本文和云南地区的石灰岩、玄武岩、C80机制砂为研究

序言

随着天然砂资源的匮乏，开采限制渐趋严苛，以及山区交通不便，铁路建设材料货运困难，所以应用模式砂取代天然砂早已成为水泥行业可持续发展的一种趋势。 #

模式砂是将母岩铁矿消除风化产物后通过机械破碎、筛分成粒径大于4.75mm的岩体颗粒。对于模式砂的研究，主要集中在模式砂的砂石浓度、机制砂的母岩特征、机制砂MB值等指标对不同硬度水泥的影响及成因研究。但是国外外研社究专家对模式砂水泥进行了大量的实验研究，煤矿种类甚多，大多研究集中在母岩为石灰岩、玄武岩、片麻岩的模式砂，然而因为地域差别和岩体风化程度的不同，得出的推论也不尽相似石灰岩和强风化岩的区别，其研究结果没有挺好的借鉴指导。

本文以河砂和湖南地区的石灰岩、花岗岩、玄武岩模式砂为研究对象，配制C30、C55、C80的水泥，研究3种不同岩性的模式砂对不同硬度的搅拌物功耗和电学功耗的影响。

1实验概况

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1.1实验材料 #

（1）混凝土。上海金隅P·O42.5普通碳酸盐混凝土，其地理功耗见表1。粉矿渣：丰县电站的I级粉矿渣；硅灰：建研建材有限公司的硅灰，方解石浓度92%；降黏剂：建研建材有限公司的复合掺合料，满足JG/T486-2022《混凝土用复合掺合料》中的易流型技术要求。

（2）粗级配。实验采用5～20mm连续骨料、表面粗糙、质地坚固的石灰岩砂石，品质优良，级配合理，堆积密度/m3，饱和面干吸水率0.9%。 #

（3）细级配。天然河砂，堆积密度/m3，吸水率1.2%，含泥量2.4%，粒度螺距2.6；3种模式砂的基本功耗见表2；选用3种模式砂配制不同硬度等级水泥时分别控制模式石子粉浓度为：C30时，控制模式石子粉浓度为10%；C55和C80时，控制模式石子粉浓度为5%。 #

（4）消泡剂。聚乙酸系高功耗消泡剂，减水率40%，泌水率比≤20%，塌落度保留值（1h）≥140mm。 #

（5）水：普通供水。 #

1.2实验设计 #

按照GB/T14684-2011《建筑用砂》中制度砂的要求，分别选用河砂（A）和石灰岩模式砂（B）、玄武岩模式砂（C）、花岗岩模式砂（D）3种不同模式砂作为细集料，参照JGJ55-2011《普通水泥配合比设计细则》分别配制C30、C55、C80等级的水泥，详细各组代号相应的水泥配合比见表3。 #

按照表3的水泥配合比，根据GB/T50080-2022《普通水泥搅拌物功耗实验方式标准》测试搅拌物的铁损和扩充度；将养护3天、7天、28天、56天的试件根据GB/-2002《普通水泥电学功耗实验方式标准》进行抗拉硬度检测。

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2结果与剖析

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2.1不同岩性制度砂对水泥搅拌物的影响

为了探究不同岩性制度砂对水泥和易性的影响，实验选用河砂和石灰岩、花岗岩、片麻岩3种不同岩性的模式砂配制C30、C55、C80的3种不同硬度等级的水泥进行工作功耗的对比，实验数据见表4。

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表4分别列举了河砂和3种模式砂配制的水泥的铁损和扩充度数据。从表4可知，适配不同硬度等级的水泥，不同岩性制度砂水泥的搅拌物功耗可以达到或优于河砂水泥：石灰岩模式砂优于河砂，河砂优于玄武岩模式砂，大理石模式砂优于变质岩。达到相似工作功耗时，3种机制砂水泥和河砂水泥的外加剂药量依次为：石灰岩模式砂＜河砂＜大理石模式砂＜花岗岩模式砂，因为3种模式砂的MB值从小到大依次为：石灰岩模式砂＜大理石模式砂＜花岗岩模式砂。MB值大小与制度石子粉中的粘土质浓度相关，MB值越大，粘土质浓度越高，对外加剂的吸附性越强，所以3种模式砂对外加剂的吸附性依次为：石灰岩模式砂＜大理石模式砂＜花岗岩模式砂。 #

2.2不同岩性制度砂对水泥电学功耗的影响 #

图1为河砂和3种不同岩性制度砂适配C30、C55、C80水泥电学功耗的对比结果。由表2可以看出：石灰岩的压碎值最大，花岗岩的压碎值最小；石灰岩的MB值最小，花岗岩的MB值最大。而从图1（a）（b）（c）中可知：对于C30、C55、C80水泥，3种不同岩性的模式砂水泥抗拉硬度在不同岁期均达到或低于河砂水泥，其中石灰岩模式砂水泥抗拉硬度在不同岁期的硬度低于大理石模式砂，大理石模式砂低于花岗岩模式砂。 #

由此可见，制度砂的压碎值较小时，制度砂水泥的抗拉硬度或许较小，制度砂水泥的抗拉硬度不仅受制度砂压碎值的影响外，制度砂MB值只是影响体系砂水泥硬度的重要诱因，制度石子粉中的粘土质浓度较高时，影响水泥硬度的下降。对于C30水泥，3种模式砂水泥在3天时的抗拉硬度相似，随着龄期的延长，3种模式砂水泥抗拉硬度之间的差异日渐减小；对于C55水泥，石灰岩模式砂水泥在3天时的抗拉硬度显著低于大理石、玄武岩模式砂水泥，随着龄期的延长，7天、28天、56天时大理石模式砂水泥的抗拉硬度快速下降，渐渐接近石灰岩模式砂水泥，显著低于花岗岩模式砂水泥；对于C80水泥，3种模式砂水泥抗拉硬度的规律与C55相似，然而随着龄期的延长，7天、28天、56天时大理石模式砂与石灰岩模式砂水泥的抗拉硬度之间的差异有一定的减少，但仍显著大于石灰岩模式砂水泥，而玄武岩模式砂水泥在7天、28天、56天时的抗拉硬度显著依然低于花岗岩模式砂水泥。 #

随着水泥硬度等级的提升，石灰岩模式砂水泥抗拉硬度高出河砂水泥的比列有所提高：对于C30水泥，石灰岩模式砂水泥3天、7天、28天和56天硬度分别比河砂水泥大8.5%、14.8%、10.6%、13.1%；对于C55水泥，3天、7天、28天和56天石灰岩模式砂水泥抗拉硬度分别比河砂水泥大8.9%、14.5%、10.3%、11.6%；对于C80水泥，3天、7天、28天和56天石灰岩模式砂水泥抗拉硬度分别比河砂水泥大18.5%、21.1%、23.7%、23.7%。 #

推论

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（1）石灰岩模式砂的MB值最小，对外加剂的吸附最少，并且石灰岩模式砂水泥的搅拌物功耗最优石灰岩和强风化岩的区别，再者为大理石模式砂、玄武岩模式砂。 #

（2）对于C30、C55、C80水泥，石灰岩、花岗岩和花岗岩模式砂水泥在不同岁期的抗拉硬度均低于河砂水泥；模式砂MB值只是影响模式水泥硬度的重要诱因，因为石灰岩模式砂的MB值最小，所以石灰岩模式砂水泥的抗拉硬度低于大理石、玄武岩模式砂。 #

（3）随着水泥硬度等级的提升，石灰岩模式砂水泥抗拉硬度高出河砂水泥的比列有所提高