聚羧酸高性能減水劑在不同機制砂混凝土中的應用
1前言
隨著環保監控《回頭看》大檢查的深入落實，廣東省水利廳制定了2018年度廣東省河砂指定開采區域和開采量，指定開采數量（規劃9個可開采區，其余地區均為違規開采，根據河源、梅州、清遠、云浮市上報的文件，廣東省主要河道2018年度河砂開采計劃涵蓋東江、西江、北江、韓江干流總控制采砂量為393.3萬立方米），短時間內行業會出現重新整合資源的現象，珠三角砂子脫銷情況越演越烈建材市場出現庫存不穩定、價格不穩定，已經是近來建筑業內共同必須接受的一個現實。據泛珠三角地區多家攪拌站的調查發現目前珠三角地區多處砂場無砂可賣，部分有貨的砂場，全部暫停期結客戶，目前幾天只做現結客戶。砂零售價破天荒報出250～270元/m3，哪怕是水洗砂都要235～250元/m3左右，一砂難求搶砂大戰已經是不爭的事實，尋找砂的替代材料迫在眉睫，但目前只有機制砂最接近天然砂才能作為替代品，機制砂因不同產地和不同的加工工藝等特性從而會影響混凝土性能，而聚酸酸高性能減水劑對不同種類的機制砂有廣泛的適應性。
2機制砂的概念
機制砂是將巖石或卵石除土開采通過機械破碎、篩分成粒徑小于5mm的巖石或卵石顆粒。機制砂與天然砂的主要區別在于：機制砂由材質穩定的巖石或卵石破碎而成，細度模數可調，質量穩定。而天然砂是巖石經過風化及河水的常年沖刷堆積形成的，顆粒堅硬，但天然砂中往往摻雜著粘土及其他雜質。
目前，國內機制砂生產主要有3種形式：一種是開礦產石的同時專門生產機制砂，質量較好，數量少；一種是在河道里用卵石生產機制砂或配以少量天然砂生產混合砂，質量有好有差，差別較大數量也少。再一種是利用各種尾礦生產機制砂，其中主要是各地生產石灰石碎石后的石屑或石粉，經過簡單再加工和篩分，或直接利用，質量有好有差，差別很大。
機制砂制備的關鍵技術在于塊石的破碎粉磨和洗砂除粉，生產工藝流程為：塊石→粗碎→中碎→細碎→篩分→除粉，機制砂在實際生產中廠家根據自己的生產形式對多級破碎進行調整，質量有好有差，差別較大，機制砂的破碎環節決定了機制砂的細度模數、級配以及顆粒形狀等。此外，根據機制砂除粉的方式可以分為濕法生產和干法生產，前者是通過洗砂機水洗的辦法除掉機制砂中的泥和石粉;而干法生產工藝就是通過除塵器收塵或砂石粉分離機的辦法除掉機制砂中的泥和石粉，該環節對機制砂的石粉含量、含泥量以及泥塊含量，甚至級配等影響較大。因此，機制砂參數明顯受到生產工藝的影響而且波動比較大。
3機制砂國內外標準及使用情況
在美、英、日、法等發達國家使用機制砂作為混凝土細骨料已有30多年歷史，在各種建筑工程中應用比較普遍，關于機制砂的材料與試驗、使用標準已相當完善。1973年國家建委制定了《機制砂混凝土技術規程》，2002年國家頒布的《建筑用砂》(GB/T14684-2001)首次明確地規范了機制砂在混凝土中的運用，對機制砂在混凝土中的推廣運用起到了促進作用。但是由于試驗標準與技術規范的不完善及試驗材料的滯后，我國建筑業對天然河砂還存在較強的依賴性，在許多重要結構中對機制砂的使用還存在限制條件，各國對機制砂級配、石粉含量最高限制值也不同，如表1、表2所示。
目前，國內大部分商混站對機制砂品質的主要評價指標包括:細度模數、石粉含量、亞甲藍值及壓碎指標。不同國家對機制砂級配、細度模數及石粉含量的相關標準規定存在較大差異，其中區別最大的指標主要是機制砂的含粉量，這主要是由于不同國家規定機制砂中石粉含量時考慮角度不同。
4聚羧酸高性能減水劑在機制砂混凝土中的應用優勢
相比普通減水劑在相同流動性的情況下摻量低，對水泥凝結時間影響較小可很好的解決減水、引氣、緩凝、泌水等問題，保坍性好，120分鐘內基本不損失或損失小。聚羧酸高性能減水劑可以通過調節分子結構，制備具有特殊性能和用途的減水劑如：低溫高早期強度型、零坍落度損失型、抗收縮型等，分子結構自由度大，外加劑合成技術上可控制的參數多，高性能化的潛力大。
