河砂含泥对机制砂混凝土性能的影响!
林允肯
0 前言
基础设施的大规模建设使得混凝土需求持续旺盛，带动了混凝土原材料的大量使用，而国家对于天然砂石资源的管控使得天然砂供应短缺，市场成本居高不下，机制砂作为替代资源在混凝土生产中得到应用，取得了良好的经济和社会效益。机制砂颗粒级配较差，颗粒形状不规整，含有一定的石粉，在使用过程中易受到含粉量、MB 值等因素影响[1]，需要对和不同材料搭配的使用效果进行研究。
天然河砂粒型规则，机制砂混凝土中河砂的加入能够提高混凝土的浆骨比，改善混凝土的泵送效率，但随着天然河砂资源的缺乏及开采难度的增加，天然河砂含泥已成为无法回避的问题，含泥量较多的河砂会影响混凝土的工作性能，并且混凝土的强度增长乏力，外加剂掺量也会增加[2]。
本文针对河砂含泥对机制砂混凝土性能的影响进行研究，以期为混凝土生产提供技术参考。
1 原材料及试验方法
1.1 原材料
（1）胶凝材料
水泥为海螺 P·O42.5 普通硅酸盐水泥，水泥的性能指标见表 1；粉煤灰为Ⅱ级灰，需水比 98%，烧失量 3.5%；矿粉：S95，比表面积 402m2/kg。
表 1 水泥的性能指标
（2）细集料
所取河砂细度模数为 1.5，含泥量 2%。本试验将河砂进行反复冲洗，用 75μm 方孔筛取泥粉颗粒，进行烘干备用，按照质量比例称取泥粉与干净河砂混合，获得不同含泥量的河砂。
机制砂为石灰质原石制得，细度模数为 2.7，石粉含量为 12%，MB 值 1.8。
所用石子为小石（5～10mm）和大石（10～ 25mm）按照 2:3 比例混合而成。
（3）外加剂
聚羧酸减水剂，含固量 17%，厂家推荐掺量为 1.0%～4.0%，具体用量根据试验效果而定。
1.2 试验方法
（1）砂含泥量试验及筛分试验参照 GB/T 14684—2011《建筑用砂》进行。
（2）混凝土工作性能按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行混凝土坍落度及扩展度测试。
（3）混凝土力学性能试验，按照 GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》将混凝土充分拌和，成型 100mm×100mm×100mm 混凝土试件，覆膜养护 24h 后拆模，进行标准养护，测试混凝土 3d、7d 和 28d 的抗压强度。
（4）采用接触法测试混凝土的干燥变形性能。按照混凝土配比成型尺寸 100mm×100mm×515mm 的棱柱体试件，每组 3 块，并预埋测头，带模养护 1d 后脱模，测试室内（(20±2)℃、相对湿度为 50%）和标准养护（(20±5)℃、相对湿度≥95%）下不同龄期的混凝土收缩率，计算公式如下：
1.3 混凝土配合比
本试验选择 C30 混凝土，混凝土基础配合比及各原材料用量见表 2。
表 2 混凝土配比及原材料用量 kg/m3
2 试验结果及讨论
2.1 河砂含泥量对外加剂掺量的影响
河砂的泥粉为 75μm 以下的细小颗粒，泥粉特殊的分子结构使得其易吸水产生膨胀，同时对于外加剂也表现出较强的吸附性。以 C30 混凝土为例，测试混凝土坍落度在 (220±10)mm 时的外加剂掺量，探究河砂含泥对外加剂掺量的影响，结果见表 3 和图 1。
表 3 河砂含泥量对外加剂掺量的影响含泥量(%)
图 1 含泥量对外加剂掺量的影响
表 3 和图 1 结果显示，河砂含泥量从 0 增加至 15%，混凝土中外加剂掺量呈现大幅增加，外加剂对混凝土工作性能的改善效果明显下降。
水泥加水后，水分被水泥颗粒包裹，外加剂的加入使得水泥表面颗粒附着同向电荷，从而使水泥包裹的水分得到释放，混凝土流动性增加[3]。泥粉对外加剂的吸附优先胶凝材料颗粒，使得外加剂分子首先吸附在泥粉颗粒表面[4]，无法直接作用在水泥颗粒，使得外加剂掺量增加，对混凝土流动性的作用效果降低。
