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機制砂配制混凝土的幾個誤區你都了解嗎?

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機制砂配制混凝土的幾個誤區你都了解嗎?

機制砂的特性

根據GB/T14684—2011《建筑用砂》規定,機制砂(人工砂)不包括軟質、風化的顆粒,而是指粒徑不超過4.75mm,并且經過除土處理、機械破碎、篩分制成的巖石、礦山尾礦或工業廢渣顆粒。機制砂目前的細度模數一般在2.6~3.6之間,屬于中粗砂,含有一定量的石粉,不但顆粒級配不規則,而且表面粗糙,棱角尖銳。但是機制砂的顆粒和級配并不是固定的,影響因素有很多,比如各地生產礦源、加工設備、工藝等,但只要是符合規定的機制砂,技術指標都過關,就可以用在混凝土中。由機制砂本身的特點所決定,即使是跟級配和細度模數都一樣的天然砂比較,甚至配比設計、其他材料成型養護條件都一樣,用機制砂配置的混凝土的特點是:如保持坍落度不變,則需水量增加;坍落度減小,28d標準強度提高。如果在混凝土配比設計時按天然砂的規律,機制砂的需水量很大,而且和易性比較差,還容易產生泌水,最明顯的是在水泥用量少的低強度等級混凝土中。

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機制砂配制混凝土的幾個誤區
石粉的作用
長期以來,由于石粉和泥都是砂中粒徑小于0.075mm的顆粒,在沒有引入亞甲藍試驗方法以前,缺乏鑒定的依據。一般認為石粉是對混凝土有害的,因為缺乏科學的了解,人們都以為石粉不能加以利用。有的地方甚至不惜浪費時間、精力和錢財,想盡辦法來除去砂中的石粉。其實,許多的國內外專家都認為,混凝土中加入適當的石粉是有好處的。機制砂混凝土中的石粉的作用有三個,分別是:

①水化作用:有研究表明,水化早期形成的鈣礬石會在后期向單硫型硫鋁酸鈣轉化,這會降低水泥石的強度,但是加入含有碳酸鈣的石粉,就可以有效解決這個問題;另外,石粉是以碳酸鈣為主的,而碳酸鈣可以和C3A發生水化反應,形成水化碳鋁酸鈣,從而提高了混凝土的強度。

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②填充作用:石粉可以填充混凝土中的空隙,充當混凝土的填料,以此增加混凝土的密實度,從而起到惰性摻合料的作用。對于膠凝材料用量少、拌合物性能差的特點,只要使用中、低強度等級的機制砂混凝土,就可以得到有效的彌補。《山砂混凝土技術規程》DBJ52-016-2010中對C50~C55強度等級的山砂混凝土(砂率37%~45%),提出石粉不能超過7%,這是因為石粉含量和膠凝材料的總量(混凝土的細粉含量)不能超過550kg/m3。(注:山砂屬于機制砂的一種,《山砂混凝土技術規程》DBJ52-016-2010中特指公稱粒徑小于5.00mm的,碳酸鹽類巖石經除土開采、機械破碎、篩分而成的巖石顆粒。)
③保水增稠作用:機制混凝土中有石粉,可以降低混凝土拌合物離析和泌水的風險。因為石粉可以吸收混凝土中的用水,無形中增加了混凝土的單方用水量,所以石粉含量越高,混凝土的粘度就越大;另外,加入石粉也可以減少混凝土的收縮,補償混凝土后期水化用水,因為,即使混凝土硬化了,以前被石粉吸收的水分也會漸漸釋放。
研究發現,石粉含量應該適量。機制砂中石粉的主要成份為碳酸鈣,但水化作用并不是無限的,也要受限于水泥的成份。如果石粉含量過高,不利于集料與水泥石的粘結,因為水泥石中或界面過渡區會出現游離態的石粉,從而降低混凝土性能。另外,石粉含量超過一定限值后,不利于混凝土的耐久性能,因為單方石粉承擔的保水量明顯減少,干縮明顯變大。綜合各種研究,一般C50以下混凝土石粉含量應控制在10%~15%,而C50以上混凝土石粉含量應該不超過10%。

泵送機制砂混凝土配合比設計

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單方用水量
河砂由于自身的特性,顆粒比較光滑,自身的內摩擦力小,在混凝土中顆粒間絞合力較小,對水的需求量相對機制砂相對較小。而機制砂表面粗糙,棱角多,造成在混凝土中顆粒間絞合力較大。由于機制砂泵送混凝土黏度較河砂混凝土大,施工坍落度一般保持在180~220mm,其單方用水量一般在175~185kg/m3左右,這與河砂混凝土較低的用水量是截然不同的。在相同的坍落度時,如使用較低的用水量,必然導致外加劑超摻,從而導致機制砂混凝土流動性大,但粘性大,泵送性差,經常出現施工現場上加水來降低粘度,導致預拌混凝土的質量無法保證。因而,做機制砂配合比設計時,不能過度的追求使用外加劑降低機制砂混凝土的單方用水量,機制砂混凝土單方用水量應設計的比河砂混凝土略大。
砂率

一般而言,為提高產能,生產出的機制砂多為中粗砂,砂的細度模數一般在2.6~3.6,1.18mm以上的顆粒較多,較差的機制砂1.18mm以上的顆粒占到了50%~70%,砂中0.315mm的組分在8%~13%波動。我國多數工程實踐表明,采用中砂適宜泵送,砂中通過0.315mm篩孔的數量對混凝土可泵性影響很大。日本泵送混凝土規程規定為10%~30%,美國混凝土協會推薦的細骨料級配曲線建議為20%;國內工程實踐亦證明,此值過低輸送管易堵塞,上海、北京、廣州等地泵送混凝土施工經驗表明,此值都在15%以上。JGJ/T10-95《混凝土泵送技術規程》規定,細骨料應符合《普通混凝土用砂質量標準及檢驗方法》規定,通過0.315mm篩孔的砂不應少于15%,有良好的連續粒級。但一般的砂場生產出的機制砂0.315mm略顯不足,同時1.18mm以上的偏多,這對配制泵送的機制砂混凝土帶來了一定的難題。

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一般通常采用的方法是適當提高砂率,增加0.315mm的顆粒的數量,以保證機制砂混凝土的可泵性。然而,現在配制機制砂泵送混凝土也存在一個誤區,認為砂率越大越好施工,C15~C30低標號混凝土砂率都已經達到了驚人的60%~70%。應該選擇適宜的砂率,在做機制砂混凝土配合比設計時,如果砂率過大,雖然保住了工作性,但新拌混凝土的早期收縮就增加了,容易出現塑性開裂等問題,在夏季溫度比較高的時候表現的更為明顯。通常為保證機制砂混凝土的可泵性,同時保證配制混凝土的經濟性,配制機制砂泵送混凝土一般要比河砂混凝土高5%~10%的砂率。
結語
隨著國家建設的蓬勃發展,河砂資源愈發緊缺,機制砂泵送混凝土應用將會越來越多。機制砂由于存在著規格不一、砂兩頭粗、中間級配少、表面粗糙、石粉含量偏高、需水量較大等缺陷,在混凝土配制技術上和河砂略有差異。因而在配制機制砂混凝土時,混凝土技術人員不能生搬硬套河砂混凝土配制的方法,對石粉的作用、單方用水量、砂率這三個可能走進的誤區應加強認識,從而配制出經濟性、工作性、耐久性良好的機制砂混凝土。
作者:陳尚偉、徐立斌、胡偉偉,如涉及作品內容、版權和其它問題,請及時聯系,我們將盡快處理。


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