5試驗材料
粉煤灰：恒電II級粉煤灰，細度20%；礦物摻和料：山東日照S95級磨細礦渣粉，28天活性指數大于95；中砂：東江河沙，細度模數2.6，含泥量1.1%；機制砂：機制砂A產地為肇慶，機制砂B產地為云浮，機制砂C產地為清遠，各機制砂累計篩余及主要參數見表3；石子：廣西5～25mm連續級配碎石，壓碎指標10%，含泥量1.0%。水：自來水。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，詳細技術指標見表4。
根據混凝土公司的月使用標號統計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配方，并摻用不同比例的機制砂進行試驗，配合比見表5。
6試驗結果及分析(見表6)
7試驗數據分析
從表6試驗數據可以看出，P1、P2、P3配方用不同產地的機制砂摻量為總砂量的30%，用普通型聚羧酸高效減水劑，P1機制砂石粉含量6.9%外加劑摻量2.2%料出機狀態差而且泌水，初始坍落度擴展度小，2小時坍損大；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公斤水攪拌后流動性依然比較小，說明機制砂的石粉含量對水和外加劑的吸附性比較大；P3因機制砂含粉量小料出機和易性差，漿體比較少石頭外露2小時坍損大，7天和28天強度也最低，普通外加劑對三種機制砂的適應性都比較差而且保坍性能不好。
P4用機制砂A用外加劑B聚羧酸高性能減水劑，外加劑摻量1.8%混凝土料出機粘聚性流動性好2小時坍損小，7天、28天強度比前三組普通外加劑高；P5摻50%機制砂A用外加劑B摻量1.8%混凝土出機比較粘稠外加劑摻量不夠，摻到2.0%后混凝土出機漿體飽滿，包裹性流動性好。2小時保坍好幾乎無坍損但比摻30%機制砂配方保坍相對差一點，7天強度比摻30%機制砂略低28天強度優于P4。
P6用機制砂B石粉含量8.5%機制砂摻量30%外加劑摻量1.8%料出機漿體飽滿流動性包裹性好2小時保坍良好；P7機制砂摻量用到50%摻量2.1%料出機粘聚性、包裹性好漿體明顯比P6摻30%機制砂豐富，但摻量比摻30%的機制砂高0.3%保坍性能無差別，容重和7天強度比P6略低28天強度比P6配方高。
P8用機制砂C石粉含量4.5%在三種機制砂中石粉含量最低，P8用30%機制砂外加劑摻量1.8%料出機狀態良好，靜止幾分鐘后有微過摻現象說明石粉含量小對外加劑的吸附量比較小而且在外加劑飽和狀態下2小時后無坍損，7天強度和28天強度在正常范圍內。P9機制砂C摻量50%外加劑摻量2.0%料出機狀態漿體飽滿度和粘聚性比P8好2小時無坍損，7天、28天強度略高于P8。
8機制砂亞甲藍MB值對混凝土的影響
MB值高低代表機制砂中泥粉含量的多少，石粉含量高MB值和泥粉含量也就越大，從表6試驗數據看P4到P9隨著石粉含量增高，混凝土對水和外加劑的吸附也越大。隨著機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生體積膨脹，使漿體中自由水的含量減少，同時體積膨脹使體系中固相體積分數增加，從而導致流動性下降。
從強度來看石粉含量（MB值不大于1.0的情況下）越高7天強度各種機制砂基本持平，28天強度反而石粉含量大的略高，這是因為本身低標號混凝土膠材相對比較少石粉剛好填充了機制砂的特細孔隙，降低了空隙率，石粉的漿體彌補了機制砂表面粗糙的缺點，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構更加密實。
9總結