武汉一冶建筑安装工程有限责任公司 湖北武汉 430080
摘要：本文通过改变机制砂与细砂的混合比例，对不同比例掺配的混合机制砂进行了试验研究，同时将混合砂与天然砂在超高层泵送混凝土方面的收缩性能、抗压强度、抗渗等方面进行了对比分析。实验结果表明，将机制砂和细砂按照合适的比例混合，可以配制出各性能指标均满足要求的超高层泵送混凝土。
关键词：机制砂；细砂；混凝土；超高层
引言
目前建筑上用砂主要以天然砂为主，而天然砂是一种不可再生自然资源，正日益减少。国家对自然资源保护和加大环保治理力度，天然砂资源的短缺和价格的暴涨，使得机制砂在国内得到广泛应用。然而，机制砂在实际使用过程中存在诸多问题，如混凝土坍落度损失快、流动性差、可泵性较差等[1]。本文对机制砂和细砂按照不同比例掺配的混合砂进行试验研究，配制满足超高层泵送混凝土，其各性能指标符合规范要求。对开发利用机制砂资源并将其应用于具体工程实践，从可持续发展及绿色环保的角度有着深远的现实意义和社会意义。
1、原材料性能
水泥：华新堡垒牌P.O 42.5级水泥，比表面积为335 m2/kg；28天抗折强度9.7MPa，抗压强度50.8MPa，安定性合格；
粉煤灰：阳逻热电厂生产II级粉煤灰，45um筛筛余细度为18.6%，需水量比为98%，烧失量为3.6%，三氧化硫为2.1%；
矿粉：武汉鑫缘绿色冶金渣技术开发有限公司生产的S95级矿粉，比表面积447m2/kg，流动度比101%，烧失量0.54%，三氧化硫为0.94%；
减水剂：武汉华烁科技生产型号为HSPC-8A聚羧酸高效减水剂，减水率21.5%，含固量14%，密度1.036g/cm3；
粗骨料：采用5-25mm碎石，其产地为湖北阳新，含泥量0.3%，压碎指标9%，针片状含量5%；
细骨料：本文采用的混合机制砂为机制砂与天然细砂按照一定比例混合而成。为了对混合机制砂与天然砂配制混凝土的性能进行对比分析，细骨料包括机制砂、细砂和天然中砂三种，机制砂与细砂比例分别为8：2、7：3、6：4和5：5四种不同的混合机制砂，具体参数如表1所示。
表1 细骨料的具体参数
2、试验过程及方法
本研究将以C30混凝土为研究对象，C30混凝土的具体配合比如表2所示。其中表2列出了试验时纯天然中砂、纯机制砂及机制砂与细砂比例为8：2、7：3、6：4和5：5四种不同的混合机制砂超高层泵送混凝土的配合比。此外，混凝土制备按照行业具有的相关标准和规范实施。
表2 混合机制砂泵送混凝土的配合比
本文对纯天然中砂、纯机制砂及机制砂与细砂比例分别为8：2、7：3、6：4和5：5四种不同的混合机制砂进行了研究。混凝土工作性能、力学性能、长期性能和耐久性能试验按照相应现行标准规范进行检测。
3、实验结果分析
3.1 拌合物工作性能及抗压强度分析
表3为天然中砂、机制砂以及不同比例混合机制砂按照上述配比制备的混凝土工作性能及抗压强度的测试结果。
表3 混凝土拌合物工作性能及强度性能
通过上表的试验结果及图1、2、3可以看出，在混凝土配比相同情况下，细骨料全部采用机制砂时，制备混凝土拌合物的各项性能与天然中砂具有明显差距。造成这种现象的原因可能是由于机制砂目前多数采用碎石通过破碎加工而成，在破碎加工过程中是无法保持机制砂表面的光滑形成，因此，机制砂的形状多数为不规则形状，这就导致在制备混凝土过程中，拌合物中颗粒之间空隙较大，混凝土的流动性较差。而天然中砂表面经过长期环境的作用，不仅形状非常规则，而且表面非常光滑，在拌合物中颗粒之间的接触非常吻合，空隙较少，有利于提升混凝土的流动性[2]。此外，通过在机制砂中添加天然细砂，由于细砂的细度模数较小，而且细砂大部分颗粒的粒度大小小于0.3mm，加到机制砂中，能够有效将大部分0.3mm以下的空隙填充，从而满足国家关于高层泵送混凝土细骨料0.3mm的筛余超过15%的规定[3]。这也可以通过表3可以看出，将机制砂与细砂按照一定的比例进行掺配后制备的混凝土性能与天然中砂的性能有较大改善。通过上表的数据可知，当混合比例为6：4时，坍落度、扩展度、抗压强度等各方面性能都与天然中砂配比的混凝土最为接近。
