细骨料品质对大流动性混凝土泵送性能影响的研究

0引言

骨料是混凝土的重要组成部分，一般占混凝土体积的65％～72％，所以骨料的颗粒形状，级配分布，含粉量，含水率等都是影响混凝土工作性的重要因素^[1]。近年来，由于建筑高度的不断提高及人工成本的大幅上涨，大流动性混凝土被越来越多的应用于普通房建中。由细骨料和水泥浆组成的砂浆，在大流动性混凝土泵送过程中充当管壁润滑剂作用，而由于高效减水剂的常态化掺入和出于原材料成本控制的配合比不断优化，使得泵送混凝土的用水量和胶凝材料用量不断减少，因此细骨料的级配分布、含粉量对大流动性混凝土的泵送性能影响效果被进一步放大。本文通过试验研究细骨料的这两项指标对大流动性混凝土泵送性能的影响，分析讨论混凝土泵送过程中因细骨料品质差异导致混凝土堵管的成因，提出有效的控制措施，对搅拌站生产质量控制显得十分重要。

另外随着基础建设的日益发展，对建筑用砂的需求量越来越大。而出于生态环境保护的需要，近年来各地均出台了大量的禁止砂石、矿山开采的政策法规，例如昆明市有关部门自2007年底颁布了《在滇池流域和其他重点区域禁止挖沙采石取土》的规定，着力推进滇池流域采石、采砂、采矿、取土、砖瓦窑地等“五采区”、石漠化、难造林地的治理。优质矿山资源的紧缺导致建筑市场现用的砂石品质差异极大，甚至有很多厂家生产的砂石料其技术指标根本无法满足标准规范的要求。因此试验研究提出合理的细骨料技术控制指标及人工级配方法对于实际生产中推广使用这些劣质细骨料来满足生产有很大的现实指导意义。

1试验方法

1.1原材料

（1）水泥：云南昆钢嘉华水泥42.5级普通硅酸盐水泥，28d抗压强度50.1MPa；

（2）矿渣微粉：玉溪三和水淬高炉矿渣，比表面积390m²/kg，表观密度3.03g/cm3，7d、28d的活性指标分别为62%、82%；

（3）减水剂：上海三瑞高分子材料有限公司VIVID-500型聚羧酸系超塑化剂，减水率25%；

（4）粗骨料：5～31.5mm连续级配，含泥量小于1.0%；

（5）细骨料：原始砂样共4种，分别为砂1、砂2、砂3、砂4，主要技术指标差异极大，且相对具有代表性。为试验需要人工复配得到4种砂，复配时考虑两种砂按比例掺入从而得到细度模数在中砂范围内，且几种砂细度模数之间有梯度值，依次命名为砂5、砂6、砂7、砂8，其检测数据详见表1：

由表1得到的4种原始砂样和4种复配砂样的级配数据详见图1和图2：

    1.2配合比及试验

试验选用基准配合比详见表2，设计配合比时要求混凝土坍落度为200±20mm，以满足实际生产中大流动性泵送混凝土的生产施工需要。在试验1中保持其他参数不变，仅变动砂的种类，进行混凝土的坍落度，扩展度试验，通过以上试验对比砂种类对混凝土工作性能的影响，试验结果见表3。

    在试验1中未对砂1进行试验，主要是因为其细度模数过小，属于特细砂，其拌制的混凝土粘度太大，不适宜泵送。在规范JGJ52-2006中明确指出，配制泵送混凝土，宜选用中砂[2]，考虑到对比研究的需要，因此只试验细砂、中砂、粗砂三类粗细程度依次递增的砂。

试验2中在砂细度模数2.5、配合比砂率41.5的基础上，细度模数每增加0.1，砂率增加0.05，反之则砂率降低0.05；外加剂掺量灵活调整以期尽可能的达到配合比设计的流动性；进行混凝土的坍落度，扩展度，坍损试验。通过以上试验研究砂率对混凝土工作性能的调节改善能力。试验参数及结果详见表4。

2试验结果分析

2.1砂的细度模数对混凝土工作性影响

通过试验1、试验2中对不同细度模数的各种砂的试验结果，表明细度模数对混凝土的工作性影响极其显著，且表现出一定的规律性。在试验1中可明显观察到，当配合比相同时，随着砂的细度模数的不断增大，混凝土趋近于更大的流动性，其中砂细度模数为2.5的f组试验混凝土工作性最理想；这是由于细度模数在一定范围内表征了砂的比表面积从而决定了混凝土的需水量。在试验2中，对比a、b、c三组试验可发现：当细度模数超出中砂范围时，通过大幅调整砂率来改善混凝土的工作性效果有限，配制的混凝土无法满足大流动性混凝土设计要求；而对比d、e、f、g四组试验可发现，当细骨料在中砂范围内，合理的调整砂率使混凝土均获得了较理想的工作性，这表明试验2中砂率随细度模数变化的规律是合理的。2-e组混凝土坍落度、扩展度最理想，结合1-f组试验结果可发现：细度模数2.5～2.7的砂最适宜拌制大流动性混凝土，且适当的提高砂率可有效改善混凝土的工作性。

