机制砂细度模数对混凝土工作性及力学性能影响分析

1、河砂是一种不可再生的天然资源，地域分布不均，其中在广西、贵州、四川等山区河砂资源较为匮乏。砂是混凝土生产过程中不可或缺的组份，如远距离运输用于工程建设，将使得工程成本巨增，采用当地矿石制备机制砂用于工程项目的建设，可有效解决天然河砂不足的现实问题。国内外学者对机制砂对混凝土性能的影响开展了大量的研究工作，认为机制砂制备的混凝土在抗压强度、弹性模量、耐久性等方面具有优于河砂混凝土的特征，并在我国西部山区的交通工程中得到推广应用。细骨料是配制混凝土的重要组成部分，约占混凝土总质量的1/3，其粗细程度（一般采用细度模数表征）对混凝土的工作性、力学性能及长期耐久性具有一定的影响。机制砂生产过程中，可通

2、过调整设备参数来改变机制砂粗细程度。因此，研究机制砂的细度模数对混凝土工作性、力学性能及长期耐久性具有一定的现实意义，确定合理机制砂细度模数对混凝土配合比设计、施工质量控制具有重要意义。本文首先分析了不同细度模数的机制砂堆积密度的变化，在此基础上，开展了混凝土试验研究，分析了机制砂细度模数对混凝土拌合物和易性、抗压强度、劈裂抗拉强度的影响，为机制砂在混凝土中的应用提供了参考。1工程概况本项目位于S347线英德市东华镇金门水库旁，是当地通往英德市区重要交通要道，为加快东华镇经济建设的需要，市政府决定：在金门大桥旧桥下游净距3.25m处建设一座新桥。该桥上部采用340m预应力钢筋混凝土简支T梁桥，

3、下部结构采用桩柱式墩台和肋板台（0号台），基础为钻孔灌注桩基础。引道路基宽度按12m，断面布置为：硬路肩（含路缘石）2×2.5m+行车道2×3.5m。起点桩号为K88+200，终点桩号为K89+135，全长0.935km（其中金门大桥长128m，引道长807m）。2试验方案及测试方法2.1混凝土试验方案水泥采用英德海螺水泥有限责任公司生产的海螺牌P·O42.5R水泥，物理力学性能指标见表1所示。粉煤灰采用珠海电厂生产的级粉煤灰，试验结果见表2所示。细骨料采用清远市英德乐远土砂石开采有限责任公司生产的砂岩机制砂，通过对不同粒径机制砂颗粒筛分，然后复配制备细度分别为3

4、.2、3.0、2.7及2.5四种不同细度机制砂，并控制机制砂的石粉含量同为5%，且机制砂的颗粒级配满足JTGTF50-2011公路桥涵施工技术规范的区要求，机制砂级配范围要求见表3。粗骨料采用狮前石场生产的510mm、1020mm二级配碎石，粗骨料各项性能指标均符合JTGTF50-2011公路桥涵施工技术规范类技术要求，粗骨料试验结果见表4；外加剂，选取广东柯杰外加剂科技有限公司生产的KJ-JS聚羧酸高效减水剂，外加剂试验结果见表5。基准混凝土配合比见表6所示。2.2试验方法机制砂堆积密度测定方法采用公路工程集料试验规程（JTGE42-2005）的规定进行；混凝土拌合物和易性测定方法采用普通混

5、凝土拌合物性能试验方法标准（GB/T50080-2016）的规定进行；混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度的测定采用普通混凝土力学性能试验方法标准（GB/T50081）的规定进行。3结果分析3.1细度模数对机制砂堆积密度的影响不同细度模数机制砂的紧密和松散堆积密度见表7所示。机制砂的松散堆积密度和紧密堆积密度随随机制砂细度模数的减小，机制砂的堆积密度先增大后减小，细度模数为2.7的机制砂具有最大的堆积密度。而河砂的松散堆积密度与机制砂差别不大，但紧密堆积显著小于同细度模数的机制砂，主要是由于机制砂在生产过程中，产生部分细颗粒的石粉，石粉可有效填充机制砂颗粒之间的孔隙，提高机制砂的堆积密度。3.2细度

6、模数对混凝土工作性的影响在水胶比、砂率、减水剂等用量固定的条件下，改变机制砂的细度模数，研究细度模数对混凝土工作性及坍落度、坍落扩展度的影响见表8所示。由表8析可知：伴随机制砂的细度模数的增加，混凝土坍落度及坍落扩展度先增大后减小，在细度模数为2.7时，新拌混凝土的坍落度、坍落扩展度最大，且流动性、保水性及粘聚性均较好，可满足混凝土现场施工要求。在砂率及机制砂石粉含量一定的前提下，当细度模数较低时，粒径较小的颗粒比例较大，颗粒表面吸附的水量增加，从而造成混凝土浆体的流动性变差，当细度模数增大到一定程度时，不同粒径的机制砂相互搭配，相互填充空隙，颗粒表面吸附的水量适中，且紧密堆积效应也可起到降低

7、空隙的作用，使得有更多的自由水参与到工作性中，从而使得拌合物的流动性增大。另外，在机制砂细度模数进一步增大时，由于拌合浆体中细粉料含量的降低，填充效果变差，细骨料不能有效起到润滑作用，同样也造成混凝土流动性降低，易出现离析现象。因此，在实际工程应用时，应调整机制砂的生产工艺，宜生产中粗砂拌合机制砂混凝土。另外，相比相同细度模数的机制砂，采用河砂拌合的混凝土和易性较好，坍落度及扩展度均优于同细度模数的机制砂，主要是由于机制砂颗粒形状不规则、多棱角所造成的。因此，相比普通河砂，在相同细度模数下，为提供新拌混凝土的工作性，应适当增加砂率，以增加浆体含量提高新拌混凝土的和易性。3.3细度模数对混凝土抗

8、压强度的影响表9为细度模数对机制砂混凝土不同龄期抗压强度的影响，在细度模数为2.73.2之间时，机制砂细度模数对混凝土28d的抗压强度并无显著影响，并且当机制砂细度模数为2.7时，混凝土的7d和28d抗压强度均为最大，说明机制砂细度模数为2.7时配制的混凝土力学性能达到最佳状态。但机制砂的细度模数由2.7降为2.5时，混凝土抗压强度有所降低。另外相比细度模数同为2.5的普通河砂配制的混凝土，机制砂配制的混凝土抗压强度显著优于普通河砂混凝土，7d和28d的抗压强度分别提高4MPa和6MPa。3.4细度模数对混凝土劈裂抗拉强度的影响表10为细度模数对机制砂混凝土不同龄期劈裂抗拉强度的影响，在细度模数为2.53.2之间时，机制砂对混凝土7d、28d劈裂抗拉强度的影响并不显著，但是相比细度模数同为2.5的普通河砂制备的混凝土，机制砂混凝土的劈裂抗拉强度显著大于普通河砂混凝土，机制砂配制的混凝土具有更为优异的力学性能。4结语(1)在机制砂细度模数为3.22.5之间时，随机制砂细度模数的减小，机制砂的堆积密度先增大后减小，细度模数为2.7的机制砂具有最大的堆积密度。(2)机制砂细度模数大于3.0时，新拌机制砂混凝土和易性差，易出现离析、泌浆及包裹性差等风险，细度模数小于2.7时，混凝土的流动性降低。(3)当机制砂细