人工砂高性能混凝土配制技术研究

建筑技术

ＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

第３８卷第１期２００７年１月

Ｖｏｌ．３８Ｎｏ．１Ｊａｎ．２００７

http://www.zzzhu.net/exchange.php?b=0&s=0&o=0&k=制砂机

人工砂高性能混凝土配制技术研究

宋少民，耿

摘

雷

（北京建筑工程学院土木工程系，１０００４４北京）

要：采用现代混凝土配合比设计理念，通过试验，研究了人工砂高性能混凝土配合比的设计原则。通过

分析粉煤灰、石粉含量对人工砂高性能混凝土在工作性和力学性能上的影响，确定粉煤灰的最佳掺量和石粉含量的范围，结果表明人工砂完全可以替代天然砂配制高性能混凝土。

关键词：人工砂；高性能混凝土；配合比；石粉中图分类号：ＴＵ７５５

文献标识码：Ｂ

文章编号：１０００－４７２６（２００７）０１－００４６－０３

ＳＴＵＤＹＯＮＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦＨＩＧＨＰＥＲＦＯＲＭＡＮＣＥ

ＣＯＮＣＲＥＴＥＷＩＴＨＡＲＴＩＦＩＣＩＡＬＳＡＮＤ

ＳＯＮＧ

Ｓｈａｏｍｉｎ，ＧＥＮＧ

Ｌｅｉ

（ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆ＴｒａｆｆｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１０００４４，Ｂｅｉｊｎｇ，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｓｉｎｇｍｏｄｅｒｎｄｅｓｉｇｎｃｏｎｃｅｐｔｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｍｉｘｔｕｒｅｒａｔｉｏ，ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｗｅｒｅｍａｄｅｏｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅｍｉｘｔｕｒｅｒａｔｉｏｏｆｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｏｎｃｒｅｔｅｗｉｔｈａｒｔｉｆｉｃｉａｌｓａｎｄｔｈｒｏｕｇｈｔｅｓｔｓ．Ｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｆｌｙｉｎｇａｓｈａｎｄｓｔｏｎｅｐｏｗｄｅｒｏｎｔｈｅｗｏｒｋａｂｉｌｉｔｙａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｏｎｃｒｅｔｅｗｉｔｈａｒｔｉｆｉｃｉａｌｓａｎｄ，ｏｐｔｉｍｕｍｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｔｈｅａｓｈａｎｄｐｏｗｄｅｒｗｅｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ｉｔｓｈｏｗｓｔｈａｔａｒｔｉｆｉｃｉａｌｓａｎｄｃａｎｂｅｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙｕｓｅｄｔｏｐｒｏｄｕｃｅｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｏｎｃｒｅｔｅｉｎｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｎａｔｕｒａｌｓａｎｄ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｒｔｉｆｉｃｉａｌｓａｎｄ；ｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｍｉｘｔｕｒｅｒａｔｉｏ；ｓｔｏｎｅｐｏｗｄｅｒ

水泥为Ｐ．Ｏ４２．５级水泥，选用石景山电厂Ⅱ级粉煤灰，试验所用人工砂和天然砂的主要物理性能见表１、表２，碎石最大粒径为２０ｍｍ，泵送剂由北京瑞博商品混凝土搅拌站复配，减水率２１％。

