机制砂级配对大流态混凝土性能的影响

张云 祝睿娟 彭晓强 孙宏渊

摘  要：机制砂的质量控制不能简单的只考虑整体粗细程度，还应考虑其级配分布。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。机制砂级配曲线特征对混凝土的工作性能影响较大。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。

关键词：机制砂  级配  曲线特征  大流态混凝土  性能

中图分类号：TV 64213                      文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）02（b）-0091-03

Effect of Machine-made Sand Grade on Performance of Large-flow Concrete

ZHANG Yun1  ZHU Ruijuan1  PENG Xiaoqiang2  SUN Hongyuan2

（1.Hebei University of Water Resources and Electric Engineering， Cangzhou， Hebei Province， 061001 China;

2. Hebei Institute of Architectural Engineering， Zhangjiakou， Hebei Province， 075024  China）

Abstract： The quality control of machine-made sand should not only consider the overall thickness， but also consider its grading distribution. In the same gradation area， the fineness modulus is similar， but the grain size distribution is different. The gradation curve will have a big difference. The grain distribution proportion is different， resulting in different filling degree of aggregate. The same ratio of concrete performance is also different. The characteristics of mechanical sand gradation curve have great influence on the working performance of concrete. Therefore， how to reasonably control the gradation of machine-made sand is one of the key concerns of engineering applications.

Key Words：Machine made sand; Gradation; Curve characteristics; Large flow concrete; Performance

我國每年砂石用量超过100亿万吨，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/T 14684-2011）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]。

1.1 原材料选用

水泥：水泥采用金隅水泥，标号为P·O 42.5。

粉煤灰：Ⅱ级粉煤灰，细度10.2%，烧失量4.3%， 100%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：最大粒径不超过20 mm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/T 14684-2011《建筑用砂》标准，进行筛分试验，将<0.075 mm、0.075～0.15 mm、0.15～0.3 mm、0.3～06 mm、0.3～0.6 mm、0.6～1.18 m m、1.18～2.36 mm、2.36～4.75 mm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[2]。

1.3 试验数据及分析

配置C40，坍落度不低于200 mm，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[3]。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，呈现完美的拉伸正S型，大中小各种粒径颗粒占比均衡，充分发挥出0.60～4.75 mm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[4]。

JP4级配曲线接近Ⅱ区下限，基本呈现拉伸正S型[2]。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，因此漿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/T 50107-2010规定，对混凝土拌合物进行标准养护，试模变长为100 mm，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[5]。

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

JP1砂子最细，粒径集中在0.6 mm以下，1.18 mm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0.60～4.75 mm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7 d和28 d强度最高。

JP4和JP5砂子略粗，颗粒主要集中在0.6 mm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[6]。

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0.6～4.75 mm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。

参考文献

[1] 孙江涛，吴定略，曹亮宏，等.混合砂高强高性能混凝土性能研究[J].混凝土，2019（9）：146-149.

[2] 陈景，兰聪，刘东，等.机制砂级配对胶砂及混凝土性能的影响研究[J].商品混凝土，2017（6）：34-37.

[3] 安钟琪.大流态混凝土当量粉浆体体积研究[D].西南交通大学，2017.

[4] 邓宋喜.机制砂特性及其对混凝土性能的影响分析[J].工程建设与设计，2018（7）：274-276.

[5] 张娟，房士伟，郭平，等.基于均匀设计方法的机制砂级配优化研究[J].中外公路，2016（1）：267-272.

[6] 郑振尧，李冬，姜立孟.机制砂级配调整及混凝土泵送施工质量控制[J].新型建筑材料，2020，47（11）：126-129.