人工砂石粉含量對混凝土性能的影響

■羅燦亮 ■三臺縣波特蘭商品砼有限公司，四川 綿陽 621000

人工砂是指加工前經(jīng)除土處理，由機械破碎、篩分制成的，公稱粒徑小于5mm 的巖石顆粒。加工后形成粒徑小于80μm 顆粒為石粉，且其礦物組成和成分與被加工母巖物質(zhì)相同。人工砂石粉與天然砂中的泥成分不同、粒徑分布不同，在混凝土中所起的作用亦不同。天然砂中的泥對混凝土是有害的，必須嚴格控制其含量。而人工砂中適量的石粉對混凝土是有益的，有適量石粉的存在，彌補了人工砂配制混凝土和易性差的缺陷。同時，它的摻入對改善混凝土特細骨料的級配、提高混凝土密實性都有益處，進而起到提高混凝土綜合性能的作用。隨著天然砂資源的逐漸枯竭，砂石生產(chǎn)也因資源的變化而有所改變，建筑用砂的數(shù)量對建筑市場的影響日益明顯，人工砂的研究并規(guī)范利用勢在必行。

關于人工砂的標準，建設部行業(yè)標準《普通混凝土用砂質(zhì)量標準及檢驗方法》中人工砂的種類和技術要求，其將C30 以下的混凝土石粉含量放寬到10%，不承認人工砂或洗走石粉的現(xiàn)象將隨著該標準的實施而改變。但隨著人工砂的逐步應用，目前生產(chǎn)實踐對標準又提出了新的問題，這個問題，同樣反映在國標上。即按標準規(guī)定，C60 及以上的混凝土的石粉含量應小于5%，C30～C55 的石粉含量應小于7%，小于C30 混凝土的石粉含量應小于10%。定這樣的指標，當初的考慮點是出于我國地域廣闊、礦產(chǎn)復雜、各地生產(chǎn)和使用人工砂的水平相差很大，對全國來講人工砂才處于剛剛起步階段，各地應用人工砂石粉的工程經(jīng)驗還不多。因此，標準中對人工砂石粉含量的要求還是按傳統(tǒng)限制含泥量的思路來對待石粉含量，采用了比較謹慎的態(tài)度和較嚴的指標。人工砂中的石粉絕大部分是母巖被破碎的細粒，與天然砂中的泥不同，它們在混凝土中的作用也有很大區(qū)別。我國倡導建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，然而混凝土的大量使用，使自然資源遭受到前所未有的破壞。機制骨料也是一種自然資源，其開采是對環(huán)境的一種破壞，為了使人工砂石粉含量滿足規(guī)范要求，而盲目地將石粉洗掉，不僅增加了污染物的排放量，而且造成很大的資源浪費。其實，人工砂石粉中粒徑小于0.16mm 的顆粒可以視為一種摻合料，是否表現(xiàn)為一定的活性尚待研究，選擇適當?shù)氖酆靠梢愿纳苹炷梁鸵仔院吞岣呋炷撩軐嵭?，對提高混凝土性能有利。本文采用石粉含?4%左右的人工砂作為基準砂，通過機制添加石粉配制成試驗預定石粉含量，石粉含量變化范圍為6%～22%，機制翻拌均勻，將其作為研究對象。

1 混凝土原材料及基本性能

試驗采用紅獅P·O42.5R 級水泥，其物理性能指標見表1;采用宏遠建材Ⅱ級粉煤灰，其物理性能見指標見表2;細骨料采用涪江卵石破碎機制砂做為基準砂，其物理性能指標見表3;粗骨料采用涪江卵石破碎碎石，其物理性能指標見表4;減水劑采用晉深建材科技有限公司JS-B 緩凝高效減水劑，其性能指標見表5。

表1 水泥物理性能

表2 粉煤灰物理性能

表3 細骨料物理性能

表4 粗骨料物理性能

表5 緩凝高效減水劑性能

2 試驗方案

2.1 人工砂石粉含量、泥粉含量亞甲基藍標定曲線

通過對人工砂作篩分，以人工砂石粉含量14%樣品為基準樣，分別調(diào)整石粉和泥粉的比例制作不同泥粉含量的樣品，通過試驗亞甲基藍吸附作曲線標定，從而確定人工砂中石粉含量與含泥量的組成，試驗步驟按《普通混凝土用砂質(zhì)量標準及檢驗方法》方法進行，試驗結果如表6:

表6 不同比例石粉含量與含粉含量亞甲基藍吸附量

由圖1 可知:人工砂含泥量與亞甲基藍消耗相關性較好。隨著人工砂含泥量的增加，亞甲基藍的消耗量逐漸增大。根據(jù)所測數(shù)據(jù)線性擬合得到的標定曲線，對混凝土生產(chǎn)用人工砂樣品檢測的亞甲藍吸附值，從而可以推算人工砂的石粉含量和泥粉含量，以控制人工砂的含泥量滿足規(guī)范要求。

