不同级配机制砂对混凝土性能的影响及机制分析

不同级配机制砂对混凝土性能的影响及机制分析

黄海辉

（广州市粤砼混凝土有限公司 广州 510000）

摘要：文章通过结合相关工程项目进行实验研究不同级配机制砂对混凝土性能的影响，深入探讨了机制砂颗粒级配在混凝土生产中的重要性。通过对全级配、间断级配和半间断级配机制砂的混凝土性能进行测试和分析，得出全级配机制砂拌制的混凝土表现出较好的和易性和抗渗性能，而间断级配机制砂可能导致泌水问题的结论。最后通过对实验结果的综合分析，为优化机制砂级配给出相应的参考，以提高混凝土性能和工程质量。

关键词：机制砂；混凝配合比；混凝土性能

引言

机制砂作为混凝土中的细骨料，在建筑领域中扮演着至关重要的角色。随着混凝土需求的不断增长，天然砂的供应短缺问题愈发突显，使得机制砂逐渐成为替代天然砂的重要选择[1]。然而，机制砂的制备过程中往往忽视了颗粒级配对混凝土性能的重要性，可能导致混凝土性能不佳，影响工程的耐久性和施工性能。商混搅拌站在验收机制砂时也容易忽略颗粒级配筛分时各个筛档的占比，进一步影响混凝土质量的一致性[2]。本文旨在通过实验研究，深入探讨不同级配机制砂对混凝土性能的影响规律，为优化机制砂生产、提升混凝土性能提供重要的理论和实践依据。

1 工程概况

笔村三旧改造项目复建区四期住宅、商业及其他(自编号D1-D4、D16、S1-S2、S11)、其他(自编号地下室P3)工程位于广州市黄埔区笔岗社区东南部，广园快速路以南、东鹏大道以西。该项目需要我们控制好混凝土质量，全面推广机制砂。

2 原材料准备

（1）试验采用湖南耒阳南方水泥有限公司生产的普通硅酸盐水泥，品种为P·0，强度等级为42.5。3d抗折强度为5.5MPa，28d抗折强度为7.2MPa；3d抗压强度为23.8MPa，28d抗压强度为48.3MPa。

（2）试验采用的机制砂产地大余县华鑫钨业有有限公司，其主要的物理性能数据如下表2所示。

表2 砂物理性能

（3）试验采用的粗骨料产地龙岩市伟鸿矿业有限公司，规格为5~25mm，含泥量0.3%，针叶状颗粒含量4.8%，堆积密度1500kg/m3。表观密度2630kg/m3。

（4）试验采用TD-A型聚羧酸高效缓凝水剂，减水率16.3%。为了降低外加剂中助剂对混凝土拌合物性能的影响，我们采取了减少助剂用量的措施，并对外加剂配方进行了调整。调整后的配方适用于全级配机制砂拌制出来的混凝土，可以保持良好的和易性。

（5）试验拌合水为自来水。

3 试验进行

3.1 制备机制砂

我们对试验用的机制砂进行筛分，以获取各级筛档的单粒径机制砂。在剔除9.50mm筛的筛上物后，根据所需的级配配制不同级配的机制砂。根据当机制砂中1.18～4.75mm、0.3～1.18mm以及0.075～0.3mm含量比为7:10:3时，所制备的混凝土性能最佳这个一理论[3]。我们据此将机制砂筛分后配制成全级配机制砂。在全级配机制砂的基础上，我们分别剔除2.36～4.75、1.18～2.36、0.60～1.18、0.30～0.60、0.15～0.30及筛底颗粒，配制成6种间断级配机制砂。再将全级配机制砂分别与6种间断级配机制砂以1:1的比例混合，得到6种半间断级配机制砂。

以下是机制砂颗粒级配的详细信息：S1为全级配机制砂，其细度为2.8，属于Ⅱ区级配。S2、S4、S6、S8、S10、S12为间断级配机制砂，细度从3.06递减到2.39，除S6外均属于Ⅱ区级配。S3、S5、S7、S9、S11、S13为半间断级配机制砂，细度从2.93递减到2.60，均属于Ⅱ区级配。这些数据见下表3。

表3 机制砂级配

3.2 设计配合比

本次的笔村三旧改造项目复建区四期住宅、商业及其他工程项目中，混凝土的设计等级为C30。我们根据《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011进行了配合比设计。在全级配机制砂的配合比下，试拌出的混凝土坍落度在（200±10）的范围内，这个配合比被视为基准配合比，具体数据可见表4。在试配过程中，针对不同颗粒级配的机制砂，我们保持配合比不变。

在实验室条件下，我们分别采用了全级配机制砂、不同筛档间断级配机制砂及不同筛档半间断级配机制砂进行试配。同时，我们对混凝土拌合物的性能相关指标进行了测试。

表4 C30混凝土配合比

3.3 混凝土拌合物性能测试

由于机制砂的级配不佳可能导致混凝土出现泌水、流动性差等施工性能问题，从而影响其力学性能与耐久性，因此实验中我们主要针对混凝土的坍落度、泌水率和抗渗等三个指标进行测试。我们分析了不同级配机制砂拌制的混凝土在拌合物性能、力学性能及耐久性方面的变化规律，并按照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB/T50080-2016、《混凝土物理力学性能试验方法GB/T50081-2019、《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》等标准对13组拌合物性能进行了测试。测试结果详见表5。

