张翔耀
（北京新奥混凝土集团有限公司 北京 100076）
【摘要】：近年随着北京市以及周边地区政府对开采天然砂资源的限制，北京市天然砂出现严重紧缺，天然砂质量迅速下滑,砂子含泥量节节提高。砂子的实际质量和标准规范的规定之间的矛盾给预拌混凝土企业生产混凝土带来了很大的困扰。本文通过使用不同含泥量的砂子制作不同标号的混凝土，比较研究了砂子的含泥量对混凝土出机以及经时坍落度、强度的影响，得出了砂子含泥量小于10%时对C50以下的混凝土28d、60d影响较小的结论。
【关键词】：天然砂；含泥量；混凝土质量
前言
现今北京地区天然砂已经成为稀缺资源，满足标准要求的砂子少之甚少，搅拌站想要买到这样的砂子，必须以高价钱而且是付现金的形式才能的得到。对于回款慢、现金不足现象普遍存在的搅拌站而言，自己生产的全部混凝土都用这样的砂子几乎是不可能的事情。但是使用质量较次、含泥量较高的砂子又会因为不满足标准的要求而受到有关部门的制裁。可以说，标准对砂子要求的不切实际，从某种程度上导致了如今北京市搅拌站的“乱”，和砂子质量最相关的标准JGJ52-2006，已经是2006年的标准，2006年到2014年期间，混凝土的实际组分及其理论发生了很大的变化，北京市砂子资源的实际情况也发生了巨大的变化。因此，根据实际情况制定标准已经成为标准制定部门必须考虑的事情。
本文通过研究不同含泥量砂子对混凝土和易性以及强度的影响，得出了砂子含泥在10%以内对混凝土强度影响不大的结论，旨在建议有关部门根据本文结论能够组织企业高校做大批量系统性的实验，根据实际情况修改相关标准。
1. 试验方法
寻找含泥量大于10%的砂子，将其分成若干份，分别用清水冲洗不同的次数，得到不同含泥量的砂子，按照相同的配合比，分别使用不同含泥量的砂子，做不同标号的混凝土试配，分别检测不同标号3d、7d、28d、60d抗压强度，并且选取C30标号的混凝土做出机坍落度和经时坍落度比较试验，最后得出结论。
2. 试验过程
2.1 不同含泥量的砂子的制备
寻找含泥量为11%的砂子，分成8份，保证每份至少在洗完后也能够试验所需。将这8份砂子分别用清水冲洗不同的次数，分成8中不同的砂子样品，在日晒下晾干，测得每份样品的含泥量，分别选取样品中含泥量为11%、8.5%、6.5%、5%、2%的砂子作为试验用砂。
图2.1 砂子的冲洗
2.2. 原材料的选取和配合比
除去砂子外，其余所有混凝土原材料均选择完全相同的材料，原材料大致情况为：水泥选用冀东P.O42.5水泥；矿粉为行龙建材S95级矿粉；粉煤灰为诚兴泰Ⅱ级灰；石子为涞水石子；外加剂为北京中砼冠疆高性能减水剂。配合比采用搅拌站日常生产所使用的配合比。
表2.2 不同标号混凝土配合比
强度等级 | 水 | 水泥 | 砂 | 石 | 粉煤灰 | 矿粉 | 外加剂 |
C10 | 180 | 109 | 842 | 950 | 82 | 82 | 6.6 |
C15 | 174 | 122 | 819 | 961 | 81 | 87 | 7.0 |
C20 | 164 | 241 | 797 | 974 | 31 | 37 | 7.4 |
C25 | 162 | 242 | 808 | 1008 | 44 | 50 | 8.1 |
C30 | 162 | 242 | 785 | 1019 | 55 | 70 | 8.8 |
C35 | 160 | 248 | 766 | 1016 | 64 | 88 | 9.6 |
C40 | 159 | 274 | 741 | 1024 | 60 | 94 | 10.3 |
C45 | 158 | 302 | 697 | 1045 | 68 | 81 | 10.8 |
C50 | 155 | 355 | 669 | 1046 | 60 | 85 | 12.0 |
C55 | 152 | 394 | 604 | 1074 | 70 | 76 | 13.0 |
C60 | 149 | 423 | 577 | 1072 | 51 | 97 | 13.7 |
2.3. 使用不同含泥量砂子的不同标号混凝土的试配
每种标号都分别使用制备好的5种砂子使用相同的配合比做试配试验，留置3d、7d、28d、60d抗压试块，并且选取C30的混凝土做坍落度以及坍落度经时损失试验。
3. 试验结果及分析
3.1 使用不同含泥量不同标号各龄期试块强度结果与分析
各标号混凝土不同龄期的强度结果值见表3.1-表3.11以及图3.1到图3.11。
表3.1 使用不同含泥量砂子C10各龄期抗压强度结果值
龄期砂子含泥 | 11% | 8.5% | 6.5% | 5% | 2% |
3d | 4.1 | 4.3 | 4.3 | 4.5 | 4.7 |