2.2 為探明機制砂中的石粉對水泥性能的影響

按內(nèi)摻法將粒徑小于80μm 的石粉摻入水泥中試驗。按照水泥膠砂強度檢驗方法，對不同石粉摻量下進行水泥膠砂強度試驗:分別在膠砂試驗水泥中按5%、10%、15%、20%、25%摻入預先準備的石粉樣品，檢測其不同摻量下對膠砂強度的影響。

圖1

圖2 不同石粉摻量下水泥膠砂強度

試驗結果表明:石粉取代部分水泥后，對凝結時間和安定性均無影響。當取代量小6%時，水泥強度無明顯降低，其原因可能是石粉中的碳酸鹽在水泥水化過程中與水泥的鋁硅酸鹽形成碳鋁酸鹽，使水泥強度得以提高;當取代量大于12%時，隨取代量的增加水泥強度呈明顯下降，原因是水泥的鋁成分有限，過多的石粉只能起惰性料的填充作用，反而降低水泥的活性。

2.3 人工砂石粉含量對混凝土拌合物及抗壓強度的影響

采用不同石粉含量的人工砂進行混凝土拌合物試驗研究，混凝土落度控制在170～210mm，擴展度控制在450～510mm?；炷僚浜媳葏?shù)及拌合物試驗結果見表7。

表7 混凝土配合比參數(shù)及拌合物試驗結果

圖3

試驗結果表明:在保證坍落度、擴展度、相同的的情況下，減水劑摻量隨著石粉含量的增加而增大，所得同一水膠比不同石粉含量拌制的混凝土標準養(yǎng)護條件28 天、60 天齡期抗壓強度，當石粉含量6～14%范圍變化時，隨石粉含量的增大強度呈增加趨勢;當石粉含量14～22%范圍變化時，隨石粉含量的增大強度呈略微下降;當粉體量超過460KG/M3時，拌合物流動速率降低。

圖4

試驗結果表明:在保證坍落度、擴展度、相同的的情況下，所得同一水粉比不同水膠比拌制的混凝土標準養(yǎng)護條件28 天、60 天齡期抗壓強度，隨石粉含量的增大、粉煤灰摻量逐漸降低時，強度變化不大;減水劑摻量隨著石粉含量的增加而增大，石粉對減水劑的吸附略大于粉煤灰;拌合物流動速率無明顯變化。

3 石粉含量對預拌混凝土的重要性

每個預拌混凝土企業(yè)所在的地區(qū)不同、原材料的來源不同，需要根據(jù)地材的情況作相應試驗，同時還要根據(jù)生產(chǎn)的各種強度等級的混凝土比重選擇相對應的原材料:

圖5 本地連續(xù)5 年混凝土柏拉圖分析

由圖5 可知:中低強度等級的混凝土占總生產(chǎn)量的80%以上，因此控制質(zhì)量和成本的重點在中低強度等級混凝土，在保證質(zhì)量情況下，石粉含量是影響混凝土拌合物和易性及降低成本的一個重要因素。

4 總結

通過人工砂石粉含量對混凝土性能的影響試驗研究，得出以下結論:(1)隨著人工砂石粉含量的增加，保持混凝土水膠比、砂率、拌合物和易性相同、混凝土的單位體積用水量不變時。從試驗成果分析，減水劑摻量隨著石粉含量的增加而增大;石粉對減水劑的吸附略大于粉煤灰;適當比例的石粉摻入混凝土中，可以調(diào)整中低強度等級混凝土的和易性，黏聚性和保水性，同時適當比例的石粉摻入混凝土中，石粉具有微集料填充效應、能增加部分強度等級混凝土的抗壓強度。(2)人工砂中石粉在水泥膠砂強度試驗和混凝土試驗結果表明，其摻量對強度影響有一定差異。(3)通過混凝土拌合物性能試驗結果表明，要達到比較好的施工和易性，混凝土拌合物中粉體物質(zhì)(水泥、礦物摻和材、石粉)的總量宜控制在420～480Kg，既能得到比較好的拌合物，同時也有利于混凝土的體積穩(wěn)定性。若中低強度等級混凝土用量大，可適當保留人工砂中石粉的含量，石粉含量宜控制在12～18%。(4)隨著天然砂資源的逐漸枯竭，砂石生產(chǎn)也因資源的變化而有所改變，建筑用砂的數(shù)量對建筑市場的影響日益明顯，人工砂的研究并規(guī)范利用勢在必行，系統(tǒng)地研究人工砂對混凝土的作用與影響，特進行其機理研究很重要。比如，像石粉中特細級配的組成研究及其對混凝土密實度的影響、石粉在骨料與水泥界面中的作用等。

［1］李晶.石灰石粉摻量對混凝土性能影響的試驗研究［D］.大連理工大學.2007.

［2］趙長軍，董斌，于敬海.石粉對機制砂混凝土性能影響試驗研究［J］.低溫建筑技術，2009(04).

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