黄河砂在大流动性混凝土中的应用研究.docx

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黄河砂在大流动性混凝土中的应用研究

黄河砂在大流动性混凝土中的应用研究

随着工程建设的飞速发展，河南部分地区天然砂资源面临枯竭，导致混凝土用砂供需矛盾日益突出。

为解决天然砂供需问题，2006年前后，河南部分混凝土生产企业开始采用机制砂配制混凝土。

由于市场供应的机制砂颗粒级配不良、细度模数偏大，因此所拌制的混凝土存在匀质性差、和易性差、不易泵送施工等问题。

为了改善混凝土拌合物的性能和方便就地取材，河南混凝土行业陆续开始探索和应用黄河砂，由于机制砂与黄河砂混合使用效果显著，因此很快得到广泛应用。

同时，开采黄河砂有利于增强调水调沙冲刷下游河道，从而促进河道淤积治理。

国内对机制砂配制混凝土的研究较多，对掺有部分天然砂的混合砂混凝土性能也有研究，但对黄河砂的性能以及利用掺有黄河砂的混合砂配制混凝土的性能研究很少。

笔者针对掺有黄河砂的混合砂配制的大流动性混凝土的性能进行研究，以期为黄河砂在混凝土中的广泛应用提供参考。

1　试验材料与方法

1.1　试验材料

水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，水泥的物理力学性能见表1粉煤灰为洛阳热电厂生产的Ⅰ级粉煤灰，需水量比为93%。

矿渣粉为新乡王氏集团生产的S95矿渣粉，比表面积为430ｍ2/kg，7d和28d的活性指数分别为77%和98%。

选用产自郑州的机制砂和黄河砂两种细集料：

机制砂的表观密度为2710kg/ｍ3，细度模数为3.3，含泥量为0.4%；黄河砂的表观密度为2620kg/ｍ3，细度模数为0.5，含泥量为2.4%。

粗集料采用混合的5～20ｍｍ和5～10ｍｍ连续粒级碎石。

减水剂为河南省建科院新材料股份有限公司生产的聚羧酸高性能减水剂，掺量为1.8%，减水率为27%。

混凝土拌合水采用自来水，符合《混凝土用水标准》（JGJ63—2006）。

1.2　混凝土配合比

试验采用郑州地区常用的Ｃ20、Ｃ30、Ｃ40和Ｃ50混凝土配合比，见表2～表5。

黄河砂分别按替代机制砂的比例为0%、15%、20%、25%、30%、35%和40%与机制砂混合使用。

考虑到Ｃ50混凝土水泥用量较大，黄河砂替代机制砂的最大比例为30%。

同一强度等级混凝土保持砂率固定。

1.3　试验方法

混凝土拌合物的坍落度、坍落度1h经时变化量、泌水率和扩展度试验按《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T50080）进行。

混凝土的抗压强度试验按《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081）进行。

2　试验结果及分析

2.1　黄河砂掺量对混凝土拌合物性能的影响

在Ｃ20、Ｃ30、Ｃ40和Ｃ50不同混凝土配合比条件下，研究黄河砂掺量对混合砂混凝土拌合物坍落度、坍落度1ｈ经时变化量、扩展度和泌水率的影响。

从图1（ａ）可以看出：

混凝土拌合物的坍落度未掺黄河砂时最小，只有15cm，随着黄河砂掺量的增加而逐渐增大，表明对于Ｃ20混凝土，掺加黄河砂显著提高了混凝土拌合物的坍落度，黄河砂替代部分机制砂能够提高混凝土拌合物的流动性。

从图1（ｂ）可以看出：

随着黄河砂掺量的增加，混凝土拌合物的坍落度1ｈ经时变化量逐渐减小，表明对于Ｃ20混凝土，黄河砂部分替代机制砂降低了混凝土拌合物的坍落度损失；黄河砂替代35%和40%的机制砂时，混凝土拌合物的坍落度1ｈ经时变化量仅为1cm，表明黄河砂替代部分机制砂能够提高混凝土拌合物的保坍性。

