聚羧酸高性能減水劑在不同機(jī)制砂混凝土中的應(yīng)用
1前言
隨著環(huán)保監(jiān)控《回頭看》大檢查的深入落實(shí)，廣東省水利廳制定了2018年度廣東省河砂指定開采區(qū)域和開采量，指定開采數(shù)量（規(guī)劃9個(gè)可開采區(qū)，其余地區(qū)均為違規(guī)開采，根據(jù)河源、梅州、清遠(yuǎn)、云浮市上報(bào)的文件，廣東省主要河道2018年度河砂開采計(jì)劃涵蓋東江、西江、北江、韓江干流總控制采砂量為393.3萬(wàn)立方米），短時(shí)間內(nèi)行業(yè)會(huì)出現(xiàn)重新整合資源的現(xiàn)象，珠三角砂子脫銷情況越演越烈建材市場(chǎng)出現(xiàn)庫(kù)存不穩(wěn)定、價(jià)格不穩(wěn)定，已經(jīng)是近來(lái)建筑業(yè)內(nèi)共同必須接受的一個(gè)現(xiàn)實(shí)。據(jù)泛珠三角地區(qū)多家攪拌站的調(diào)查發(fā)現(xiàn)目前珠三角地區(qū)多處砂場(chǎng)無(wú)砂可賣，部分有貨的砂場(chǎng)，全部暫停期結(jié)客戶，目前幾天只做現(xiàn)結(jié)客戶。砂零售價(jià)破天荒報(bào)出250～270元/m3，哪怕是水洗砂都要235～250元/m3左右，一砂難求搶砂大戰(zhàn)已經(jīng)是不爭(zhēng)的事實(shí)，尋找砂的替代材料迫在眉睫，但目前只有機(jī)制砂最接近天然砂才能作為替代品，機(jī)制砂因不同產(chǎn)地和不同的加工工藝等特性從而會(huì)影響混凝土性能，而聚酸酸高性能減水劑對(duì)不同種類的機(jī)制砂有廣泛的適應(yīng)性。
2機(jī)制砂的概念
機(jī)制砂是將巖石或卵石除土開采通過(guò)機(jī)械破碎、篩分成粒徑小于5mm的巖石或卵石顆粒。機(jī)制砂與天然砂的主要區(qū)別在于：機(jī)制砂由材質(zhì)穩(wěn)定的巖石或卵石破碎而成，細(xì)度模數(shù)可調(diào)，質(zhì)量穩(wěn)定。而天然砂是巖石經(jīng)過(guò)風(fēng)化及河水的常年沖刷堆積形成的，顆粒堅(jiān)硬，但天然砂中往往摻雜著粘土及其他雜質(zhì)。
目前，國(guó)內(nèi)機(jī)制砂生產(chǎn)主要有3種形式：一種是開礦產(chǎn)石的同時(shí)專門生產(chǎn)機(jī)制砂，質(zhì)量較好，數(shù)量少；一種是在河道里用卵石生產(chǎn)機(jī)制砂或配以少量天然砂生產(chǎn)混合砂，質(zhì)量有好有差，差別較大數(shù)量也少。再一種是利用各種尾礦生產(chǎn)機(jī)制砂，其中主要是各地生產(chǎn)石灰石碎石后的石屑或石粉，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單再加工和篩分，或直接利用，質(zhì)量有好有差，差別很大。
機(jī)制砂制備的關(guān)鍵技術(shù)在于塊石的破碎粉磨和洗砂除粉，生產(chǎn)工藝流程為：塊石→粗碎→中碎→細(xì)碎→篩分→除粉，機(jī)制砂在實(shí)際生產(chǎn)中廠家根據(jù)自己的生產(chǎn)形式對(duì)多級(jí)破碎進(jìn)行調(diào)整，質(zhì)量有好有差，差別較大，機(jī)制砂的破碎環(huán)節(jié)決定了機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)、級(jí)配以及顆粒形狀等。此外，根據(jù)機(jī)制砂除粉的方式可以分為濕法生產(chǎn)和干法生產(chǎn)，前者是通過(guò)洗砂機(jī)水洗的辦法除掉機(jī)制砂中的泥和石粉;而干法生產(chǎn)工藝就是通過(guò)除塵器收塵或砂石粉分離機(jī)的辦法除掉機(jī)制砂中的泥和石粉，該環(huán)節(jié)對(duì)機(jī)制砂的石粉含量、含泥量以及泥塊含量，甚至級(jí)配等影響較大。因此，機(jī)制砂參數(shù)明顯受到生產(chǎn)工藝的影響而且波動(dòng)比較大。
3機(jī)制砂國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)及使用情況