表１

堆积密度

表观密度

配制人工砂高性能混凝土，得出在不同浆体用量（ｎ＝

１．２，１．３，１．４），不同水胶比（λ＝０．４５，０．４０，０．３５，０．３０）下

人工砂高密实配合比见表３。

表３

人工砂的高密实配合比

λ＝Ｗ／Ｂ０．４５０．４００．３５０．３００．４５０．４００．３５０．３００．４５０．４００．３５０．３００．４５０．４００．３５０．３０

Ｃ１８９２１４２４３２７６２１３２４０２７１３０６２３７２６６２９８３８１２１３２４０２７１３０６

ＦＡ１６６１６６１６６１６６１６２１６２１６２１６２１５８１５８１５８１５８１６２１６２１６２１６２

Ｓ９８１９８１９８１９８１９５７９５７９５７９５７９３３９３３９３３９３３９５７９５７９５７９５７

Ｇ９３８９３８９３８９３８９１５９１５９１５９１５８９３８９３８９３８９３９１５９１５９１５９１５

ｋｇ／ｍ３

Ｗ１６３１５５１４６１３５１７４１６６１５６１４４１８５１７６１６５１３９１７４１６６１５６１４４

人工砂的主要物理性能

细度模数

石粉含量

吸水率

评定

ｎ

１．２

编号

Ｒ２１Ｒ２２Ｒ２３Ｒ２４Ｒ３１Ｒ３２Ｒ３３Ｒ３４Ｒ４１

１．４

Ｒ４２Ｒ４３Ｒ４４Ｔ３１

１．３

Ｔ３２Ｔ３３Ｔ３４

／（ｋｇ／ｍ３）１５４０

／（ｋｇ／ｍ３）２７３０

２．９１１．１％２．０４％Ⅱ区中砂

表２

堆积密度

表观密度

天然砂主要物理性能

细度模数

含泥量

吸水率

评定

１．３

／（ｋｇ／ｍ３）１５３０

／（ｋｇ／ｍ３）２６５０

２．７１％１．５８％Ⅱ区中砂

１

１．１

试验结果与分析

高密实人工砂混凝土试验结果与分析

根据人工砂的主要物理性能，利用密实堆积理念

收稿日期：２００６－０７－２５

作者简介：宋少民（１９６５－），男，北京人，北京建筑工程学院土木与交通工程学院，副院长，副教授。

注：Ｒ代表人工砂，Ｔ代表天然砂，ｎ代表浆体富余量，λ代表水胶比，

Ｗ代表水，Ｂ代表胶凝材料（水泥＋粉煤灰），Ｃ代表水泥，ＦＡ代表粉煤灰，Ｓ代表砂子，Ｇ代表石子。

２００７年第１期宋少民，等：人工砂高性能混凝土配制技术研究・・４７

设计原则：

（１）要求拌合物坍落度达到１８０～２２０ｍｍ，不改变设计用水量，通过掺加高效减水剂来调整拌合物的坍落度；

（２）要求控制水泥用量，不超过４００ｋｇ／ｍ３，以减少混凝土的收缩和裂缝；

（３）要求掺加占胶凝材料总量３０％以上的粉煤灰，以改善混凝土的和易性和耐久性；

（４）要求用水量一般控制在１７０ｋｇ／ｍ３以下。

落度、坍落扩展度随着用水量的增加而增加，但单位用水量过大，易发生离析和泌水，尤其是在浆量较少时（ｎ＝１．２或以下时）。由此说明单位用水量对混凝土拌合物和易性的影响是显著的。

（３）混凝土抗压强度分析

在抗压强度方面与天然砂相同，对于同一水胶比的混凝土，龄期与抗压强度的关系为：强度随龄期的增加而增加，在一定范围内，水泥浆量越多，混凝土的强度越高。Ｗ／Ｃ控制混凝土的早期强度，而水胶比主要控制混凝土的后期强度，这也是高浆量混凝土具有较高强度的原因。ｎ等于１．２～１．３时的混凝土抗压强度可很好地满足施工的要求。ｎ值相同时，混凝土的强度随水胶比的增大而降低。

１．１．１高密实混凝土试验结果

按表３的各组配合比，分别观察和易性（坍落度、扩

展度）和各龄期强度，结果见表４。

表４

人工砂高密实混凝土和易性及抗压强度

抗压强度／ＭＰａ

和易性

１．１．３人工砂与天然砂混凝土和易性和强度的比较天然砂高密实混凝土和同配合比的人工砂高密实

坍落坍落扩泵送剂

编号度展度／（ｋｇ／ｍ３）

／ｍｍ／ｍｍ

７ｄ１４ｄ２８ｄ５６ｄ

混凝土相比，由于颗粒比较光滑，摩擦阻力小，因此，在用水量相同时，坍落度和坍落扩展度均大一些，能够获得较好的流动性。但总体来说，差别不是很大，能够满足泵送要求。图１为采用人工砂和天然砂不同水胶比混凝土坍落度的变化。

３００２５０

坍落度／ｍｍＲ２１２３０４９５Ｒ２２２１０４９０Ｒ２３１９０３９５Ｒ２４１３０２７５Ｒ３１２４０５０５Ｔ３１Ｔ３２Ｔ３３Ｔ３４

２４５５５０２４０５５０２１０４７０２０５４４５Ｒ３２２３０４５５Ｒ３３２００４４５Ｒ３４２００４３５Ｒ４１２３０５１５Ｒ４２２３５４９０Ｒ４３２２０４７５Ｒ４４２１５４７０

１０．６５１１．４０１２．２７１３．２６１１．２５１１．２５１２．９９１０．９４１１．８５１２．７２１３．６８１４．１７１１．２５１２．０６１２．９９１４．０４

轻微泌水，粘聚性良１９．０２３．９３３．５３７．６轻微泌水，粘聚性好１９．２２７．８３９．４４３．４不泌水，粘聚性优不泌水，粘聚性优不泌水，粘聚性好不泌水，粘聚性好不泌水，粘聚性优

