人工砂在C60免振捣砼中研究与应用

摘要：重点控制人工砂的细度模数及石粉含量，通过新拌混凝土的工作性能、力学性能、体积稳定性能等试验研究，确定在C60免振捣混凝土中人工砂的质量要求与用量，并根据实际生产应用，总结人工砂在混凝土中的应用技术和注意事项。

关键词：人工砂；石粉含量；免振捣

0引言

人工砂应用逐步广泛，但其生产原材料与生产设备存在较大差异，导致人工砂质量参差不齐，直接影响混凝土质量。通常人工砂颗粒粗，细度模数大，通常在3.4～3.7之间；针片状颗粒多，棱角多，表面裂纹多，缺陷多，总压碎指标值一般在15%以上；含粉量较高，亚甲蓝值易超标。免振捣混凝土（又叫自密实混凝土）最基本要求新拌混凝土要有良好的和易性，大流动性，抗分层离析性能。因此，必须充分考量原材特性及工程特点，详细设计配合比。

1工程概况

丁豪酒店工程地下3层地上21层，建筑面积7万余平米。本C60高强免振捣混凝土主要施工部位为酒店主体门厅区独立柱，柱截面900*900，内埋材质为Q235B“十”字劲型钢柱，钢柱外截面尺寸600*600。柱保护层设计为50，柱体钢筋直径不小于20mm。柱脚标高-5.700m,柱顶标高为20.250m,总高度25.950m。柱子上下端分别锚固于钢筋混凝土中，每层与之连接钢筋混凝土梁靠钢柱的型钢牛腿相互锚固而形成可靠连接。

2 C60免振捣混凝土配合比设计

2.1免振捣混凝土的技术要求

结合以往经验及混凝土施工条件、浇注进度情况，本C60免振捣混凝土应满足如下技术要求：

1）工作性：新拌混凝土坍落度在220～250mm，扩展度大于550mm,2h坍落度损失值不大于20mm,压力泌水率比小于40%，初凝时间在8～12h。

2）力学性能：28d配制强度≥72MPa,28d弹性模量≥3.65×104MPa。

2.2免振捣混凝土的设计思路

1)水泥选用以强度富于系数和稳定性为主要参考指标。宜选择最低强度富余系数大于1.1的水泥，否则可选用高一等级水泥。

2）外加剂选用高减水率、坍损小的缓凝型外加剂。为保证C60柱混凝土与梁板普通泵送混凝土特别是外加剂的相容性，选用氨基磺酸系与萘系复合型减水剂。

3)因浇注落差大，易出现浮浆，并考虑到石粉效应，摒弃粉煤灰只选矿粉作为掺和料。减少水泥用量，降低粘度，增加密实度，从而提高强度和改善和易性。

4）采用石灰石碎石加工的人工砂，用高速离心式破碎机生产相对于锤破、颚破或研磨式机械，生产的砂质量较好。高速离心机制砂颗粒圆度高且表面粗糙，颗粒级配均匀，小于0.08mm的颗粒可经风选设备进行分离，因此石粉含量可控，一般不超过12%。

3 原材料

原材料选择以检测指标为基础，秉承就地选材，经济搭配，满足设计要求的原则进行。

3.1水泥

水泥选用山东水泥厂P.O52.5水泥，主要技术指标如下：比表面积359 m2/kg，初凝时间177分，终凝时间235分，安定性采用试饼法检验合格，标准稠度用水量为28.2%，3d抗折强度为6.7 MPa，28d抗折强度为8.6 MPa，3d抗压强度为30.7 MPa，28d抗压强度为59.8 MPa，SO3含量为2.54%，MgO含量为4.47%，烧失量为1.21%，混合材掺量为10.1%。

3.2粗骨料

粗骨料选用粒径为5～20mm的连续粒级碎石。主要技术指标如下：最大粒径为20mm,累计筛余2.36mm为100%,4.75mm为99%，9.5mm为78%，19.0mm为4%，26.5mm为0，表观密度为2730 kg/m3，堆积密度为1480 kg/m3，含泥量为0.1%，针片状含量为1%，压碎指标为1%。

3.3细骨料

人工砂石粉含量分别为S1:4%；S2：7%；S3：10%。

主要技术指标如下：

S1级人工砂累计筛余5mm为0,2.5mm为25.4%，1.25mm为52.3%，0.63mm为78.5%，0.315mm为87.8%，0.16mm为93.3%，细度模数为3.4，表观密度为2750 kg/m3，堆积密度为1560 kg/m3，亚甲蓝值为0.8，石粉含量为4.1%，压碎指标为4%；