表5 不同级配机制砂混凝土性能

4 实验结果与分析

4.1不同级配机制砂对混凝土坍落度的影响

全级配机制砂拌制的混凝土具有坍落度200mm和扩展度550mm的良好和易性；而间断级配机制砂拌制的混凝土和易性较差，易出现泌水和流动性差的问题。坍落度主要受自由水、结合水和吸附水的影响，间断颗粒粒径越小，机制砂细度越大，比表面积越小，吸附水小，自由水增多，导致保水性下降，坍落度变化大[4]。相反，间断颗粒粒径增大，细度减小，比表面积增大，吸附水增多而自由水减少，坍落度变小。在1.18～2.36mm与2.36～4.75mm颗粒间断的情况下，也能够拌制出和易性良好的C30混凝土。此外，半间断级配机制砂配制的混凝土和易性优于间断机制砂。在橄榄型机制砂级配中，筛底占比对坍落度影响最大，其次是0.15～0.30mm这一档的占比。

4.2 不同级配机制砂对混凝土泌水率的影响

“橄榄型”全级配机制砂配制的混凝土的泌水率为零，而间断级配机制砂配制的混凝土的泌水率随着间断颗粒的减小而增大。在无筛底底粉时，泌水率达到最大。半间断级配机制砂的泌水率规律与间断级配机制砂相同，但泌水率同比更小[5]。经过排除外加剂增稠引气组分后，混凝土的泌水率主要受到自由水、浆体的稠度和浆体中固相间的孔隙影响。随着间断颗粒的减小，比表面积降低，自由水增多；细颗粒占比下降，浆体稠度下降，混凝土粘聚性、保水性下降，自由水容易泌出来；而间断颗粒粒径的减小，混凝土中砂浆的细颗粒占比下降，粗颗粒占比高，细颗粒数量不足以填充粗颗粒之间的孔隙，而自由水填充时，由于表观密度、稠度的问题，自由水会从孔隙中逸出上升到混凝土表面，增大泌水。

4.3 不同级配机制砂对混凝土抗渗性能的影响

在C30混凝土中，机制砂间断颗粒粒径的减小会导致混凝土的抗渗性能下降，而半间断颗粒粒径的降低对混凝土的抗渗性能影响不大。在实验中，SP2底粉间断这一组的抗渗性能最低，同时其泌水率也是最大的。这主要是由于底粉间断导致混凝土的密实度下降，粗颗粒间的孔隙无法被足够的细颗粒填充，进而产生了大量的有害孔。这些大尺寸的孔隙为水的渗透提供了通道，使得水在压力的作用下容易渗透。此外，底粉不足导致水泥砂浆对骨料表面的包裹不够，进而形成了粘结界面空隙，也为水的渗透提供了路径。当机制砂间断颗粒粒径增大时，细颗粒的数量增多，即使细度最低达到2.4，抗渗性能也会提高[6]。在本文的实验中，所有试验均采用相同的水胶比、胶凝材料和粗骨料，且全级配机制砂的亚甲蓝值为0.25。由于细颗粒增多、比表面积增大，自由水减少，这降低了水泥砂浆与粗骨料粘结界面的水胶比，改善了粘结界面处砂浆对粗骨料的包裹性，并能够降低有害孔的尺寸，从而提高混凝土的抗渗性能。

5 结论

本研究通过结合相关的工程项目，对实验和系统性深入分析，全面了解了不同级配机制砂对混凝土性能的影响。在现代建筑中，混凝土作为主要建筑材料之一，其性能直接关系到工程的质量和耐久性，机制砂的颗粒级配在混凝土生产中具有重要意义，对混凝土的和易性、力学性能及耐久性产生显著影响。因此，在实际工程中，建议在机制砂的选择和生产中充分考虑颗粒级配的合理性，以优化混凝土性能。这对提高建筑工程的质量、减少施工问题具有指导意义。

参考文献

[1] 谢开仲,刘振威,郑克西等.不同颗粒级配下机制砂混凝土性能研究[J].混凝土,2021(04):91-95.

[2] 陈然. C30机制砂自密实混凝土性能研究[D].重庆交通大学,2021.DOI:10.27671/d.cnki.gcjtc.2021.000613.

[3] 王爱华.机制砂在混凝土生产中的应用研究[J].工程与建设,2021,35(02):377-378.

[4] 刘通. 机制砂特性对水泥基材料性能影响的试验研究[D].兰州交通大学,2021.DOI:10.27205/d.cnki.gltec.2021.000062.

[5] 夏晋,吴仁杰,金伟良等.机制砂钢筋混凝土梁的徐变特性[J].建筑结构学报,2020,41(S2):227-234.DOI:10.14006/j.jzjgxb.2020.S2.0025.

[6] 谢吉程,张云,杜越明等.机制砂混凝土耐磨性的主要影响因素分析及多因素计算模型[J].硅酸盐通报,2020,39(12):3812-3822.DOI:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2020.12.010.