机制砂中的石粉对混凝土拌和物的影响
石粉作为一种惰性材料，细度很小，它不但补充了混凝土中缺少的细颗粒，增大了固体的表面积与水体积的比例，从而减少了泌水和离析，而且石粉能和水泥形成柔软的浆体，既增加了混凝土的浆量，又改善了混凝土的和易性。如果要保持相同的坍落度，则掺石粉的混凝土用水量发生相应的变化，也就影响了混凝土的诸多性能。故对混凝土拌和物进行了坍落度、凝结时间的对比试验。 （1）机制砂中石粉对混凝土坍落度的影响
石粉含量比例相同，而水泥用量不同时坍落度变化见表1;水泥用量相同，而石粉含量比例不同时坍落度变化见表2。
由表1、表2可看出，石粉可增加混凝土的坍落度，特别是水泥用量较少时的情况更为明显，这有利于泵送混凝土的施工;但随着水泥用量的增加，坍落度的增加在减少，这是由于黏聚性过分而引起的，所以在石粉的含量上要找出最佳石粉含量。
（2）机制砂中石粉对混凝土拌和物凝结时间的影响
在相同水灰比、相同水泥用量条件下，对含石粉机制砂与不含石粉河砂的混凝土凝结时间进行了对比试验。对比结果是，河砂混凝土初凝时间为5h5min，终凝时间为6h35min;含5%石粉机制砂混凝土初凝时间为6h5min，终凝时间为7h55min。也就是机制砂混凝土的初、终凝时间较河砂混凝土都有所延长，一般情况下可延长50～120min。
总之，由于机制砂表面粗糙，混凝土拌和物和易性较差，在中、低标号混凝土中，水泥用量较少，机制砂中的石粉恰好补充了混凝土中缺少的细颗粒，这样不但改善了混凝土的和易性，而且粉末吸水，减少砂石间的摩擦，改善了混凝土拌和物的和易性。但随着石粉含量的增加，混凝土拌和用水也必然增加，而且拌和物变得干稠，因此，机制砂中石粉含量不宜过多。
（3）机制砂中石粉对混凝土强度的影响
为了弄清石粉对混凝土抗压强度的影响规律，采用了相同水泥用量而不同比例石粉含量进行了试验。
從表3可以看出，由于石粉含量的增加，补充了混凝土内缺少的细颗粒，增加了混凝土的密实度，在同样的水泥用量、同样水灰比的情况下，适当的石粉掺量不但改善了混凝土的和易性，而且提高了混凝土的抗压强度。
六、C30机制砂泵送混凝土的配制
利用以上试验结果，石粉含量为7.0%的基础上，加入一定掺量的外加剂，对不同水灰比、不同水泥用量的C30机制砂泵送混凝土进行了试验。由于机制砂表面粗糙，混凝土拌和物和易性较差，为了能使泵送混凝土有较大的流动性，同时能保持良好的和易性，根据有关资料和现场的实际情况，取砂率为52%。试验结果见表4。
表4 C30机制砂泵送混凝土的适配结果
序号 水泥品种 配合比 水灰比
（W/C） 砂率
（%） 水泥用量
（Kg/m3） 外加剂掺量
（%） 坍落度
（%） 抗压强度（MPa）
C：S：G 7d 28d
1 PO525号R 1：2.74：2.53 0.57 52 351 1.0 17.0 25.0 33.6
2 PO525号R 1：2.62：2.42 0.55 52 364 1.0 18.5 25.3 36.1
3 PO525号R 1：2.86：2.63 0.59 52 339 1.0 18.0 16.1 24.5
从泌水性、黏聚性、和易性及抗压强度综合考虑，采用了第二组作为理论配合比，并对其坍落度损失、凝结时间进行了试验，结果如表5所示。
表5 C30机制砂泵送混凝土的理论配合比
配合比 水灰比
（W/C） 砂率
（%） 水泥用量
（Kg/m3） 外加剂掺量
（%） 坍落度
（%） 1h坍落度
（%） 混凝土凝结时
C：S：G 初凝时间 终凝时间
1：2.62：2.42 0.55 0.52 364 1.0 18.5 2.5 7h45min 9h20min
七、结语
综上所述，将机制砂中石粉含量为9%时，将15%～20%粉煤灰和20%～25%矿渣粉复合等量取代水泥，均能配制得到拌合物性能良好且强度等级为C30的泵送高性能混凝土。
参考文献：
[1]张广林，顾铁增，刘德银：《机制砂混凝土耐久性能试验研究与工程应用》，《黑龙江科技信息》，2009年26期
[2]杨记芳：《机制砂的制备及在混凝土中的应用》，《山西建筑》，2009年34期
[3]覃光焱：《人工砂泵送混凝土的配制与应用》，《中国水运（下半月）》，2010年01期