２０．１３９．３４７．３４８．８２９．４４８．７５３．２６０．８２１．７２７．３３４．６３８．８２０．３２５．５３１．４３９．３２３．５３１．１３６．５４２．６３３．９３８．９４８．５５７．１３９．７５２．１５０．１５４．４３８．０４１．５４７．８５５．７２０．４２５．８３４．３４１．１２５．６３４．６４１．６４９．５３６．１４４．１５０．５５６．５４４．３４６．７５６．５６１．２

轻微泌水，粘聚性好２３．９２６．１２８．３４０．４不泌水，粘聚性优

轻微泌水，粘聚性好２５．１２８．２３３．８４１．７不泌水，粘聚性优不泌水，粘聚性优不泌水，粘聚性优不泌水，粘聚性优不泌水，粘聚性好不泌水，粘聚性好

２００１５０１００５００

０．３０

０．３５

水胶比

０．４００．４５

人工砂天然砂

１．１．２人工砂高密实混凝土试验结果分析（１）浆体用量对和易性的影响

由表５可以看出，在保持砂率不变的情况下，ｎ值等

图１人工砂和天然砂不同水胶比混凝土时坍落度的变化

人工砂由于表面粗糙，棱角多，在相同配合比，和易性相差不大的情况下，所配制的混凝土２８ｄ抗压强度明显高于天然砂混凝土。

扩展度表现最好，ｎ值于１．３的高密实混凝土的坍落度、

等于１．２时则减小，这是由于骨料含量相对较多，润滑浆量相对较少，整体内聚力较高的原故；ｎ值大于等于

１．２１．２．１

不同粉煤灰掺量人工砂混凝土试验结果与分析粉煤灰掺量试验结果

为研究不同粉煤灰掺量对人工砂高性能混凝土和

１．４时，虽和易性好，但因为水泥用量较多，既不经济，

又不利于耐久性；ｎ值小于１．２时，由于骨料含量多，表面积大，浆量不足，以致造成混凝土拌合物干涩，缺少流动性，几乎近似于干硬性混凝土（数据未列入表中）。

（２）水胶比对和易性的影响

保持砂率不变，随着水胶比的增大，在减水剂掺量相同的情况下，新拌混凝土的坍落度、扩展度逐渐增大，说明采用一定的骨料的情况下，流动性混合料的坍

易性和抗压强度的影响，对表５所示的配合比进行试验，结果见表６。

１．２．２不同粉煤灰掺量试验分析

表６可以看出，在保持水胶比为０．４０时，混由表５、

凝土拌合物都具有很大的坍落度和较大的扩展度，随着粉煤灰掺量的增加，坍落度和扩展度逐渐减少。这主要是因为即便是Ⅰ级粉煤灰，需水量比较低，但当掺加

・・４８建筑技术第３８卷

表５

不同粉煤灰掺量的人工砂高性能

混凝土的配合比

Ｓ８８７８８７８８７８８７

Ｇ１００８１００８１００８１００８

Ｗ１７７１７７１７７１７７

砂率／％

ｋｇ／ｍ３

表８石粉含量对人工砂高性能混凝土的影响

编号Ｃ３１６２８４２６２２１８

ＦＡ１２１１５３１７５２１９

ＦＡ取代Ｃ／％

２８３５４０５０

编号

ｆ４０ｆ４１ｆ４２ｆ４３

４７４７４７４７

坍落度扩展度泵送剂

和易性轻微泌水轻微泌水不泌水不泌水较粘

密度

抗压强度／ＭＰａ

／ｍｍ

ＳＦ１０ＳＦ１１ＳＦ１２ＳＦ１３ＳＦ１４

２３０２０５２２０２２５１７５

／ｍｍ５０×４２４７×４４４３×４３４１×４１３４×３６

／（ｋｇ／ｍ３）７．８６７．８６７．８６７．８６７．８６

／（ｋｇ／ｍ３）３ｄ２３０８２３０８２３３２２３０４２３２８

１３．２１３．６２１．４１７．４１８．１

２８ｄ２９．４２９．６４０．５３８．８３７．６

表６不同粉煤灰掺量的人工砂高性能混凝土

试验结果

编号

坍落度坍落扩展度／ｍｍ

泵送剂

和易性不泌水不泌水不泌水不泌水

抗压强度／ＭＰａ

现出较粘的特性，坍落度和扩展度明显减少。这说明石粉的掺量对和易性有一个最佳的范围。这是因为石粉是一种惰性掺合料，细度小，可补充混凝土中缺少的细颗粒，增大粉体总量，在混凝土单位体积用水量不变的情况下，增加混凝土的浆量和浆体粘稠性，从而减少了泌水和离析。