7d | 8.5 | 8.7 | 8.9 | 8.9 | 9.1 |
28d | 13.6 | 14.0 | 14.1 | 13.8 | 14.6 |
60d | 15.1 | 14.8 | 15.2 | 16.2 | 16.1 |
表3.2 使用不同含泥量砂子C15各龄期抗压强度结果值
龄期砂子含泥 | 11% | 8.5% | 6.5% | 5% | 2% |
3d | 5.8 | 6.5 | 6.8 | 6.9 | 7.2 |
7d | 11.6 | 12.1 | 12.5 | 13.5 | 13.8 |
28d | 17.6 | 17.8 | 18.5 | 18.6 | 19.2 |
60d | 20.1 | 19.3 | 21.3 | 22.0 | 21.6 |
表3.3 使用不同含泥量砂子C20各龄期抗压强度结果值
龄期砂子含泥 | 11% | 8.5% | 6.5% | 5% | 2% |
3d | 6.7 | 6.8 | 7.0 | 7.0 | 7.6 |
7d | 14.6 | 14.3 | 15.5 | 15.0 | 16.3 |
28d | 26.1 | 25.8 | 26.3 | 27.2 | 26.4 |
60d | 28.1 | 28.6 | 28.0 | 29.6 | 28.7 |
表3.4 使用不同含泥量砂子C25各龄期抗压强度结果值
龄期砂子含泥 | 11% | 8.5% | 6.5% | 5% | 2% |
3d | 8.5 | 8.9 | 9.7 | 9.8 | 9.7 |
7d | 16.8 | 16.8 | 17.1 | 16.9 | 18.1 |
28d | 30.6 | 33.1 | 32.0 | 33.1 | 32.9 |
60d | 33.9 | 34.2 | 34.6 | 35.1 | 32.6 |
表3.5 使用不同含泥量砂子C30各龄期抗压强度结果值
龄期砂子含泥 | 11% | 8.5% | 6.5% | 5% | 2% |
3d | 13.6 | 14.0 | 14.0 | 14.2 | 15.1 |
7d | 24.1 | 23.6 | 24.1 | 25.4 | 25.9 |
28d | 39.8 | 37.9 | 39.5 | 40.2 | 39.8 |
60d | 42.1 | 40.9 | 41.5 | 42.1 | 40.6 |
表3.6 使用不同含泥量砂子C35各龄期抗压强度结果值
龄期砂子含泥 | 11% | 8.5% | 6.5% | 5% | 2% |
3d | 13.2 | 13.6 | 14.7 | 15.6 | 15.0 |
7d | 22.1 | 20.9 | 23.9 | 24.5 | 24.9 |
28d | 38.2 | 39.6 | 39.6 | 40.2 | 38.9 |
60d | 42.1 | 41.6 | 42.3 | 42.9 | 43.8 |
表3.7 使用不同含泥量砂子C40各龄期抗压强度结果值
龄期砂子含泥 | 11% | 8.5% | 6.5% | 5% | 2% |
3d | 17.6 | 16.8 | 18.8 | 20.1 | 21.3 |
7d | 30.6 | 30.9 | 32.2 | 32.6 | 33.1 |
28d | 46.8 | 45.9 | 46.8 | 47.1 | 46.2 |
60d | 50.1 | 50.6 | 50.6 | 51.2 | 51.0 |
表3.8 使用不同含泥量砂子C45各龄期抗压强度结果值
龄期砂子含泥 | 11% | 8.5% | 6.5% | 5% | 2% |
3d | 23.5 | 23.9 | 27.6 | 31.6 | 32.6 |
7d | 33.1 | 33.9 | 35.1 | 35.9 | 36.5 |
28d | 55.6 | 55.8 | 57.5 | 58.9 | 58.9 |
60d | 59.6 | 61.2 | 60.2 | 60.9 | 59.9 |
表3.9 使用不同含泥量砂子C50各龄期抗压强度结果值
龄期砂子含泥 | 11% | 8.5% | 6.5% | 5% | 2% |
3d | 25.6 | 25.9 | 28.8 | 28.9 | 30.5 |
7d | 38.9 | 38.6 | 40.9 | 40.6 | 42.5 |
28d | 54.2 | 56.4 | 57.3 | 58.9 | 58.2 |
60d | 60.1 | 59.8 | 61.2 | 61.2 | 62.5 |
表3.10 使用不同含泥量砂子C55各龄期抗压强度结果值
龄期砂子含泥 | 11% | 8.5% | 6.5% | 5% | 2% |
