长江特细面砂在混凝土中应用研究

孙涛，付启新

（淮安固和新型建材有限公司，江苏 淮安 223300）

0 引言

随着现代化进程的不断发展，建筑原材料的使用量日益递增，长江流域的禁采力度再次加强，导致建筑原料砂的供需矛盾又一次升级。目前市场普遍使用机制砂搭配特细砂（细度模数 0.6～1.0）的混合砂进行生产，该混合砂使用技术相对较成熟。但不断加强的砂禁采令直接导致特细砂的产量急剧下滑，价格直接上涨数倍，诸多因素对预拌混凝土企业造成极大的挑战。如何寻找一种产品解决目前特细砂缺少的囧境，是混凝土企业最急需解决的事情。

在长江河床下面，有一层细度非常细的面砂暂称为“特细面砂”。该资源较为丰富，价格较低。因此对该长江特细面砂进行试验研究，验证其是否可用于混凝土的生产，既可以缓解目前砂资源的紧缺局势，又可以为使用长江特细面砂提供参考。

本研究采用长江特细面砂和机制砂相混合的方法，拌制 C30～C40 泵送混凝土。在同一强度和相同配合比下，使长江特细面砂和机制砂混合使用，验证是否能配制出工作性能和力学性能较好的混凝土，同时找出两种材料最佳搭配比例。

1 原材料试验

1.1 试验用原料

（1）水泥：采用淮安海螺 P·O42.5 级水泥，主要性能指标如表 1 所示。

表1 水泥主要性能指标

（2）矿粉：采用淮安行健 S95 级矿粉，主要性能指标如表 2 所示。

表2 矿粉主要性能指标

（3）粉煤灰：使用淮安当地华能电厂Ⅱ级粉煤灰，主要性能如表 3 所示。

表3 用粉煤灰主要性能指标

（4）机制砂：采用本地某公司生产的机制砂，主要性能如表 4 所示。

表4 机制砂主要性能指标

（5）碎石：采用山东 5～25mm 连续级配碎石，主要性能指标如表 5 所示。

表5 试验用碎石主要性能指标

（6）长江特细面砂：采用长江流域开采特细面砂，细度模数 0.1，亚甲蓝 MB 值 2.0。

（7）外加剂：采用南京建昌生产的 JC-1 型高效泵送型聚羧酸减水剂。减水率 22%，28 天抗压强度比108%。

（8）水：市政自来水。

1.2 机制砂与特细面砂颗粒级配对比分析

根据 JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》，对机制砂和特细面砂进行筛分析试验，并根据颗粒级配情况进行分析。表 6 为机制砂和特细面粉筛颗粒级配的对比。

表6 特细面粉砂和机制砂颗粒级配对比

从表 6 可以看出，试验所用的机制砂颗粒在 0.6～2.36mm 较多，而 0.3mm 以下的颗粒较少，属于中粗砂范畴；而特细面砂颗粒基本集中在 0.15mm 以下，这两种砂单独使用生产混凝土均不能达到较好的效果，但是从颗粒级配分布来看，如果将其进行合理地搭配遂能弥补对方的缺点。

1.3 特细面砂和机制砂按固定比例搭配颗粒级配分析

根据机制砂和特细面砂颗粒级配的特点，将特细面砂按照 10%、20%、30%、40%、50%、60% 的替代比例掺入机制砂中，对混合砂进行筛分析，分析颗粒级配情况如表 7 和图 1 所示。

表7 不同搭配比例混合砂累计筛余百分数 %

当特细面砂按照 10%、20%、30%、40%、50%、60% 这六种比例掺入机制砂中，其细度模数分别为2.8、2.5、2.3、1.8、1.6、1.2。从图 1 可以看出，当特细面砂掺量为 20% 时，混合砂的颗粒级配较符合 GB/T 14684—2011《建设用砂》规定的Ⅱ区砂，其余搭配情况下的混合砂均存在细颗粒偏多情况。20% 掺量下的细度模数较符合预拌混凝土中对于砂颗粒的要求。仅从砂的性能来看，混凝土砂的性能符合行业标准的要求，可以用于预拌混凝土的生产。

图1 特细面粉砂不同掺比下的级配

2 混凝土性能试验

2.1 混凝土配合比设计

结合日常预拌混凝土生产中主要以中低强度等级生产为主，为此试验预拌混凝土的强度等级选择具有代表性的强度等级 C30、C35 和 C40 进行验证试验。观察预拌混凝土的状态、混凝土的强度及在生产中的应用情况。

因掺量 40% 时混合砂的细度模数低于 2.0，不适合配制中高强混凝土，试验选定特细面砂分别代替 10%、20%、30% 的机制砂进行试配。具体配合比见表 8。

表8 试验预拌混凝土配合比 kg/m3

依据 GB/T 14902—2012《预拌混凝土》的相关规定检测以上试配试样的部分工作性能及力学性能指标。

2.2 混合砂配制预拌混凝土性能试验对比

C30、C35 和 C40 试配试验预拌混凝土工作性能及力学性能分别如表 9 所示。

表9 试验预拌混凝土性能

从表 9 可以看出，当特细面砂的掺量为 10% 时，混凝土初始和易性不好，有不同程度的泌水状况，这与混凝土中骨料细颗粒部分缺少有关。因为混凝土中细颗粒含量较小，骨料的包裹性较差，混凝土粘聚性较差易出现离析、泌水情况。随着特细面砂掺量的增加，当掺量大于 20% 时，混凝土中细粉较多，混凝土变粘而严重影响混凝土的流动性，混凝土的损失变大，同时预拌混凝土的力学性能也下降。所以依试验来看，特细砂的最优掺量应在 20% 左右。依据机制砂和特细面砂的具体颗粒级配进行适当调整可以满足生产、质量的需求。

3 特细面粉砂的经济性分析及应用前景

从技术角度而言，特细面砂用于预拌混凝土具有可行性。目前市场对于砂的需求量很大，天然砂的价格昂贵，而混凝土市场竞争激烈。特细面砂的成本相对较低，与机制砂混合使用能满足生产同时能大大降低原材料成本。因此使用机制砂和特细砂搭配，能大大降低混凝土的生产成本，因此经济上具有很明显的优势。特细面砂与机制砂的单价相差约 80 元/吨左右，以 20% 替代比例计算，一方混凝土能节省约 10 元，具有较高的应用价值。

4 结论

（1）特细面砂在 20% 替代率与机制砂混合后，其混合砂的性能满足 GB/T 14684—2011《建筑用砂》的规定，可以应用于混凝土中。

（2）特细面砂与机制砂搭配使用时，特细面砂的掺量在 20% 时，混凝土的和易性和强度最佳。

（3）在经济上，特细面砂其单价远低于天然砂和机制砂，因此能大大降低生产成本，同时能解决砂资源紧张的窘境，因此其在经济上具有可行性。