S2级人工砂累计筛余5mm为0,2.5mm为21.5%，1.25mm为45.2%，0.63mm为63.3%，0.315mm为80.6%，0.16mm为90.5%，细度模数为3.0，表观密度为2750 kg/m3，堆积密度为1570 kg/m3，亚甲蓝值为1.0，石粉含量为7.2%，压碎指标为5%；

S3级人工砂累计筛余5mm为0,2.5mm为18.6%，1.25mm为36.2%，0.63mm为59.1%，0.315mm为77.3%，0.16mm为87.7%，细度模数为2.8，表观密度为2750 kg/m3，堆积密度为1570 kg/m3，亚甲蓝值为1.0，石粉含量为10.0%，压碎指标为5%。

3.4矿渣微粉

选用济钢鲁新S95磨细矿渣。主要技术指标如下：比表面积435 m2/kg，密度2.87g/ cm3，7d活性指数为 81%，28d活性指数为 101%，流动度比为102%，需水量比为98%，SO3含量为0.44%，CL-含量为0.012%。

3.5外加剂

主要技术指标如下：状态：液体，密度1.16g/ cm3，含固量为33%，减水率为25%，PH值为7.5，CL-为0.01。

4 配合比的试验选择确定

根据以往配制高强混凝土经验，依据相关标准规范，结合材料实际，进行配合比设计并重点控制配合比水胶比。在相关参数不变的情况下，使用4%、7%、10%石粉含量的人工砂进行试配，综合比较各组混凝土的工作性能、力学性能，确定适宜配合比。

C60免振捣混凝土配合比为胶凝材料550kg/m3，水胶比0.30，砂率46 %，矿粉掺量20%，减水剂3.5 %，容重2480kg/m3。

新拌混凝土工作性能如下：

使用S1人工砂的，初始坍落度为230mm,1h坍落度为230mm1h,2h坍落度为220mm, 初始扩展度为630mm，1h扩展度为590mm，2h扩展度为520mm，压力泌水率V10/ml为10.1%， V140/ml 为32.3%，V10/V140为31.3%，初凝时间568分，终凝时间624分；

使用S2人工砂的，初始坍落度为240mm,1h坍落度为240mm1h,2h坍落度为220mm, 初始扩展度为650mm，1h扩展度为620mm，2h扩展度为580mm，压力泌水率V10/ml为6.3%， V140/ml 为27.6%，V10/V140为22.8%，初凝时间585分，终凝时间632分；

使用S3人工砂的，初始坍落度为240mm,1h坍落度为230mm1h,2h坍落度为210mm, 初始扩展度为660mm，1h扩展度为620mm，2h扩展度为540mm，压力泌水率V10/ml为5.8%， V140/ml 为24.7%，V10/V140为23.5%，初凝时间577分，终凝时间626分。

混凝土力学性能如下：

使用S1人工砂的，3d抗压强度为53.3 MPa，7d抗压强度为61.9MPa，28d抗压强度为72.5 MPa，7d轴心抗压强度为50.2MPa，28d轴心抗压强度为60.2MPa，7d弹性模量为4.73×104MPa ，28d弹性模量为5.12×104MPa。

使用S2人工砂的，3d抗压强度为55.9 MPa，7d抗压强度为64.8MPa，28d抗压强度为82.6 MPa，7d轴心抗压强度为52.5MPa，28d轴心抗压强度为63.1MPa，7d弹性模量为4.82×104MPa ，28d弹性模量为5.51×104MPa。

使用S3人工砂的，3d抗压强度为56.7 MPa，7d抗压强度为65.4MPa，28d抗压强度为80.8 MPa，7d轴心抗压强度为53.1MPa，28d轴心抗压强度为61.8MPa，7d弹性模量为4.80×104MPa ，28d弹性模量为5.37×104MPa。

5结语

通过试验与工程应用，对人工砂的应用及在高强高性能免振捣混凝土的配制上面有了更进一步的认识：

1）机制砂的应用不是简单的替代河砂的关系，而是应该针对人工砂的粒型、表面性状、颗粒级配及石粉含量等有一个清晰的认识。

2）人工砂应用时，不能仅仅局限在细度模数的数值上来划分中砂、粗砂，从而去选定砂率；而是应关注到石粉含量对混凝土和易性的影响，在试验的基础上确定最佳用量。

试验证明，人工砂在人工控制的基础上相对质量稳定。适当的石粉含量对混凝土和易性、粘聚性、增强性能，降低水化热，减少收缩等方面效果明显。因此，在天然河砂资源枯竭的地区，大力推广和应用人工砂由低强砼走向高强高性能混凝土，能收到保护环境和降低生产成本的双重效益。