从图1（ｃ）可以看出：

随着黄河砂掺量的增加，混凝土拌合物的扩展度先降低后逐渐增加，然后又出现降低；未掺加黄河砂的混凝土拌合物的扩展度大于黄河砂掺量为15%、20%和25%混凝土拌合物的；黄河砂掺量为35%时，混凝土的扩展度为650ｍｍ，黄河砂掺量为40%时，混凝土拌合物的扩展度为600ｍｍ，略低于黄河砂掺量为35%混凝土拌合物的扩展度。

从图1（d）可以看出：

黄河砂的掺加增加了混凝土拌合物的泌水率；黄河砂掺量为15%时，混凝土拌合物的泌水率为7%，略大于单一机制砂混凝土拌合物的泌水率6.2%；当黄河砂的掺量为20%～40%时，混凝土拌合物的泌水率基本未变化。

原因可能是机制砂中较大的石粉含量有利于减少混凝土拌合物的泌水。

黄河砂掺量%黄河砂掺量%

（c）扩展度（d）泌水率

图2C30混凝土

从图2（ａ）可以看出：

对于Ｃ30混凝土，掺黄河砂混凝土拌合物的坍落度均明显提高，证明黄河砂替代部分机制砂提高了混凝土拌合物的流动性；黄河砂掺量为20%～35%时，混合砂混凝土的坍落度基本保持不变，表明黄河砂掺量为20%～35%时，混合砂混凝土的流动性基本不受黄河砂掺量的影响。

从图2（ｂ）可以看出：

掺黄河砂混凝土拌合物的坍落度1ｈ经时变化量均有所降低，表明对于Ｃ30混凝土，黄河砂部分替代机制砂降低了混凝土拌合物的坍落度损失；黄河砂替代25%和30%的机制砂时，混凝土拌合物的坍落度1ｈ经时变化量仅为2cm，比未掺加黄河砂混凝土拌合物的坍落度1ｈ经时变化量4.5cm降低了55.6%。

从图2（ｃ）可以看出：

未掺加黄河砂混凝土拌合物的扩展度最大，达到625ｍｍ；随着黄河砂掺量的增加，混凝土拌合物的扩展度逐渐降低。

从图2（d）可以看出：

黄河砂的掺入增加了混凝土拌合物的泌水率；当黄河砂掺量为30%～40%时，混凝土拌合物的泌水率基本未发生变化，表明此时混凝土拌合物的泌水率基本不受黄河砂掺量的影响。

从图3（ａ）可以看出：

对于Ｃ40混凝土，不掺黄河砂混凝土拌合物的坍落度最小，而掺黄河砂混凝土拌合物的坍落度有了较大幅度提高，同样证明黄河砂替代部分机制砂提高了混凝土拌合物的流动性。

从图3（ｂ）可以看出：

掺黄河砂混凝土拌合物的坍落度1ｈ经时变化量均明显降低，表明对于Ｃ40混凝土，黄河砂部分替代机制砂降低了混凝土拌合物的坍落度损失。

从图3（ｃ）可以看出：

黄河砂的掺量为15%时，混凝土拌合物的扩展度最小，为510ｍｍ，略小于单一机制砂混凝土拌合物的扩展度530ｍｍ；当黄河砂的掺量从15%增加到25%时，混凝土拌合物的扩展度从510ｍｍ增加到575ｍｍ，达到最大，当黄河砂的掺量从25%增加到40%时，混凝土拌合物的扩展度从575ｍｍ降低到530ｍｍ，说明有个黄河砂最佳掺量，在黄河砂最佳掺量时，混凝土拌合物的扩展度最大。

从图3（d）可以看出：

未掺加黄河砂混凝土拌合物的泌水率为3.5%，黄河砂的掺量为15%、20%和25%时，混凝土拌合物的泌水率均为1.5%，而黄河砂的掺量从25%增加到40%，混凝土拌合物的泌水率从1.5%增加到4.0%，黄河砂掺量为15%、20%和25%时，混凝土拌合物的泌水率最小，同样说明有个黄河砂最佳掺量，在黄河砂最佳掺量时，混凝土拌合物的泌水率最小。

