隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展以及對混凝土性能要求的不斷提高,高性能混凝土(HPC)因其優(yōu)異的強(qiáng)度、耐久性和工作性,已成為大型工程結(jié)構(gòu)材料的首選。C50高性能混凝土作為中高強(qiáng)度等級的代表,其配制技術(shù)尤為關(guān)鍵。其中,機(jī)制砂作為天然河砂的重要替代品,其類型與搭配對混凝土性能影響顯著。本文旨在探討石灰石機(jī)制砂與鵝卵石機(jī)制砂雙摻制備C50高性能混凝土的性能,并簡要分析高性能混凝土減水劑的生產(chǎn)工藝。
一、 引言:機(jī)制砂與高性能混凝土的關(guān)聯(lián)
天然砂資源日益緊缺且分布不均,機(jī)制砂成為混凝土行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。石灰石機(jī)制砂與鵝卵石機(jī)制砂是兩種常見類型,其物理特性(如顆粒形貌、級配、石粉含量)和化學(xué)性質(zhì)存在差異。石灰石機(jī)制砂顆粒多棱角,與水泥漿體粘結(jié)力強(qiáng),但可能影響流動性;鵝卵石機(jī)制砂顆粒相對圓滑,有利于改善和易性,但粘結(jié)性稍弱。采用兩者雙摻的思路,旨在通過優(yōu)勢互補(bǔ),優(yōu)化混凝土的微觀結(jié)構(gòu),從而提升綜合性能。高性能減水劑是配制HPC不可或缺的核心外加劑,其生產(chǎn)質(zhì)量直接關(guān)系到混凝土性能的實現(xiàn)。
二、 原材料與試驗方法
- 原材料:采用P·O 52.5級水泥;Ⅰ級粉煤灰;S95級礦粉;石灰石機(jī)制砂(細(xì)度模數(shù)2.8-3.0,石粉含量5%-7%)與鵝卵石機(jī)制砂(細(xì)度模數(shù)2.6-2.8,石粉含量3%-5%)按不同比例(如3:7、5:5、7:3)雙摻;5-25mm連續(xù)級配碎石;聚羧酸系高性能減水劑(固含量40%,減水率≥30%)。
- 試驗方法:設(shè)計C50 HPC基準(zhǔn)配合比。通過調(diào)整兩種機(jī)制砂的比例及減水劑摻量,系統(tǒng)測試混凝土拌合物的坍落度、擴(kuò)展度、坍落度經(jīng)時損失等工作性指標(biāo);標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后,測定其7d、28d、56d的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度;并通過電通量法、抗氯離子滲透試驗等評估其耐久性。對所用聚羧酸減水劑進(jìn)行勻質(zhì)性及與水泥適應(yīng)性檢驗。
三、 雙摻機(jī)制砂對混凝土性能的影響研究
- 工作性能:試驗表明,隨著鵝卵石機(jī)制砂比例的提高,混凝土拌合物的流動性通常有所改善,因其顆粒形貌更佳,減少了內(nèi)部摩擦。但當(dāng)比例超過一定范圍(如>70%),可能因級配變化或石粉含量降低導(dǎo)致漿體包裹性下降。石灰石機(jī)制砂比例較高時,需適當(dāng)增加減水劑用量或調(diào)整砂率以保障工作性。兩者以適當(dāng)比例(如5:5)雙摻時,可獲得流動性、粘聚性和保水性較為均衡的拌合物。
- 力學(xué)性能:雙摻砂混凝土的早期強(qiáng)度(7d)發(fā)展受石粉活性及界面結(jié)合影響。石灰石機(jī)制砂中的石粉具有一定微集料填充效應(yīng)和微弱活性,有助于早期強(qiáng)度;鵝卵石機(jī)制砂界面結(jié)合相對薄弱。但通過優(yōu)化比例和充分水化,28d抗壓強(qiáng)度均能穩(wěn)定達(dá)到C60以上(富余系數(shù)保障),滿足C50要求。長期強(qiáng)度(56d)增長穩(wěn)定,雙摻體系顯示出良好的強(qiáng)度發(fā)展持續(xù)性。
- 耐久性能:雙摻機(jī)制砂通過優(yōu)化孔隙結(jié)構(gòu),降低了混凝土的總孔隙率和有害孔比例。石灰石機(jī)制砂的填充效應(yīng)與鵝卵石機(jī)制砂改善的密實度相結(jié)合,有效提升了混凝土的抗?jié)B透性能。電通量測試結(jié)果顯示,優(yōu)化后的雙摻砂混凝土氯離子滲透等級可達(dá)“低”或“極低”,顯著提升了結(jié)構(gòu)耐久性。
四、 高性能減水劑的生產(chǎn)要點
高性能混凝土的實現(xiàn)離不開高效減水劑,尤其是聚羧酸系減水劑(PCE)。其生產(chǎn)過程主要包括:
- 原材料準(zhǔn)備:主要原料包括聚醚大單體(如HPEG、TPEG)、丙烯酸等不飽和羧酸小單體、引發(fā)劑(如過硫酸銨)、鏈轉(zhuǎn)移劑等。原料純度是保證合成反應(yīng)效率和產(chǎn)品性能的基礎(chǔ)。
- 合成工藝:多采用常溫或中溫(<60°C)水溶液自由基聚合工藝。通過精確控制單體配比、滴加順序、反應(yīng)溫度、pH值和反應(yīng)時間,來設(shè)計PCE分子的主鏈結(jié)構(gòu)、側(cè)鏈長度與密度,從而“定制”其分散性、保坍性和適應(yīng)性。生產(chǎn)過程中需嚴(yán)格控制工藝參數(shù),確保批次穩(wěn)定性。
- 復(fù)配與調(diào)整:合成的母液需根據(jù)市場需求進(jìn)行復(fù)配,可能加入緩凝劑、引氣劑、消泡劑、粘度調(diào)節(jié)劑等,以調(diào)整凝結(jié)時間、含氣量等性能,并改善與不同膠凝材料體系的適應(yīng)性。
- 質(zhì)量檢測:出廠前必須進(jìn)行嚴(yán)格檢測,包括固含量、pH值、密度、減水率、水泥凈漿流動度及經(jīng)時損失、混凝土性能驗證等,確保產(chǎn)品滿足高性能混凝土配制要求。
五、 結(jié)論與工程應(yīng)用建議
研究表明,石灰石機(jī)制砂與鵝卵石機(jī)制砂以適宜比例雙摻,通過級配與顆粒形貌的互補(bǔ),能夠配制出工作性良好、強(qiáng)度達(dá)標(biāo)、耐久性優(yōu)異的C50高性能混凝土。建議在實際工程中,根據(jù)當(dāng)?shù)卦牧咸匦裕ㄟ^系統(tǒng)試驗確定最佳雙摻比例(常見范圍在4:6至6:4之間),并匹配以優(yōu)質(zhì)的高性能聚羧酸減水劑。
減水劑生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)聚焦分子結(jié)構(gòu)設(shè)計與合成工藝優(yōu)化,生產(chǎn)出高減水、高保坍、低敏感性的產(chǎn)品,為高性能混凝土的廣泛應(yīng)用提供可靠保障。將優(yōu)質(zhì)機(jī)制砂資源與高效外加劑技術(shù)相結(jié)合,是推動混凝土行業(yè)綠色、高性能化發(fā)展的重要途徑。