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目前关于机制砂的级配有很多研究。同济大学蒋正武［1］通过机制砂砂浆试验，对机制砂的一些品质参数进行了相应的研究，研究结果表明机制砂的级配和细度模数对于砂浆的流动性存在着一定影响，对强度的影响较小；耿晔焓、兰凤等［2,3］将三种不同粗细的砂进行混合配制，以此改变机制砂的级配，研究机制砂级配对于砂浆工作性能和力学性能的影响，研究结果表明对于砂浆的工作性能来说，不同级配的机制砂堆积密度最大者，拌制的砂浆工作性能最佳；而砂浆的强度则与砂粒的粗细程度相关性较大，砂粒越粗，砂浆强度越高。 除了通过砂浆研究机制砂级配对于机制砂应用性能的影响外，也有一些学者研究了机制砂级配对于混凝土拌合物性能的影响。芮捷等［4］配置了7组较粗的不同级配的机制砂，通过单因素分析法，得出了当机制砂的级配曲线界于2区中值和下限之间，并且0.3mm筛档通过率为20％时，混凝土工作性能最佳的结果；艾长发等［5］把机制砂以1.18mm为界限分为两个区域研究，结果表明宜将机制砂在1.18mm筛累计筛余百分率控制在级配中值附近，且4.75mm、2.36mm、1.18mm三档累计筛余百分率按2:3:1进行控制，这样的机制砂能获得较好的工作性能。 本文研究了机制砂的级配改变对机制砂胶砂流动度的影响，探索机制砂级配相关参数中对机制砂胶砂性能有显著影响的品质参数，以期实现对机制砂级配的质量鉴别。 1 原材料 使用的原材料有水泥、天然砂、机制砂以及石子，化学试剂主要使用聚羧酸系减水剂。其中机制砂为福建省南方路基有限公司提供，其生产的机制砂颗粒形貌较为良好。 2 级配对机制砂胶砂性能的影响 根据研究中设定的机制砂级配，人工配制相应的机制砂，胶砂比为1:3，即每组试验水泥用量为450g，机制砂用量为1350g，固定水灰比为0.57，具体的机制砂胶砂流动度的变化趋势见图1。
由图1可以看出，随着机制砂的级配由Ⅲ区向Ⅰ区过渡，机制砂胶砂流动度的值不断上升。随着机制砂级配达到Ⅲ区界限中值后，级配继续趋向于Ⅲ区上限，对于机制砂的胶砂流动度的影响不是很显著。在各个级配区域内，Ⅰ区和Ⅱ区机制砂级配的改变对于胶砂流动性的影响显著，各级配区域内胶砂流动度的最大差值分别为30mm和25mm，这是因为这两个区域内机制砂的细度相对较小，细颗粒含量较少，随着粗颗粒含量的增多，机制砂的堆积状态的改善较为明显。Ⅲ区机制砂由于其本身粗颗粒含量较高，其级配改变对于其自然堆积状态改善不显著，因而胶砂流动度变化幅度很小。随机级配配制的机制砂，由于其级配波动较大，因而胶砂流动度的变化规律不显著。 为了探索机制砂级配的变化对机制砂胶砂性能的影响规律，对于机制砂的细度模数、堆积密度等变化与机制砂胶砂流动度的变化之间的相关性作相应的研究。 随着级配不断的变化，砂的细度模数并没有随着级配的变化规律性增大，如Ⅰ区下限的砂的细度模数大于Ⅱ区上限砂的细度模数，并且胶砂流动度结果表明，砂浆流动度的变化趋势与细度模数变化并不一致，因而，细度模数作为单一指标，并不能全面的反应机制砂级配对于其使用性能的影响，具体结果见图2。 不同级配的机制砂的堆积密度测定结果表明，随着机制砂级配分区由Ⅲ区逐步跨向Ⅰ区，机制砂的自然堆积密度逐渐变大，尽管有所波动，但是整体趋势是一致的。与自然堆积密度不同，随着级配的变化，机制砂的紧密堆积密度先增大后变小，存在极值点。综合来看，两者与机制砂砂浆的流动度也存在一定的关系，自然堆积密度值与机制砂胶砂流动度的相关性更高，详见图3和图4。 由以上几图的结果可以看出，对于机制砂胶砂流动度来说，机制砂的细度模数的改变以及自然堆积密度的改变，与其流动度改变的相关性都比较高。机制砂中级配的改变，导致机制砂的粗细程度以及堆积状态发生变化，粗细程度的改变会使得机制砂的比表面积发生变化，改变机制砂的需水程度；堆积状态的改变则会导致机制砂中孔隙率的改变，从而影响机制砂的胶砂流动度。 3 机制砂级配特征粒径挖掘及其作用规律 在之前研究中，仍然没有提出机制砂级配对于其胶砂性能影响非常显著的影响规律。文献［6］对于级配的研究中，认为级配在影响机制砂应用性能方面，可能存在某一特征的粒径能够最为显著的描述机制砂级配对其使用性能的影响规律，在此，定义此粒径为特征粒径，本节研究中重点进行机制砂级配特征粒径的挖掘，并对其作用规律进行相应的研究。 具体的机制砂混凝土配比变化以及由此带来的级配变化见表1和2。