黄河砂掺量%黄河砂掺量%

（c）扩展度（d）泌水率

图4C50混凝土

从图4（ａ）可以看出：

对于Ｃ50混凝土，掺黄河砂混凝土拌合物的坍落度均有不同程度的提高；黄河砂的掺加量大于20%后，混合砂混凝土拌合物的坍落度趋于稳定。

从图4（ｂ）可以看出：

掺黄河砂混凝土拌合物的坍落度1ｈ经时变化量均有所增大，这主要与Ｃ50混凝土的水泥用量较大有关，较大的水泥用量增加了混凝土拌合物的坍落度损失。

从图4（ｃ）可以看出：

掺黄河砂混凝土拌合物的扩展度均有所增大；黄河砂掺量为15%时，混凝土拌合物的扩展度最小，为530ｍｍ；当黄河砂掺量从15%增加到30%时，混凝土拌合物的扩展度从530ｍｍ增大到650ｍｍ，达到最大。

从图4（d）可以看出：

对于Ｃ50混凝土，不管掺加还是不掺加黄河砂，混凝土拌合物的泌水率均为0%，主要原因是，Ｃ50混凝土的胶凝材料用量较大，胶凝材料的增加大大降低了混凝土拌合物的泌水。

2.2　黄河砂掺量对混凝土抗压强度的影响

在Ｃ20、Ｃ30、Ｃ40和Ｃ50不同混凝土配合比条件下，试验研究了黄河砂掺量对混合砂混凝土抗压强度的影响，试验结果见图5。

从图5（ａ）可以看出，对于Ｃ20混凝土配合比，所有掺加黄河砂混凝土的各龄期抗压强度均高于单掺机制砂混凝土的，其中黄河砂掺量为20%时，混凝土各龄期的抗压强度最高，因此对于Ｃ20混凝土配合比，黄河砂的掺量为20%较为合适，这与邢振贤等的试验结果类似。

从图5（ｂ）可以看出，对于Ｃ30混凝土配合比，与Ｃ20混凝土一致，所有掺加黄河砂混凝土各龄期抗压强度均高于单掺机制砂混凝土的，其中黄河砂掺量为35%时，混凝土各龄期的抗压强度最高，因此对于Ｃ30混凝土配合比，黄河砂的掺量为35%较为合适。

从图5（ｃ）可以看出，对于Ｃ40混凝土配合比，掺黄河砂混凝土各龄期抗压强度大多数略高于单掺机制砂混凝土的，表明对于Ｃ40混凝土配合比，黄河砂对混凝土抗压强度的改善作用没有Ｃ20和Ｃ30混凝土那么明显。

从图5（d）可以看出，对于Ｃ50混凝土配合比，掺黄河砂混凝土各龄期抗压强度与单掺机制砂混凝土的无明显区别，掺黄河砂混凝土抗压强度甚至还略低于单掺机制砂混凝土的，主要原因是，对于Ｃ50混凝土配合比，胶凝材料用量较大，黄河砂对混凝土抗压强度的改善作用被削弱了。

3　结　论

黄河砂代替部分机制砂，混凝土拌合物的工作性能普遍得到了提高，对于高强度等级的混凝土，黄河砂的掺量应少于低强度等级混凝土的。

通过调整混凝土的配合比和黄河砂的掺量，能够使混凝土拌合物的工作性能最佳。

黄河砂代替部分机制砂，在大多数情况下，混凝土的抗压强度得到了提高，且对不同强度等级的混凝土，黄河砂最佳掺量不同，在最佳掺量下，对应的混凝土抗压强度最大。

黄河砂对低强度等级混凝土抗压强度的改善作用更加明显。

总之，黄河砂代替部分机制砂改善了单掺机制砂配制混凝土的性能，既解决了天然砂资源匮乏的问题，又有利于促进治理河道淤积，具有经济和环境保护双重意义。