机制砂级配对大流态混凝土性能的影响

我国每年砂石用量超过99.9亿万吨，建设规模的发展和环境保护的矛盾日益凸显，天然砂限制开采或无资源可采。为缓解供需矛盾机制砂逐渐进入预制混凝土拌制生产中。

级配是指不同大小颗粒的相互搭配、填充的情况，在《建设用砂》规范（GB/T14684-2011）中砂子的级配分为三区，分区评定标准是一较大的范围数值。同在一个级配区，细度模数相近，但是粒级分布不同，级配曲线就会存在较大差异。颗粒分配占比不同，导致骨料相互填充程度不同，相同配比下混凝土表现出的工作性能也存在差异。

该文主要研究机制砂级配对大流态混凝土和易性及强度的影响，通过和易性及强度的检测得出相应试验数据，找出机制砂级配曲线特征与大流态混凝土工作性能的关联性，为机制砂的生产和使用提供相应的技术指导。

1级配对大流态混凝土和易性的影响

机制砂级配曲线形状多样，机制砂级配不良同样是导致混凝土拌合物和易性不佳的重要因素，因此有关机制砂级配如何合理控制是工程应用重点关注的问题之一。

1.1原材料选用

水泥：水泥采用金隅水泥，标号为P·O42.5。

粉煤灰：Ⅱ级粉煤灰，细度10.2%，烧失量4.3%，99.9%的需水量比。

砂：冀东集团石灰石机制砂，细度模数为2～3之间，石粉量5%，MB值为0.5；石灰石矿属一等品。

碎石：较大粒径不超过20mm的碎石，连续级配。

外加剂：聚羧酸减水剂。

拌合水：普通饮用水。

1.2试验方法

机械筛筛分，对各级配颗粒绘制曲线，研究机制砂级配对混凝土和易性的影响。

筛分：依据GB/T14684-2011《建筑用砂》标准，进行筛分试验，将<0.075mm、0.075～0.15mm、0.15～0.3mm、0.3～06mm、0.3～0.6mm、0.6～1.18mm、1.18～2.36mm、2.36～4.75mm各粒径范围级配分别进行筛分。

机制砂筛分结果见表1，筛分曲线见图1。

和易性试验：目前没有能够全面反映拌合物和易性的检测方法，依据实际常用方法，此次试验常采用坍落度辅以扩展度的方法评定流动性；坍落、扩散形态评定粘聚性；肉眼观测泌水泌浆程度评定保水性。

1.3试验数据及分析

配置C40，坍落度不低于200mm，扩展度为（500±50mm）的混凝土。配合比为：B∶S∶G∶W=480∶710∶1160∶230，（胶凝材料由水泥和粉煤灰组成，其中水泥∶粉煤灰=2∶8），减水剂掺量为1.2%。和易性测定结果如表2所示。

结合图1机制砂级配曲线及表2和易性测定结果分析得出以下结论。

JP1粗大颗粒较少，0.15～0.6粒径颗粒占比大，骨料整体偏细，属于Ⅲ区过细砂。级配曲线呈现开口向上的下凸抛物线形状，上部平缓，中下部较陡。相同质量下，总表面积偏大，在配比不变的情况下，浆体不足以包裹砂石表面，拌合物流动性降低，界面包裹不足，导致硬化后强度偏低。

JP2机制砂中，0.15～1.18颗粒占比大，级配曲线形状接近拉伸正S型，级配曲线上部较平，中下部较陡，整体曲线接近Ⅱ区上限，说明砂子仍然偏细，总表面积偏大（略好于JP1）因此，和易性略优于LP1。

JP3级配曲线位于Ⅱ区中间，呈现拉伸正S型，大中小各种粒径颗粒占比均衡，充分发挥出0.60～4.75mm粒级连续性作用，骨料整体性能明显更好。总表面积较LP1、LP2偏小，且骨料之间相互填充，因此，拌合物表现出的流动性和粘聚性都较好。

JP4级配曲线接近Ⅱ区下限，基本呈现拉伸正S型。上部陡峭，下部平缓，说明粗大颗粒较多，颗粒间相互填充不好，因此浆体包裹骨料之余需要填充空隙，流动性略有降低。颗粒偏粗，粘聚性和保水性稍差。JP5级配曲线呈现拉伸反S型，较JP4两端平缓，粒级集中在0.3～2.36之间，大、小颗粒偏少，虽然整体较JP4偏细小，但相互填充性不好，孔隙率偏大，为此流动性和保水性有所降低。

2级配对混凝土强度的影响

2.1检测方法

根据GB/T50107-2010规定，对混凝土拌合物进行标准养护，试模变长为99.9mm，养护温度为并测得不同级配下拌合物硬化后的强度，分析级配曲线特征于强度的关系。

2.2试验数据分析

不同级配下混凝土的强度检测如图2所示。

影响混凝土力学性能的关键因素是浆体的数量和稠度。在水胶比和浆体数量一定的前提下，机制砂级配特征影响混凝土成型质量，粘结界面强度、骨架合理性等方面，间接导致混凝土力学性能差异；因此，机制砂级配特征也是影响混凝土力学性能的重要因素之一。

由图2分析可知，配置出来的混凝土，无论是7d还是28d强度，较高的是编号为JP3的机制砂，强度较低的是编号为JP1、JP2的机制砂。

JP1砂子较细，粒径集中在0.6mm以下，1.18mm以上的粗大颗粒相对含量较少，混凝土内部骨架不合理，骨料总表面积偏大，导致部分颗粒表面包裹不充分甚至无包裹。界面连接性差，因此强度偏低。

JP3机制砂颗粒主要分布在0.60～4.75mm之间，充分体现了大中小颗粒的均匀性和相互填充性，拌合物中骨架整体性较好，颗粒总表面积适中，因此既能保证浆体包裹骨料之后的流动性，又能保障界面连接，因此7d和28d强度较高。

JP4和JP5砂子略粗，颗粒主要集中在0.6mm以上，中大颗粒较多，总表面积偏小，界面包裹效果好，但总的界面连接比JP3稍弱，因此强度等级略有降低。

3结语

(1)随着机制砂级配整体粗细程度的变化，骨料总表面积随之改变，混凝土拌合物的和易性也各有不同，一般来说，机制砂越细，级配曲线下部越陡，和易性越差，位于Ⅱ区中间的呈现拉伸正S型的级配利于和易性的改善。

(2)影响混凝土强度的不仅仅有界面粘结力还有内部骨架的填充程度，试验表明0.6～4.75mm之间，颗粒分布越均匀，混凝土骨架填充程度越好，硬化之后的强度越大，和易性也有保障。

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