机制砂石粉含量与聚羧酸外加剂的适应性研究

机制砂石粉含量与聚羧酸 外加剂 的适应性研究

张永安

中交四公局第九工程有限公司，北京， 100 10 2

摘要：本文探究了机制砂中石粉含量对聚羧酸外加剂饱和点、保坍性能、引气性能的影响。通过试验得出，外加剂的饱和点和敏感性随机制砂中石粉含量的增加而增大，保坍性能下降等特点。适当的缓凝剂能够有效提高混凝土保坍性能，合理的缓凝剂掺量为2%~4%。石粉含量过低或者过高均会影响外加剂的引气性能，石粉含量超过12%时应适当提高引气剂掺量，合理的引气剂掺量为0.1%~0.2%。

关键词：机制砂；石粉；混凝土；聚羧酸外加剂

1引言

随着天然砂资源的紧缺和国家环保监管的力度加强，机制砂取代河砂势在必行，机制砂已广泛应用于各类工程中。在实际使用中发现，与河砂相比，机制砂存在石粉含量波动范围大，对聚羧酸外加剂敏感性强等问题^[1]，混凝土性能很难稳定控制，容易导致混凝土流动性差、包裹性差、容易离析泌水、外加剂掺量高及混凝土坍损快等问题，严重影响了机制砂的使用和推广。

本文依托贵州贵黄高速公路，针对不同石粉含量的机制砂和几种类型的聚羧酸外加剂进行试验，开展机制砂混凝土中机制砂石粉含量与减水剂间适应性影响的研究，可以更快的指导施工企业选择适用的混凝土减水剂和机制砂，同时也可以更好的指导机制砂的生产，为保证工程质量和工程顺利实施具有一定的实际意义。

2 试验原材料及方法

2.1原材料

（1）水泥采用贵定海螺盘江水泥有限公司P.O42.5水泥，其技术性能指标具体见表1。

表 1 水泥检测结果

（2）细骨料选用老草坪施秉牛大场厂生产的机制砂，检测结果见表 1.2。

表 2 机制砂检测结果

（3）粗骨料选用老草坪施秉牛大场厂生产碎石，采用两种级配5~10mm和10~20mm以3：7的比例混合使用。

（4）外加剂采用山西黄河新化工科技有限公司 聚羧酸减水剂。减水率30%，含固量25%。

2.2试验方法

2.2.1 试验砂准备

本试验将2.1原材料中的机制砂配制成石粉含量分别为0%、5%、10%、12%、15%和20%的6个试验砂样品，分别烘干备用。

说明：本试验中准备的6个机制砂样品的筛析数据略有差异，但总体变化不大，故本试验不予考虑。

2.2.2 检测方法

试验方法参照 《混凝土外加剂》（GB 8076-2008）、《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG 3420-2020）。

2.配合比

本试验配合比标号C50，配制强度不低于58.2MPa，坍落度200±20mm。基准配合比数据见表2.1

表2.1基准混凝土配合比 （kg/m³）

3 试验结果与讨论

3.1 机制砂石粉含量对外加剂饱和掺量的影响

通过检测3种不同配方外加剂分别在5种不同石粉含量时的胶砂扩展度变化情况，可以确定3种减水剂对5种石粉含量的机制砂拌制砂浆的外加剂掺量饱和点，来比较3种不同外加剂最合适掺入量，如下图1~图3所示。

从上图1~3可以看出，对比同一种外加剂和不同石粉含量机制砂配制水泥砂浆的饱和点可知，对于相同的外加剂，石粉含量对外加剂饱和点的影响表现为：随石粉含量的提高，减水剂的饱和点也随之增加，同时随着石粉含量增加，机制砂对外加敏感性也增强。石粉含量高，外加剂掺量的细微变化就会导致砂浆的流动行存在很大的差异，使得外加剂掺量可调范围小，现场控制也很困难。这种情况下，往往会导致现场混凝土浇筑时状态的不稳定和多变性，增加浇筑的困难。

3.2机制砂石粉含量对减水剂保坍性的影响

机制砂在石粉含量在5%~20%之间时，按上述试验所确定的3种外加剂饱和点，通过检测胶砂流动度在不同时间点上的变化，来确定外加剂的保坍性能。

由图4、图5和图6折线变化情况可知，随着石粉含量增加，三种减水剂保坍性能逐渐下降。W-1减水剂保坍性能对石粉含量变化比较敏感，随着石粉含量增加，保坍性能变差。W-2减水剂本身保坍性能较差，随着石粉含量变化不明显。W-3减水剂在低石粉含量的情况下具有较好的保坍效果，当石粉含量超过15%时，W-3保坍性能急剧下降。

3.3机制砂石粉含量对减水剂缓凝效果的影响

采用不同石粉含量机制砂研究在一定缓凝剂掺量下混凝土的保坍性能和凝结时间影响，通过改变缓凝剂的掺入量，测定合理的缓凝剂掺入量。

在保证相同的外加剂成分和缓凝剂用量的情况下，对不同石粉含量混凝土的凝结时间测试，结果见图7。

结果表明，随着石粉含量的提高，机制砂拌制的混凝土凝结时间也会相应缩短。

这主要是由于石粉的比表面积大，在混凝土中能够为水泥水化提供晶核，促进水泥水化，缩短了凝结时间。同时可以看出当机制砂石粉含量在4%~8%时，机制砂混凝土的凝结时变化很小，而当石粉含量＞12%时，混凝土凝结时间缩短较快。因此，在使用机制砂拌制混凝土时，应根据机制砂中石粉含量来适当调节混凝土的凝结时间。