在美、英、日、法等發(fā)達(dá)國(guó)家使用機(jī)制砂作為混凝土細(xì)骨料已有30多年歷史，在各種建筑工程中應(yīng)用比較普遍，關(guān)于機(jī)制砂的材料與試驗(yàn)、使用標(biāo)準(zhǔn)已相當(dāng)完善。1973年國(guó)家建委制定了《機(jī)制砂混凝土技術(shù)規(guī)程》，2002年國(guó)家頒布的《建筑用砂》(GB/T14684-2001)首次明確地規(guī)范了機(jī)制砂在混凝土中的運(yùn)用，對(duì)機(jī)制砂在混凝土中的推廣運(yùn)用起到了促進(jìn)作用。但是由于試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)規(guī)范的不完善及試驗(yàn)材料的滯后，我國(guó)建筑業(yè)對(duì)天然河砂還存在較強(qiáng)的依賴性，在許多重要結(jié)構(gòu)中對(duì)機(jī)制砂的使用還存在限制條件，各國(guó)對(duì)機(jī)制砂級(jí)配、石粉含量最高限制值也不同，如表1、表2所示。
目前，國(guó)內(nèi)大部分商混站對(duì)機(jī)制砂品質(zhì)的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)包括:細(xì)度模數(shù)、石粉含量、亞甲藍(lán)值及壓碎指標(biāo)。不同國(guó)家對(duì)機(jī)制砂級(jí)配、細(xì)度模數(shù)及石粉含量的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定存在較大差異，其中區(qū)別最大的指標(biāo)主要是機(jī)制砂的含粉量，這主要是由于不同國(guó)家規(guī)定機(jī)制砂中石粉含量時(shí)考慮角度不同。
4聚羧酸高性能減水劑在機(jī)制砂混凝土中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)
相比普通減水劑在相同流動(dòng)性的情況下?lián)搅康停瑢?duì)水泥凝結(jié)時(shí)間影響較小可很好的解決減水、引氣、緩凝、泌水等問(wèn)題，保坍性好，120分鐘內(nèi)基本不損失或損失小。聚羧酸高性能減水劑可以通過(guò)調(diào)節(jié)分子結(jié)構(gòu)，制備具有特殊性能和用途的減水劑如：低溫高早期強(qiáng)度型、零坍落度損失型、抗收縮型等，分子結(jié)構(gòu)自由度大，外加劑合成技術(shù)上可控制的參數(shù)多，高性能化的潛力大。
5試驗(yàn)材料
粉煤灰：恒電II級(jí)粉煤灰，細(xì)度20%；礦物摻和料：山東日照S95級(jí)磨細(xì)礦渣粉，28天活性指數(shù)大于95；中砂：東江河沙，細(xì)度模數(shù)2.6，含泥量1.1%；機(jī)制砂：機(jī)制砂A產(chǎn)地為肇慶，機(jī)制砂B產(chǎn)地為云浮，機(jī)制砂C產(chǎn)地為清遠(yuǎn)，各機(jī)制砂累計(jì)篩余及主要參數(shù)見表3；石子：廣西5～25mm連續(xù)級(jí)配碎石，壓碎指標(biāo)10%，含泥量1.0%。水：自來(lái)水。外加劑A：某聚羧酸高效減水劑，減水率20%，含固量15%。外加劑B:東莞市洛美建材科技有限公司聚酸酸高性能減水劑LM-S3，固含量20%減水率為25%。水泥：梅州塔牌PO42.5R水泥，詳細(xì)技術(shù)指標(biāo)見表4。
根據(jù)混凝土公司的月使用標(biāo)號(hào)統(tǒng)計(jì)C30的泵送混凝土占總方量的50%，我們選取C30泵送混凝土配方作為試驗(yàn)配方，并摻用不同比例的機(jī)制砂進(jìn)行試驗(yàn)，配合比見表5。
6試驗(yàn)結(jié)果及分析(見表6)
7試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析
從表6試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，P1、P2、P3配方用不同產(chǎn)地的機(jī)制砂摻量為總砂量的30%，用普通型聚羧酸高效減水劑，P1機(jī)制砂石粉含量6.9%外加劑摻量2.2%料出機(jī)狀態(tài)差而且泌水，初始坍落度擴(kuò)展度小，2小時(shí)坍損大；P2因石粉含量大外加摻量摻到2.4%后外加劑用量接近飽和外加5公斤水?dāng)嚢韬罅鲃?dòng)性依然比較小，說(shuō)明機(jī)制砂的石粉含量對(duì)水和外加劑的吸附性比較大；P3因機(jī)制砂含粉量小料出機(jī)和易性差，漿體比較少石頭外露2小時(shí)坍損大，7天和28天強(qiáng)度也最低，普通外加劑對(duì)三種機(jī)制砂的適應(yīng)性都比較差而且保坍性能不好。