2.2石粉含量对混凝土工作性影响

对比1-e、1-g两组试验可发现：砂细度模数相近的两组试验，1-g组混凝土保水性、粘聚性工作性明显好于1-e组，更加符合大流动性混凝土的要求，这可能是因为1-e组所用砂6的石粉含量偏低所致。而对比2-b、2-e、2-g三组试验可发现：砂细度模数相近的三组试验，2-b组混凝土外加剂掺量高出2-e、2-g组0.2%，且3组混凝土坍损与石粉含量成正比例关系。由此可以得出：

（1）石粉含量为7.1%的砂8配制的2-g组混凝土工作性、坍损最理想；

（2）石粉含量越高，混凝土的需水量越大，坍损越大；

（3）石粉含量过低，混凝土保水性差；这是由于石粉对聚羧酸外加剂的强吸附作用和其比表面积偏大所致^[3]。

2.3复配砂的优越性

对比试验1、试验2可发现，复配后的砂5～砂8较单掺某一种砂拌制的混凝土，其工作性有明显改善。通过观察两张级配曲线图，对比砂1~砂4的级配正负偏差，砂5～砂8其颗粒级配除了0.16mm累计筛余超出分界线以外，其他粒级均符合Ⅱ区砂的要求；1-b组和2-b组试验使用的砂3，细度模数在中砂范围内，但是其级配区间不尽合理，即使调整了砂率等参数，其拌制的混凝土工作性一般，不符合大流动性泵送混凝土的性能要求。通过观察表1中，砂5～砂8的石粉含量中和了砂1和砂4的石粉含量偏差。获得了更接近于理想状态的石粉含量。

由此可以得出：复配砂拌制的混凝土工作性均比较理想，是因为其获得了良好的颗粒级配、中和了两种砂的石粉含量偏差^[4]。

2.4细骨料品质差异导致泵送混凝土堵管的原因分析

混凝土工作性不满足要求导致的泵送混凝土堵管已逐渐成为远距离泵送施工中最常见的现象。正常情况下，混凝土在泵送管道中心形成柱状流体，呈悬浮状态流动。流体表面包有一层水泥浆，水泥浆层作为一种润滑剂与管壁接触，骨料之间基本上不产生相对运动。当混凝土可泵性不满足要求时，粗骨料中的某些骨料运动受阻，后面的骨料运动速度因受影响而渐渐滞缓，致使管道内粗骨料形成集结，支撑粗骨料的砂浆被挤走，余下来的间隙由小骨料填补。这样，骨料密度增大，使该段管道内集合物沿管道径向膨胀，水泥浆润滑层被破坏，运动阻力增大，速度变慢，直至运动停止而产生堵塞。混凝土工作性不满足要求又主要有以下几个方面的原因：

（1）坍落度过大或过小，坍落度过小，增大泵送压力，导致堵管；坍落度过大，在高压下混凝土容易离析，导致堵管。

（2）砂率过低或砂中的含粉量过少，导致混凝土容易出现泌水离析。

（3）水泥浆的性能，主要包括水泥浆的数量是否适宜，外加剂与水泥的适应性是否良好^[5]。

这其中前两种情况又比较常见，且都是因为细骨料品质差异所致：

（1）由于聚羧酸系超塑化剂的高减水率，导致混凝土用水量极低，混凝土中砂的细度模数和石粉含量的波动导致的外加剂掺量波动在0.5%以上。反之如果外加剂掺量不变，则混凝土坍落度波动明显；

（2）当砂的颗粒级配的变化涉及到粒径5mm以上颗粒含量的变化，其必然导致混凝土有效砂率的变化；砂中如果没有足够的细粉来润滑包裹石子，则混凝土泵送阻力增大，出现此两种情况，如果错误地增加用水量，则必然导致混凝土泌水离析。

3结语

（1）配制大流动性混凝土只适用中砂，在中砂范围内砂率随细度模数的增加而增加可获得相对理想的工作性。

（2）配制大流动性混凝土用砂最理想的细度模数为2.5～2.7，当砂的级配不尽合理的情况下，适当提高砂率可有效改善混凝土的工作性。

（3）配制大流动性混凝土用砂的石粉含量宜控制在7%左右，以确保混凝土的工作性。

（4）简单的人工复配可明显改善细骨料的颗粒级配、中和其石粉含量波动，既能确保混凝土工作性，又能做到经济性。

参考文献：

[1] P.Kumar Mehta. Concrete： Microstructure[M].Properties and Materials，北京：中国电力出版社，2009，8：156-159.

[2] 佚名. JGJ52-2006，普通混凝土用砂石质量及检验方法标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2006.

[3] 毕化泗，等. 砂对应用聚羧酸的商品混凝土的性能影响[J]. 广东建材，2012（09）：7-9.

[4] 黄允萍.复配中砂在混凝土应用的研究[J].工程质量， 2009（04）：66-68.

[5] 欧红艳. 泵送混凝土堵管的原因分析及预防措施[J]. 大陆桥视野，2010（03）：76-77.

（来源：《建材发展向导》2013.24期）