为了验证混合机制砂是否能够配制出其他性能指标满足要求的超高层泵送混凝土，后续研究比例为6：4的混合机制砂混凝土与天然中砂混凝土性能对比分析。混凝土是高层建筑必不可少的材料，目前由于机制砂在超高层泵送混凝土中的应用存在许多问题，因此，目前仍然采用天然砂作为原料来掺配到混凝土，以提升混凝土性能，但是由于天然砂资源的有限性，利用其它材料来替代天然砂非常迫切。本文通过试验，在机制砂混合细砂组成混合机制砂，试验结果显示，采用合适的比例，可以配制出各性能指标均满足要求的超高层泵送混凝土。
3.2 收缩性能分析
图4为采用机制砂与细砂比例为6：4配制的混凝土以及天然中砂配制的混凝土收缩性能，从图中的1d、3d、7d等各期龄段的收缩值都基本相等，也即是说，混合机制砂配制而成的混凝土收缩性能能够达到天然中砂配制的混凝土。
3.3 抗渗耐久性能分析
表4为机制砂与细砂比例为6：4配制的混凝土以及天然中砂配制的混凝土抗渗性能试验结果。从试验数据可以看出，混合机制砂和天然中砂配制的混凝土耐水压都为1.3MPa，但最大渗水高度混合机制砂比天然中砂配制混凝土小，其中，天然中砂的最大渗水高度达到66mm，而混合机制砂的最大渗水高度只有31mm，这也说明混合机制砂的抗渗性能要比天然中砂好很多，这可能是由于添加的细砂可以有效地将空隙填实，使混凝土内部的空隙更小、更少，这样可以使配制的混凝土更加密实，增加混凝土的抗渗性能，提升混凝土的耐久性。混凝土是高层建筑必不可少的材料，目前由于机制砂在超高层泵送混凝土中的应用存在许多问题，因此，目前仍然采用天然砂作为原料来掺配到混凝土，以提升混凝土性能，但是由于天然砂资源的有限性，利用其它材料来替代天然砂非常迫切。本文通过试验，在机制砂混合细砂组成混合机制砂，试验结果显示，采用合适的比例，可以配制出各性能指标均满足要求的超高层泵送混凝土。
图3 6:4混合砂混凝土
图4 采用机制砂与细砂比例为6：4配制的混凝土收缩性能
表4 混合机制砂和天然中砂配制的混凝土抗渗性能试验结果
由表5可以看出，以武汉一冶建筑安装工程有限责任公司商品混凝土分公司年生产混凝土方量30万方为例，当使用机制砂与细砂6:4混合机制砂替代天然中砂之后，在保证混凝土强度及工作性能的前提下，以当前市场天然中砂、机制砂和细砂价格进行核算，每方节约成本近12元，即每年节约混凝土材料成本360万元，具有极高的经济效益。
5、工程应用
经过合理掺配的混合砂用于配制的混凝土已在武汉一冶建筑安装工程有限责任公司商品混凝土分公司生产应用。具体应用于武汉新建居住及公共绿地项目（绿地青山?香树花城C地块二期）一标段A15号楼、武汉青山滨江商务区启动区44地块项目1号和3号楼、中冶.39大街1号、5号和6号楼等超高层项目。混凝土拌合物流动性、保水性和粘聚性较好，没有离析和泌水现象，混凝土工作性能能够满足施工要求，没有产生泵送困难或堵泵情况。在民用、工业及人防建筑工程中应用良好，混凝土硬化后内实外光，无起灰、起砂、开裂等现象，得到客户的良好评价。本文试验研究对于提高机制砂及细砂的应用、合理利用地方自然资源及节能环保方面，具有显著的社会效益。
6、结论
本文通过对机制砂与细砂按不同比例掺配后的混合砂进行混凝土试验研究，试验结果显示，采用合适的比例，可以配制出各性能指标均满足要求的超高层泵送混凝土。
适当比例的混合机制砂配制而成的混凝土收缩性能与天然中砂配制的混凝土各期龄段的收缩值都基本相等。
添加的细砂可以有效地将空隙填实，使混凝土内部的空隙更小、更少，使配制的混凝土更加密实，增加混凝土的抗渗性能，提升混凝土的耐久性。
参考文献
[1]混凝土泵送施工技术规程：JGJ/T10-2011[S]．北京：中国建筑工业出版社，2011．
[2]高强混凝土结构技术规范：CECS104:2009[S]．北京：中国计划出版社，2009．
[3]武鹏飞. 机制砂在预拌混凝土中的应用研究[J]．混凝土，2017（4）:70-71.
论文作者:刘晓奎,闫静安
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/21
标签：混凝土论文; 机制论文; 细砂论文; 性能论文; 高层论文; 比例论文; 骨料论文; 《建筑学研究前沿》2018年第29期论文;