P4用機(jī)制砂A用外加劑B聚羧酸高性能減水劑，外加劑摻量1.8%混凝土料出機(jī)粘聚性流動(dòng)性好2小時(shí)坍損小，7天、28天強(qiáng)度比前三組普通外加劑高；P5摻50%機(jī)制砂A用外加劑B摻量1.8%混凝土出機(jī)比較粘稠外加劑摻量不夠，摻到2.0%后混凝土出機(jī)漿體飽滿，包裹性流動(dòng)性好。2小時(shí)保坍好幾乎無(wú)坍損但比摻30%機(jī)制砂配方保坍相對(duì)差一點(diǎn)，7天強(qiáng)度比摻30%機(jī)制砂略低28天強(qiáng)度優(yōu)于P4。
P6用機(jī)制砂B石粉含量8.5%機(jī)制砂摻量30%外加劑摻量1.8%料出機(jī)漿體飽滿流動(dòng)性包裹性好2小時(shí)保坍良好；P7機(jī)制砂摻量用到50%摻量2.1%料出機(jī)粘聚性、包裹性好漿體明顯比P6摻30%機(jī)制砂豐富，但摻量比摻30%的機(jī)制砂高0.3%保坍性能無(wú)差別，容重和7天強(qiáng)度比P6略低28天強(qiáng)度比P6配方高。
P8用機(jī)制砂C石粉含量4.5%在三種機(jī)制砂中石粉含量最低，P8用30%機(jī)制砂外加劑摻量1.8%料出機(jī)狀態(tài)良好，靜止幾分鐘后有微過(guò)摻現(xiàn)象說(shuō)明石粉含量小對(duì)外加劑的吸附量比較小而且在外加劑飽和狀態(tài)下2小時(shí)后無(wú)坍損，7天強(qiáng)度和28天強(qiáng)度在正常范圍內(nèi)。P9機(jī)制砂C摻量50%外加劑摻量2.0%料出機(jī)狀態(tài)漿體飽滿度和粘聚性比P8好2小時(shí)無(wú)坍損，7天、28天強(qiáng)度略高于P8。
8機(jī)制砂亞甲藍(lán)MB值對(duì)混凝土的影響
MB值高低代表機(jī)制砂中泥粉含量的多少，石粉含量高M(jìn)B值和泥粉含量也就越大，從表6試驗(yàn)數(shù)據(jù)看P4到P9隨著石粉含量增高，混凝土對(duì)水和外加劑的吸附也越大。隨著機(jī)制砂的摻量增大混凝土的漿體也變的更粘稠同等用水量和外加劑摻量下混凝土流動(dòng)性變差，原因是：混凝土用水量隨石粉MB值的增大而顯著增加泥粉的摻量逐漸增大，而泥粉能夠吸附漿體中的自由水并產(chǎn)生體積膨脹，使?jié){體中自由水的含量減少，同時(shí)體積膨脹使體系中固相體積分?jǐn)?shù)增加，從而導(dǎo)致流動(dòng)性下降。
從強(qiáng)度來(lái)看石粉含量（MB值不大于1.0的情況下）越高7天強(qiáng)度各種機(jī)制砂基本持平，28天強(qiáng)度反而石粉含量大的略高，這是因?yàn)楸旧淼蜆?biāo)號(hào)混凝土膠材相對(duì)比較少石粉剛好填充了機(jī)制砂的特細(xì)孔隙，降低了空隙率，石粉的漿體彌補(bǔ)了機(jī)制砂表面粗糙的缺點(diǎn)，氣孔和微小氣泡減小了有利于減少砂與碎石之間的摩擦，改善混凝土拌和物的和易性，石粉的存在使得混凝土結(jié)構(gòu)更加密實(shí)。
9總結(jié)
從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出P1、P2、P3普通低濃聚羧酸外加劑對(duì)三種機(jī)制砂適應(yīng)性差，摻量低的情況下混凝土狀態(tài)差摻量高容易泌水而且保坍性能不好強(qiáng)度比較低，而選用聚羧酸高性能減水劑后對(duì)三種不同機(jī)制砂適應(yīng)性好，混凝土出機(jī)工作性能好、保坍好、強(qiáng)度高。機(jī)制砂使用比例增大時(shí)，要適當(dāng)調(diào)整減水劑的摻量，以滿足混凝土出機(jī)時(shí)達(dá)到一定的坍落度和擴(kuò)展度，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)石粉含量與MB值成正比關(guān)系對(duì)外加劑的吸附和混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生一定影響，在實(shí)際生產(chǎn)中因嚴(yán)格控制MB值。但適量的機(jī)制砂石粉摻入對(duì)混凝土起積極作用，適量的石粉摻入后起填充效應(yīng)自由水形成的空隙減少，混凝土拌合物的密實(shí)度增大，又因石粉在水泥漿起晶核效應(yīng)，降低了水泥水化產(chǎn)物的成核位壘，加速CSH凝膠析出，有利于水泥水化使得混凝土強(qiáng)度也有所提高。