由表1可以看出，不同粒径颗粒含量的变化，都会影响机制砂混凝土的工作性能，其中，0.6mm颗粒含量的增加，会显著的增加相同条件下机制砂混凝土的工作性能。由表2可看出，不同粒径颗粒掺量的变化，对于机制砂的级配的影响并不是很大，具体的级配趋势见图5。为了在图5中更加清晰的看出级配相应的变化趋势，只取了颗粒掺量变化的前8组数据作图。从图5中的趋势可以看出，2.36mm颗粒含量虽然从5%增加至10%，但是对于整体的机制砂的级配的影响并不大，只是对2.36mm这一粒径的累计筛余影响较大。 由图5可看出，虽然机制砂级配的变化幅度很小，但是机制砂混凝土拌合物的工作性能变化却很大。2.36mm颗粒的添加，使得机制砂混凝土的坍落度增加了20%；随着粗颗粒含量的进一步增加，机制砂混凝土的坍落度也继续增加，只是增加幅度有所减缓；0.315mm等较细的筛余颗粒的增加也会使得机制砂混凝土拌合物工作性能有所上升，坍落度有所增加，但随着细颗粒含量的进一步增加，混凝土的坍落度不变或是有所下降。由机制砂混凝土拌合物坍落度的变化结果，可以看出机制砂级配中，对于机制砂性能变化有关键影响的粒径为1.18mm以及0.06mm两个粒径，结合机制砂胶砂试验的结果，对于这两个粒径进行关联分析，具体结果如下。 综合考量机制砂混凝土和胶砂试验的结果来看，机制砂级配中的特征粒径为0.6mm筛档的颗粒，0.6mm粒径的累计筛余量与机制砂胶砂流动度变化的相关性较高。当机制砂的级配从Ⅲ区规律过渡变化至Ⅰ区时，机制砂胶砂流动度的变化值基本随着0.6mm累计筛余的增高而增高；对于随机级配配制的机制砂，其机制砂的堆积状态较为合理时，其胶砂流动度的值也与0.6mm累计筛余相关性较高。 此外，机制砂中0.6mm的累计筛余量对于机制砂的细度模数和机制砂的自然堆积密度影响也很大，随着0.6mm颗粒累计筛余的增加，机制砂的细度模数和自然堆积密度基本呈线性增长。 研究表明，对于机制砂的级配来说，0.6mm是机制砂级配中的特征粒径，其累计筛余量的多少与机制砂的级配变化相关性最高。 0.6mm累计筛余量的增加，与机制砂的细度模数呈正相关性，即随着0.6mm累计筛余量的增加，机制砂的细度模数逐渐上升，同样上升的还有机制砂的自然堆积密度。前文的研究表明，细度模数和自然堆积密度两个参数数值的上升，对于机制砂胶砂的工作性能有增强作用。 0.6mm累计筛余量改变对于机制砂胶砂性能的改变，根本原因在于其颗粒累计含量的改变，能改变机制砂的堆积状态。0.6mm以上粒径颗粒在机制砂级配中都属于较粗的颗粒，合理的搭配能够使细集料的堆积状态中留下足够的空隙；随着机制砂的细度逐渐下降，集料的比表面积逐渐下降，包裹集料所需要的水泥浆体的体积也随之下降，从而富余的水泥浆体能够给予机制砂更好的工作性能。但是，0.6mm颗粒累计筛余量过高时，机制砂中的粗颗粒含量过高，从而导致集料搭建的整体密实度过低，并且包裹集料的水泥浆体富余过剩，会导致拌合物出现泌水等不良反应。根据研究结果，机制砂0.6mm累计筛余量的推荐区间为40%～77%。 4 结 论 （1）机制砂级配的改变对于机制砂胶砂流动度影响显著，相同用水量情况下，机制砂级配从Ⅰ区过渡到Ⅲ区，胶砂流动度的差值最大为100mm； （2）机制砂中0.6mm累计筛余量的大小对机制砂胶砂流动度影响显著。当0.6mm累计筛余量为40%～77%时，机制砂的胶砂流动度随着0.6mm累计筛余余量的增加而增高。0.6mm累计筛余量与机制砂的细度模数、自然堆积密度相关度较高，线性相关度R2分别为0.92以及0.85。 参 考 文 献 ［1］ 蒋正武, 潘峰, 吴建林, 等. 机制砂参数对混凝土性能的影响研究［J］. 混凝土世界, 2011（08）:66-70. ［2］ 耿晔晗, 郄志红. 砂的颗粒组成对砂浆强度影响的试验研究［J］.混凝土,2011（08）:118-120. ［3］ 兰凤, 郄志红, 邢志红, 等. 砂的颗粒组成对砂浆性能影响的试验研究［J］. 混凝土, 2012（12）:87-89. ［4］ 芮捷, 刘唐志, 王兵, 等. 机制砂级配对高强混凝土性能的影响研究［J］. 中外公路, 2014（01）:298-300. ［5］ 艾长发, 彭浩, 胡超, 等. 机制砂级配对混凝土性能的影响规律与作用效应［J］. 混凝土,2013（01）:73-76. ［6］ 岳海军, 李北星, 周明凯, 等. 水泥混凝土用机制砂的级配探讨与试验［J］. 混凝土, 2012（03）:91-94. |
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