一个实验告诉你,砂的品质对混凝土性能影响有多大!

一、实验设计

关于砂含泥量、细度模数对混凝土性能的影响其实研究的人比较多，大部分研究都指出含泥量高、细度模数小的砂对混凝土的初始坍落度和经时损失及混凝土的强度有较大的不良影响。但实际使用含泥量较高、细度较细的砂时，如果要保证施工性能，很可能工地现场会加水，导致强度进一步降低。而且大部分含泥量实验采取砂和泥按不同比例搭配的形式，与实际生产时的情况存在一定差别。本实验通过用三种不同含泥量及细度模数的砂配置混凝土，通过调整用水量和减水剂掺量，要求混凝土两小时后的工作性能满足常规施工要求，研究其强度变化规律，以期为实际应用提供参考。

二、原材料

水泥：双峰海螺水泥有限公司生产的P.O42.5水泥，其性能见表一。

表一 水泥性能

粉煤灰：益阳电厂生产的II级粉煤灰，细度23%，烧失量5.09%，需水量比98%。

矿渣粉：湘潭市华强信息建材有限公司生产的S95级，比表面积419m2/kg，7天活性指数89%，28天活性指数100%，流动度比103%。

减水剂：湖南舜辉建材有限公司生产的聚羧酸高性能减水剂，减水率26.5%。

石：湘江产卵石，5~31.5mm连续级配，含泥量0.6%，泥块含量0.1%。

砂：湘江产河砂，分为三种，其细度模数及含泥量见表二。

表二 不同砂的性能

根据GB/T14684-2011《建设用砂》规定，以上砂都满足II类砂的规定，含泥量≤3.0%，1#属于细砂，2#及3#属于中砂[7]，都是满足标准要求可正常用于混凝土的砂。

三、试验过程

第一组试验用三种砂分别配置C30、C40、C50三种强度等级的混凝土，考虑到砂本身细度模数的区别，参照平时搅拌站常用的调整方法，砂率以2#砂为基准，1#砂降低1%，3#砂增加1%，减水剂用量也以2#砂为基准进行适当增减，要求混凝土初始坍落度基本接近，2h后通过加水的方式，将坍落度调整到180mm以上，保证能满足施工要求，然后制作试块，养护至28天，对比混凝土强度。

表三 第一组实验数据

可以发现，砂的品质越好，用水量就越小，C30出现用水量增加的情况应与减水剂用量过低有关系，减水剂用量过低，导致液相中减水剂的含量低，混凝土的坍落度损失加大，导致2h后坍落度保持性差，只能通过加水调整。见图1。

图1 通过调整用水量保证2h坍落度的实际用水量.

可以发现，通过增加用水量调整坍落度是不可取的，将明显影响混凝土的强度，使用1#砂的混凝土强度都不合格，随着砂品质的提升，混凝土强度越好，但是在较低强度等级，该项差别相对较小，混凝土强度等级越高，砂品质的影响就越明显。这是因为较低强度等级的混凝土用水量较高，砂对水的吸附作用带来的影响相对也较小。之前很多的研究表明砂含泥量在2.5%以下影响相对不大的结论都是在对较低强度混凝土进行分析的基础上得到的。随着混凝土强度的提高，砂品质的重要性应当大大提高。

图2 通过调整用水量保证2h工作性能的混凝土28天强度

通过增加用水量调整工作性能不能保证混凝土的强度，生产上可以采取的办法是增加浆体用量或增加减水剂用量，我们采取增加减水剂用量的方法，同样用三种砂按第一组试配的类似方法预先调整砂率，固定用水量，通过调整减水剂的用量保证混凝土2h后的工作性能，具体实验数据见表四。

表四 第二组实验数据

从第二组数据明显可以发现，混凝土的强度都基本符合要求，用减水剂调整混凝土的工作性能对混凝土的强度的影响较小，这是因为基本没有改变混凝土的水胶比。但砂的品质差的，减水剂的用量明显加大，将严重影响混凝土的生产成本。

随着砂细度模数的增加，混凝土的流动性有一定程度的下降，应该是砂率的调整不足，砂中细颗粒较少，影响了混凝土的流动性。同时砂的细度模数小，减水剂用量高，也一定程度上增加了混凝土的流动性，降低了坍落度的损失。对比强度可以发现，即使是在水胶比接近的情况下，砂的品质好，对混凝土的强度也有提升。

因此，应当尽量使用细度模数较高，含泥量较低的砂生产混凝土，可以保证强度，混凝土坍落度的经时损失小，且成本上也较为节省，但需要调整好混凝土的砂率，而且减水剂用量不易过低，否则流动性将有一定程度的下降。

图3 通过调整减水剂用量保证2h坍落度的28天强度

四、实验结论

1、砂的品质严重影响混凝土的工作性能，砂的细度模数大、含泥量低，同等条件下坍落度损失小，混凝土强度高；

2、砂品质不好时，通过调整用水量来满足混凝土的工作性能，将严重影响混凝土的强度；

3、越是高强度等级的混凝土，砂的品质对混凝土的影响越大；

4、砂品质不好时，可通过增加减水剂调整混凝土的工作性能，混凝土强度不好明显降低，但混凝土生产成本将极大增加，同时应评估减水剂对凝结时间的影响；

5、即使水胶比基本相同，砂的品质好，混凝土强度也会有提高；

6、砂的细度模数大，减水剂掺量低，混凝土的流动性会受到一定影响，要调整好混凝土的砂率；

7、即使适当提高采购价格，用品质好的砂的经济效益也会好于品质较差的砂。