3d | 28.9 | 28.9 | 32.6 | 33.5 | 34.5 |
7d | 41.6 | 42.1 | 44.2 | 44.9 | 46.8 |
28d | 56.8 | 61.9 | 63.3 | 64.5 | 65.9 |
60d | 62.1 | 64.9 | 65.9 | 66.2 | 67.5 |
表3.11 使用不同含泥量砂子C60各龄期抗压强度结果值
龄期砂子含泥 | 11% | 8.5% | 6.5% | 5% | 2% |
3d | 30.2 | 31.2 | 36.6 | 40.5 | 41.5 |
7d | 50.6 | 49.8 | 52.2 | 53.1 | 54.8 |
28d | 65.8 | 67.5 | 69.5 | 69.8 | 72.1 |
60d | 68.1 | 68.2 | 71.2 | 71.2 | 70.9 |
从表3.1-表3.11中可以看出砂子含泥量对混凝土强度的影响随着龄期的增长变弱，也就是说砂子含泥量对混凝土3d强度的影响总体比对7d强度的影响大，对7d强度的影响比对28d强度的影响大，可以看出，在标号小于C50含泥量对混凝土28d、60d强度的影响已经弱化到几乎没有影响。这是因为砂子中的泥粒对混凝土有俩方面的影响：一方面这些泥粒可以起到微集料效应，增加混凝土的密实度，从而提高混凝土的抗压强度[1]；另一方面，泥粒的存在阻断了混凝土胶凝体系结晶接触点的连接，从而降低混凝土的强度。当混凝土的龄期较短时，水化产物形成较少，混凝土中的泥粒相对这些水化产物而言较多，而当混凝土龄期较长时，水化产物生成较多，定量的泥粒相对于这些水化产物而言变得较少，因此，龄期越长，砂子含泥量对混凝土的强度影响越小，其次，本试验所用的砂子为细度模数为1.9的天然砂，根据标准所检测出来的泥份中含有一定量的细砂，这些细砂对混凝土的强度有有利的影响[2]。
另外，从上述表中可以看出，当标号高于C50时，砂子含泥量对混凝土28d、60d影响发生较为明显的变大，这是因为C50以上的混凝土，其水胶比已经很低，混凝土在这样的充水空间下，胶凝材料体水化形成的结晶接触点相邻较近，相对而言，定量的泥粒对这些结晶接触点的阻断作用就比在水胶比较高的充水空间下对结晶接触点的阻断作用较强甚至出现突变式放大。
3.2 使用不同含泥量砂子对C30混凝土出机坍落度及经时坍落度的影响
下表为使用不同含泥量砂子C30混凝土的出机坍落度及经时坍落度的检测结果
表3.2 不同含泥量砂子C30混凝土的出机坍落度及经时坍落度
编号 | 混凝土标号 | 砂子含泥 | 出机坍落度mm | 1h坍落度mm | 2h坍落度mm | 1h坍损mm | 2h坍损mm |
A-1 | C30 | 2% | 210 | 220 | 210 | -10 | 0 |
A-2 | C30 | 5% | 210 | 230 | 210 | -20 | 0 |
A-3 | C30 | 6.5% | 230 | 220 | 220 | 10 | 10 |
A-4 | C30 | 8.5% | 220 | 180 | 100 | 40 | 120 |
A-5 | C30 | 11% | 220 | 170 | 60 | 50 | 160 |
从表3.2中可以看出砂子含泥量对混凝土经时坍落度损失有很大的影响，含泥量越高，混凝土坍落度经时损失越大，这是因为砂子中的泥粒对聚羧酸类的减水剂具有吸附作用[3]，泥份越高，就有越多的外加剂被泥所吸附，另外，当砂子含泥量已经高达6.5%时，混凝土2h经时损失才10mm，并且和易性较好。
图3.2 坍落度试验
4. 结论及建议
根据试验可以得出砂子含泥量在10%以下时，会对混凝土的出机坍落度及坍落度经时损失有较大的影响，但是对C50以下的混凝土的28d、60d抗压强度影响较小甚至没有影响，只是在C50及以上标号的混凝土中，含泥高的砂子会对混凝土的强度产生较大的影响。鉴于此，建议有关部门组织企业院校展开大批量实验，根据实验结果和实际情况重新修改砂子含泥量试验的做法以及调整标准对含泥量的要求，以使得标准更加实际、可行。
参考文献：
[1] [英]A•M•内维尔 著.刘数华，冷发光，李新宇，陈霞 译.混凝土的性能.北京.中国建筑工业出版社.2011；4
[2] 袁润章 著.胶凝材料学.武汉.武汉理工大学出版社.2006；7
[3] 汪澜 著.水泥混凝土：组成、性能、应用 .北京.中国建材工业出版社.2005；1
[作者简介]
张翔耀，男，1990年生，本科，助理工程师，现为北京新奥混凝土集团有限公司搅拌站试验室主任。省级期刊及核心期刊发表论文3篇。其中第一作者2篇。
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