（２）人工砂中的石粉对混凝土力学性能的影响同样由表７、表８可知，对于掺加的石粉含量不同时，混凝土的３ｄ和７ｄ强度遵循着同样的发展规律，即先增大后减小，存在着一个最佳的范围，这是因为石粉是惰性材料，它没有活性，不参与水泥的水化，石粉中的微细颗粒进入水泥水化产物的晶体中起了一点微集料填充作用，能够增加混凝土的密实度，因而对强度的增加是有利的，当砂中的石粉含量达到１２％时，混凝土强度开始小幅度下降。

试验结果表明，综合对和易性和强度的影响，人工砂中的石粉含量控制在９％～１２％左右较合适。

／ｍｍ

ｆ４０ｆ４１ｆ４２ｆ４３

２６０２４５２４０２４０

／（ｋｇ／ｍ３）５．３７５．３７５．３７５．３７

３ｄ２６．１２２．０１７．８１８．１

７ｄ３５．３２６．６３１．４２５．７

２８ｄ５２．６４６．２４５．３４０．１

５５×５５５０×５５４２×４７４５×４８

比例过大时，由于细度比水泥细，比表面积大，使浆体有些粘稠的原因。同样由表５、表６可知，在粉煤灰的掺量逐渐增加时，混凝土的３ｄ、７ｄ、２８ｄ强度随粉煤灰掺量的增加而减少；但３ｄ强度均可满足工程要求；粉煤如前所述，在灰掺量在３５％～４０％时２８ｄ强度相差不大。低水胶比的粉煤灰混凝土中早期强度更多的由水灰比决定，而２８天以后的强度更多的开始由水胶比决定。总体来看，当粉煤灰掺量在胶凝材料３５％时和易性和抗压强度较好。

１．３不同石粉含量人工砂混凝土试验结果与分析通过改变人工砂中石粉含量研究对人工砂高性能

混凝土和易性和抗压强度的影响。人工砂中的石粉通常是指小于０．０７５ｍｍ的颗粒，石粉主要是磨细的岩石粉末，与人工砂成分相同，在混凝土中主要起微集料作用。

２结论

在本试验范围内得出如下结论：

（１）人工砂高性能混凝土的配合比设计中胶凝材

１．３．１１．３．２

不同石粉含量试验结果（表７、表８）不同石粉含量试验分析

（１）人工砂中的石粉对混凝土拌合物的影响由表７、表８可以看出，在不掺石粉或石粉含量很低

料总量不宜过多，以对和易性和强度有利。

（２）人工砂高性能混凝土的配合比设计中水胶比宜较低（最好在０．４以下）。

（３）粉煤灰掺量在胶凝材料中占３５％时，人工砂高性能混凝土和易性和强度较好。

（４）石粉是人工砂中的有益组分，其含量在９％～

时，混凝土出现泌水，随着石粉掺量的不断增大，和易性得到很大的改善，当增到１５％时，混凝土拌合物已表

表７

编号

水泥用量

１２％时可以明显改善人工砂高性能混凝土的和易性，

人工砂中石粉含量不同时的配合比

胶材粉煤灰用水量砂

石

石粉含量／％

砂率

ｋｇ／ｍ

／％４２４２４２４２４２

３

提高强度。

参考文献

［１］中国时代国际资讯网．新型建设用砂：人工砂．２００４，２，５．［２］黄兆龙．混凝土性质与行为［Ｍ］．：詹氏书局，１９９６．［３］

Ｐ．ＫｕｍａｒＭｅｈｔａ．Ｈｉｇｈ－ｐｏｒｆｏｒｍａｎｃｅ，Ｈｉｇｈ－ｖｏｌｕｍｅＦｌｙＡｓｈＣｏｎｃｒｅｔｅｆｏｒＳｕｓｔａｉｎａｂｌｅＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．ＳｕｓｔａｉｎａｂｌｅＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ＆ＣｏｎｃｒｅｔｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００４（５）：３－１３［４］

陈家珑，宋少民．尾矿配制商品混凝土的应用研究［Ｊ］．建筑技术，

Ｗ／Ｂ０．４５０．４５０．４５０．４５０．４５

ＳＦ１０２７３ＳＦ１１２７３ＳＦ１２２７３ＳＦ１３２７３ＳＦ１４２７３

３９３３９３３９３３９３３９３

１２０１２０１２０１２０１２０

１７５１７５１７５１７５１７５

８１５１１２５８１５１１２５８１５１１２５８１５１１２５８１５１１２５

０５９１２１５

２００４，３５（１）：４２－４４．