黄河特细砂在泵送混凝土中的应用研究

邢振贤，王健健，孟小培，刘晓冬

（华北水利水电大学，河南 郑州 450045）

摘 要：采用黄河特细砂和人工砂混合配制泵送混凝土，试验混凝土的工作性能和力学性能，研究不同强度等级混凝土中混合砂的配合比例。试验表明：黄河特细砂与人工砂混合配制C60以下混凝土，完全可以满足工程要求。

关键词：黄河特细砂；混合砂；泵送混凝土；适宜掺量

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。近些年来，由于郑州地区大量使用天然砂资源，导致供需矛盾不断加剧，并且市场上出现的天然砂质量也日趋下降。为防止天然砂供需矛盾日益加重，2006年左右，郑州混凝土行业开始用人工砂配制混凝土。本地区市场供应的人工砂由于颗粒级配差、细度模数偏大，空隙率和比表面积大，所拌制的混凝土容易产生搅拌不均匀、和易性差、可泵性差且不易施工等问题。为解决以上问题，按照改善预拌混凝土拌合物性能、就地取材和尽可能的降低混凝土的制作成本的原则，郑州地区混凝土行业开始研究和使用特细砂，即在人工砂内掺入部分黄河库区特细砂[1]，来改善预拌混凝土的泵送性能。其中，在重庆地区，特细砂混凝土的应用已有半个世纪，只要方法得当，完全可以拌制出满足工作要求

的混凝土 [2]。经过大量的实践证明特细砂与人工砂混合生产的混凝土能够替代中砂混凝土 [3]，故此郑州地区混凝土行业普遍使用黄河特细砂作为一种混合料配制预拌混凝土，由于没有统一的使用标准，黄河特细砂在实践应用中比较混乱，其发展在一定程度上受到限制。因此，对黄河特细砂进行试验研究，找出合理的掺量，既可以缓解郑州地区天然砂资源的紧缺局势，又可以为使用黄河特细砂提供参考价值。

本文采用黄河特细砂取代部分人工砂的方法，拌制C20~C60泵送混凝土。在同一强度和相同的配合比下，黄河特细砂与人工砂混合代替纯人工砂配制泵送混凝土，工作性能和力学性能相当甚至好于纯人工砂配制的混凝土。

1 原材料及基本性能

1.1 水泥

胶凝材料采用P·O 42.5级普通硅酸盐水泥，其性能见表1。

由混合砂的级配曲线图可以看出，黄河特细砂粒径极细、级配差，其和人工砂的级配大部分不在二区内，而混合砂1、混合砂2和混合砂3大致都在二区范围内，满足试验原材料的要求。因此，在混凝土的配制中，要充分考虑细骨料的细度模数和颗粒级配。选择良好的细骨料配制混凝土时，不仅减少单位体积混凝土中水泥的用量，而且还可以提高混凝土的密实度和耐久性，并且易施工[5]。

就泵送混凝土而言，其细骨料宜采用中砂，目的是采用小颗粒在管壁中的润滑作用，增强混凝土在管道中的通过能力[6]。而机制砂的颗粒级配分布不均，符合粗砂的细度模数要求，因此在配制泵送混凝土时，细骨料不宜单一地采用机制砂[7]。

1.4 外加剂

采用萘系高效减水剂，外观为棕褐色粉末状，减水率15%。

2 试验过程及结果

为了研究黄河特细砂的不同掺量对混凝土基本性能的影响，试验参照JGJ 55-2011《普通混凝土配合比设计规程》，通过调试得出合理的配合比。本试验采用同一配合比下对比的方法，就C20、C30、C40、C50、C60不同等级的泵送混凝土，分别加入不同比例混合砂，比较其工作性能、力学性能。表3是不同等级的混凝土的材料用量，表4是对应的混凝土性能试验结果。

3 结果分析

从表4可以看出，不同等级的混凝土，随着黄河特细砂掺量的不断变大，坍落度和扩展度越来越大，不过，黏聚性和保水性相对应逐渐变差。不同等级的混凝土中黄河特细砂的掺量与各龄期强度关系曲线见图3~7。

从表4和图3可以得出，在C20混凝土配合比中，随着黄河特细砂掺量的增加，各龄期的强度变化呈倒S型变化趋势，其中20%掺量的黄河超细砂和纯人工砂的各个龄期大致相同，故此强度等级黄河特细砂掺量为20%比较合适。

由图4得出，在C30混凝土配合比中，随着黄河特细砂掺量的增加，3d和7d强度逐渐下降，28d强度呈倒S型变化趋势，其中10%掺量的黄河特细砂在前期强度和纯人工砂的大致相同，但到了28d前者比后者稍有增大，故此强度等级在10%掺量下对后期强度比较有利的。

从图6可以得出，在C50混凝土配合比中，10%和30%掺量的黄河特细砂都比纯人工砂各个龄期的强度都要高，但从其经济性来考虑，30%掺量的混凝土强度28d达到了59.5MPa，而且前期强度也相应较高，带来更多可观的价值，缓解天然砂资源紧张的局面。

从图7可以得出，在C60混凝土配合比中，3d强度的变化规律呈倒S型变化趋势，7d强度的变化规律呈抛物线型，28d强度变化为先大后小，值得注意的是，28d的混凝土抗压强度没有达到预期的强度目标，故在此强度等级混凝土中，需要重新调试配合比，或者改变原材料的种类，进行试验。

4 结语

（1）黄河特细砂代替部分人工砂能够提高混合砂的细度模数和颗粒级配。（2）黄河特细砂与人工砂混合，其黄河特细砂的掺量根据混凝土的配合比和工作性来调整，能够满足不同强度要求的混凝土。（3）由于黄河特细砂的细度模数比较小，随着其掺量的增加，泵送混凝土的流动性越来越好，不过其黏聚性和保水性呈相反趋势，故应延长搅拌时间，保证水分搅拌均匀，同时应加强温湿度的养护。总之，只要正确地使用黄河特细砂，不仅能够解决天然砂资源的匮乏，还能减轻黄河库区泥沙淤积的问题，从而在经济和生态环境方面取得双赢。

参考文献

[1] 王青峰,邢振贤,陈征,郑军.黄河库区泥沙制备煤矿充填材料的配合比设计及性能试验研究[J]. 华北水利水电大学学报(自然科学版),2015,04:55-58.

[2]JGJ 52—2006,普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2006.

[3] 黄洪胜.混合砂混凝土性能与应用研究[D].重庆大学,2005.

[4] 尹正刚,刘洪刚,王自强. 超细粉砂在预拌混凝土中的应用[J]. 混凝土,2011,03:88-89+113.

[5] 邢振贤.土木工程材料[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2011.

[6] 李立权.混凝土配合比设计手册[M]. 广州：华南理工大学出版社，2000.

[7] 曹伟红.混合砂在泵送混凝土中的应用研究[D].浙江大学,2009.

第一作者（指导老师）：邢振贤（1958-），男，教授，华北水利水电大学土木与交通学院副院长，研究方向：生态混凝土材料性能及工程应用研究。

第二作者：王健健（1989-），男，在读硕士研究生，研究方向：机制砂粉煤灰混凝土。