2.2 河砂含泥对混凝土工作性能
混凝土良好的工作性能是保证混凝土强度和耐久性保证的前提，拌合物良好的和易性和坍落度保持能力是衡量混凝土出机质量的重要指标。以表 2 混凝土配比为基础，研究不同机砂含泥量对混凝土工作性能的影响，结果见表 4。
表 4 河砂含泥量对混凝土工作性能的影响
表 4 的试验结果显示，河砂含泥增多，混凝土拌合物的坍落度和扩展度都有不同程度的下降。河砂含泥低于 2.5% 时，混凝土初始坍落度和扩展度相比不含泥河砂损失较小，且 1h 后的混凝土坍落度和扩展度损失也相对较低；当河砂含泥量进一步增加，混凝土拌合物初始状态降低明显，混凝土流动性显著降低，经时坍损也大幅增加；当河砂含泥在 15% 时，在相同的外加剂掺量下，混凝土初始坍落度相比基准下降 20%，1h 坍落度下降超过 30%。
2.3 河砂含泥量对混凝土抗压强度的影响
抗压强度反映了混凝土结构抵抗外来荷载和自身应力的能力，抗压强度的影响因素较多，原材料质量、配合比设计以及施工养护优劣都对混凝土强度造成影响，河砂含泥会造成混凝土工作性能下降，对混凝土抗压强度也会产生一定影响，对此测试不同含泥量的河砂拌制的混凝土的 3d、7d、28d 抗压强度表 5、图 2。
表 5 河砂含泥量对混凝土抗压强度的影响
图 2 河砂含泥量对混凝土不同龄期强度的影响
表 5 和图 2 结果显示随着河砂含泥量增加，混凝土 3d、7d 和 28d 抗压强度出现不同程度的降低，当河砂含泥量较低时（2.5%）混凝土抗压强度下降幅度不大，这是因为砂中一定含泥能够对水分形成一定包裹，使得混凝土保水性提高，当砂中泥含量进一步增加，泥对外加剂和水分的吸收大幅降低了混凝土的工作性能，这些泥粉颗粒吸附在胶凝材料表面，使得浆体和骨料的结合能力下降，混凝土出现更多的微裂纹，混凝土强度下降。图 2 结果同时可以看出河砂含泥对混凝土 28d 强度影响较大，这是因为泥粉对水分的吸附较快，失水也较快，混凝土持续水化所需水分不足，混凝土胶凝产物生成量少，对强度的影响更加明显。
2.4 河砂含泥量对混凝土体积收缩的影响
泥粉容易吸收水分从而产生体积膨胀，当环境干燥水分容易散失，河砂含泥对混凝土有效水胶比造成波动，使得混凝土需水量增加，养护不善对混凝土体积稳定性造成一定影响，试验测试了河砂含泥对标准养护和室内干燥养护下的混凝土收缩的影响，结果见表 6、图3。表 6 和图 3 结果显示无论标准养护还是干燥养护，河砂中泥含量增加都会加大混凝土的体积收缩，当干燥养护时，水分不足，水泥水化需要较多的水分，泥粉对水分的包裹使得水泥水化受阻，水化硅酸钙和钙矾石生成量不足，无法起到补偿收缩的作用，随着龄期增长，泥粉包裹的水分又加速散失，混凝土内部微裂纹增多，进一步加大了混凝土的收缩。标准养护下，水分能够得到良好补给，水泥水化所需水分充足，混凝土生成的水化产物能够部分补偿混凝土收缩，进而混凝土的体积收缩大幅降低。
表 6 河砂含泥对混凝土体积收缩的影
图 3 河砂含泥对机制砂混凝土收缩的影响
3 结论
（1）河砂含泥增加，混凝土达到相同工作状态所需的外加剂用量增加，说明砂中的泥会增大对外加剂的吸附，使得外加剂的减水效率下降。
（2）含泥量对混凝土初始工作状态影响较大，较低含量的含泥能够提高混凝土的保水性，但都使得混凝土工作性能下降，混凝土经时坍损也随着砂中泥含量增加而提高。
（3）含泥量较低（2.5% 以下）时混凝土抗压强度损失相对较少，含泥量增加对各龄期混凝土强度均有负面影响，且对于混凝土 28d 抗压强度影响更为显著。
（4）河砂含泥会增大混凝土体积收缩，良好的养护条件有利于机制砂混凝土降低收缩，含泥量相同的同龄期混凝土，标准养护收缩低于干燥养护。