砂子细度对混凝土性能的影响

0 前 言

细集料是配制混凝土的重要组分，占到总量的1/3。其粗细程度和级配对混凝土和易性、强度和耐久性都有一定的影响。实际工程中由于采砂的地点、采挖和生产方法等不同因素的影响，导致砂的粗细和级配都会不同，有时差异还很大，对混凝土的流动性、成分配比有显著的影响。特别是在施工过程中，砂子的粗细不同，难以保持混凝土流动性的稳定，给混凝土质量控制造成困难。因此，需进行砂子粗细和级配对混凝土影响的试验，并根据试验结果确定砂的最佳细度范围，对实际工程中混凝土的配合比设计具有重要意义，也是现场保证工程质量的一个有效途径。本文通过对甘肃酒泉地区常用的4种不同细度砂拌合的混凝土的工作性能、强度和耐久性进行试验研究，确定了适合的混凝土用砂的细度模数范围。

1 试验材料与方法 1.1 原材料

水泥：试验采用嘉峪关雄关牌P.O42.5水泥； 粉煤灰：粉煤灰为Ⅱ级灰； 外加剂：采用萘系减水剂；

粗集料：酒泉本地生产的碎石，粒径为5～25 mm，连续级配，针片状颗粒含量2.4%，含泥量0.45%，压碎指标5.4％，松散空隙率39.3％，属低碱活性；

细集料：选用3 种有代表性的砂子，各项指标如表1、表2 所示。

1.2 混凝土配合比

按照传统混凝土配制技术，通过调整砂率和胶凝材料用量，使得3种砂对应的混凝土和易性基本相同，由此得到的混凝土配合比如表3所示。

2 新拌混凝土的性能 2.1 混凝土工作性能

按表3的配比拌制混凝土，新拌混凝土的坍落度和和易性情况数据如表4所示。

2.2 混凝土含气量及气泡结构

采用含气量测定仪和AVA 新拌混凝土气孔结构分析仪，分别测定C 和D 两组配比混凝土的含气量，并对新拌混凝土的内部气孔结构进行分析。试验分析结果如表5所示。

根据混凝土冻融破坏机理，平均气泡间距是影响混凝土抗冻性最主要的因素，平均气泡间距越大，则冻融过程中毛细孔中的静水压和渗透压越大，混凝土的抗冻性越差。从表5的数据分析可知，用2号砂配制的混凝土内部气泡结构好于用3号砂配制的混凝土。这是因为用细砂配制混凝土会在混凝土中容易形成大气泡，且在相同引气条件下，混凝土中引入的微小封闭气泡增多。

3 硬化混凝土力学性能 3.1 抗压强度

混凝土试件制作、成型及养护和立方体抗压实验均按照国标GB/T50081―2002《普通混凝土力学性能实验方法标准》进行。混凝土抗压试验结果如图1所示。

由图1 可知，在混凝土出机坍落度基本相同的情况下，通过调整砂率和调整用水量，3种砂配制混凝土都可以达到设计强度要求，混凝土的抗压强度1号砂小于2号砂，2号砂小于3号砂配制的混凝土。说明其他条件相同的情况下，细砂配制的混凝土强度最小，粗砂配制混凝土的强度高。

3.2 混凝土的收缩变形

混凝土收缩变形按照国标GBJ 82《普通混凝土力学性能和耐久性

能实验方法》试验，混凝土试件带模标养3d，拆模后移入温度（20±3）℃和湿度(60±5)% 环境，2h后开始测其初长。测试结果如图2所示。

由图2可知，两组配比混凝土的干燥收缩在早期7d以内， 1号砂的混凝土收缩最大，3号次之，2号最小。7d以后至120d龄期，对于C30设计强度等级配比，1号砂配制的混凝土收缩最大，主要是因为1号细颗粒较多，空隙率较大，且用水量较多；而对于C50设计强度等级配比，3种砂配制混凝土的收缩差别不大。这主要是C50混凝土的胶凝材料较多，对混凝土的收缩具有更显著的影响。

4 混凝土耐久性 4.1 抗水渗透性

混凝土试件标养28 d后，从水压0.2 MPa开始加压，以后每隔8h增加水压0.1MPa，一直加压到2.0MPa，并且随时注意观察试件端面渗水情况。测量试件的渗水高度。试验结果如表6所示。

根据抗渗试验结果，所有混凝土试件在水压达到2.0MPa时，试件顶面未出现透水现象。两种砂比较，用2号砂配制的混凝土渗水高度低于用3号砂配制的混凝土，由此表明，空隙率大、级配不好的砂对混凝土的抗渗性不利。

4.2 氯离子渗透系数

氯离子渗透试验采用丹麦进口设备，八通道，按ASTMC1202-97方法试验。试验结果如表7所示。

从表7 试验结果可以看出，通过调整砂率等措施，混凝土和易性和强度虽然相差不大，但由于所用砂质量不同，混凝土的抗氯离子渗透性仍然存在差异。3种砂相比，仍然是质量较好的2 号砂配制混凝土的电通量值低于另外两种砂配制的混凝土，低强度等级的混凝土则尤其明显。随着混凝土强度等级提高，适当调整砂率，可以明显降低砂子质量对混凝土抗氯离子渗透性的影响。

4.3 碳 化

大气环境中CO2在有水条件下进入混凝土内，与内部孔隙溶液中的钙离子等发生碳化反应，形成难溶于水的碳酸钙。混凝土碳化的最大危害是降低混凝土的pH 值，从而破坏钢筋表面的钝化膜，引起钢筋锈蚀，由此降低混凝土结构的耐久性。试验采用室内快速碳化方法，按照国标GBJ82，控制碳化试验箱CO2浓度（20±2）%，温度（20±3）℃，湿度（60±5）%。将标养28d后的试件放置碳化箱内，待28d后测件的碳化深度。实验结果如图3所示。

由图3可知，混凝土标准养护28d后的抗碳化能力依次为：2号砂>1 号砂>3号砂的混凝土。

4.4 抗冻性

混凝土的抗冻性是指在饱和水状态下遭受冰冻时，抵抗冰冻破坏的能力。抗冻性是评定混凝土耐久性的重要指标。冻融试验方法采用国标GBJ82中的快冻法进行试验，结果如表8所示。

（1）砂子的细度对混凝土的强度有显著影响。中砂和粗砂配制的混凝土强度明显高于细砂配制的混凝土强度。

（ 2）砂子的细度对混凝土的收缩性能有明显影响。砂子过细或过粗都会增大混凝土的收缩，影响混凝土的体积稳定性。高强混凝土由于水泥用量增加，混凝土自收缩增大，导致砂子细度的影响降低。

（3）砂子的细度对混凝土的耐久性亦产生作用。中砂对于提高混凝土的抗渗透性能有利。混凝土强度等级较低时则尤其明显；混凝土强度等级较高时，由于混凝土自身密实度增大，砂子质量对混凝土抗氯离子渗透性的影响程度将有所降低。

（4）一般砂细度模数控制在2.6左右，试配不同标号混凝土的工作性能、力学性能均表现良好。不同的细度模数在工作性方面，通过混凝土砂率的调整，能够弥补不同细度模数对混凝土带来的影响，但是整体表现为细度模数较小，容易导致新拌混凝土发黏，流动性较差，

且坍损较大；细度模数较大，则表现为混凝土浆体包裹性较差，容易离析泌水。在强度方面，细度模数较小对低标号混凝土影响明显；细度模数较大对高标号混凝土影响较明显。