为了研究缓凝剂对机制砂混凝土工作性能的影响，采用含粉量为8%的机制砂，在保证外加剂其他组分不变的情况下，改变缓凝剂在外加剂中的用量，测试混凝土的坍落度经时损失情况，具体见图8。

结果表明缓凝剂低于2%的情况下，机制砂混凝土保坍性能较差，损失很快，一个小时内就失去流动；缓凝剂在3%~5%之间时，混凝土保坍性能表现较好。但缓凝剂掺量≮5%，混凝土变粘稠，流动性变差，流速慢，工作性能无法保证。因此本研究推荐合理的缓凝剂掺量在3%~4%。

3.4 机制砂石粉含量对减水剂引气性能的影响

为了保证混凝土具有良好的工作状态，通常外加剂中会复配一定量的引气剂，采用引气剂相同的外加剂，在保证坍落度一致的情况下，测试不同石粉含量机制砂拌制混凝土的含气量，结果见图9。

试验结果表明，随着石粉含量的增加，机制砂混凝土含气量先增加后减小。本试验中，机制砂混凝土含气量在石粉含量4%时引气剂效果最明显。这主要是由于石粉含量较低时，混凝土状态较差，容易出现泌水，浆体粘度低，混凝土保气性能差，导致混凝土引气困难^[2]；随着石粉含量的增加，混凝土浆体粘度适中，引气剂容易引入气泡，同时混凝土具有良的保气性能；当石粉含量较高时，混凝土粘度继续增加，浆体表面张力增大，使得引气剂很难引入气泡，混凝土含气量低，工作状态差。

上述研究表明石粉含量对引气剂有较大影响，为保证混凝土具有适当的含气量和良好的工作状态，需要根据机制砂石粉含量的高低调整减水剂中的引气剂用量。表3为不同掺量引气剂下C50混凝土的工作状态、含气量和容重。

从表3中可以看出，引气剂掺入量对混凝土工作状态及性能影响较大。本试验中引气剂掺量小于0.1%时，混凝土工作性能差，容易出现离析泌水，包裹性差；引气剂掺量在0.1%~0.2%时混凝土有良好的工作状态，流动性较好；当引气剂超过0.3%时，混凝土虽然状态良好，但混凝土扩展度较小，表面有气泡泛出，引气剂过量。因此本研究推荐合理的引气剂掺量在0.1%~0.2%之间。

表3 不同引气剂掺量机制砂混凝土工作状态

3.5 机制砂石粉含量对混凝土性能的影响

本试验采用（0%、5%、10%、12%和15%）5中不同石粉含量的机制砂和选定的一种外加剂拌制C50混凝土，此时机制砂筛分数据略有差异，本试验不予考虑。混凝土性能如表4。

表4同一种外加剂和不同石粉含量对混凝土性能

3.5.1 同一种外加剂和不同石粉含量对混凝土工作性能的影响

从图10、图11可以看出，对选定的聚羧酸减水剂，在石粉含量为10%、12%时，混凝土工作性能良好。原因是在适宜的石粉含量下，石粉包浆作用较好，体现出优越的工作性能。如表4所示，石粉含量过低，则导致浆体缺失，包浆效果较差，出现离析现象；过量掺入，由于石粉减水作用，混凝土工作性较差，出现较粘现象，因此石粉掺量过低或者过高都将对机制砂混凝土的工作性产生不利影响。

3.5.1 同一种外加剂和不同石粉含量对混凝土强度的影响

从图12可以看出，石粉掺量为5%、10%和12%时，混凝土抗压强度均能满足要求，其他石粉用量时，强度均不符合要求。其原因是添加适量的石粉，其填充效应能够形成密实的混凝土微结构，因此强度较高。根据以上试验可知，石粉掺量在5%~12%为可行的，

综合以上情况分析，在选定的聚羧酸减水剂配制混凝土时，机制砂中石粉含量应控制在5%~12%范围内。

4结论

（1）在砂浆配合比相同的条件下，浆体流动度及其保坍性与减水剂的类型选择相关较大。对于同一种外加剂配制的试样，外加剂的饱和点随机制砂中石粉含量的增加而增加。石粉含量超过10%时，胶砂流动度对外加掺量变化敏感，细小的外加剂掺量变化，将引起流动度出现急剧变化。

（2）石粉含量影响混凝土的凝结时间，石粉含量增加，凝结时间缩短，调整缓凝剂用量能够有效提高混凝土保坍时间。石粉含量过高和过低均会对降低减水剂引气性能，石粉含量超过12%时应该适当增加引气剂用量。通过试验，本研究推荐合理的引气剂掺量应为0.1%~0.2%之间。

（3）在进行机制砂混凝土配制之前，应进行不同石粉含量的机制砂和不同类型聚羧酸外加剂的试验。研究混凝土中机制砂石粉含量与减水剂间的适应性及确定机制砂的石粉含量的区间范围，以便及时了解它们对混凝土各方面性能的影响。通过科学的手段，更快的指导施工企业选择适用的混凝土减水剂和机制砂，同时也可以更好的指导机制砂的生产，为保证工程质量和工程顺利实施具有一定的实际意义。

参考文献

[1] 王立、周俊 《机制砂与聚羧酸减水剂的适应性研究》中国标准化；2018年24期

[2] 鲍王军、王奇伟《机制砂中石粉对聚羧酸减水剂性能的影响》商品混凝土；2018年11期