機(jī)制砂中石粉對(duì)混凝土性能影響研究

譚洞河

摘 要：基于應(yīng)用機(jī)制砂參與混凝土拌合過程中存在的差異性問題，文章闡述了機(jī)制砂中的石粉巖性對(duì)混凝土性能產(chǎn)生的影響。此外，還分析了石粉含量發(fā)生變化會(huì)對(duì)混凝土性能產(chǎn)生哪些影響。具體內(nèi)容包括：工作性影響、力學(xué)性能影響、長期耐久性影響以及體積穩(wěn)定性的影響。

關(guān)鍵詞：機(jī)制砂；石粉含量變化；混凝土力學(xué)性能；混凝土工作性

中圖分類號(hào)：TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）06-0179-02

隨著我國市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程的不斷加快，各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施日漸完善。目前，天然砂資源在我國的消耗量逐漸增多，各地區(qū)的天然砂資源使用殆盡。針對(duì)這種情況，文章提出機(jī)制砂在實(shí)際施工中的應(yīng)用，認(rèn)為石粉含量多少將對(duì)混凝土自身的性能帶來較大影響。機(jī)制砂中的石粉是通過機(jī)械破碎以及一定篩分后才能投入使用的，為保證其應(yīng)用的穩(wěn)定性需要對(duì)其顆粒大小進(jìn)行嚴(yán)格控制。天然砂也被稱作河砂，河砂中的石粉與機(jī)制砂中的石粉不同，其具有顆粒大的特點(diǎn)，這就意味著其很難發(fā)揮出實(shí)際的填充作用。文章探討的機(jī)制砂石粉中的細(xì)集料，就可以有效的改善這一混凝土拌合的 實(shí)際現(xiàn)狀。

1 工程概述

華潤水泥廠生產(chǎn)P·O42.5型號(hào)的水泥，其選用的石粉是0.075 mm的石灰?guī)r石粉。對(duì)于礦物摻合料，采用的是首鋼磨細(xì)?；郀t礦渣粉，Ⅱ級(jí)粉煤灰則是由深圳媽灣電廠提供的。其中，機(jī)制砂細(xì)集料主要來源于石灰?guī)r，并采用5～25 mm型號(hào)的粗集料，進(jìn)行連續(xù)級(jí)配石灰?guī)r碎石[1]。

2 石粉巖性對(duì)機(jī)制砂混凝土性能的影響

機(jī)制砂生產(chǎn)水泥的過程是處在一個(gè)高堿環(huán)境中，其中的集料會(huì)發(fā)生弱化學(xué)反應(yīng)，即被稱為堿集料反應(yīng)。由于該機(jī)制砂石粉的所集料與混凝土配制采用的集料巖性一致，這就意味著該機(jī)制砂中的集料就是混凝土中的微集料。此外，因其具有一定的微弱活性可與水泥發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以微集料在混凝土施工中大多用于填充。

據(jù)相關(guān)人員表示，石灰石石粉在作為填充材料的過程中是在水灰比很低的水泥漿中進(jìn)行的。如果在水膠比較高的水泥漿中，水化產(chǎn)物的體積是與石灰石石粉的填充料含量成正比的，這就意味著機(jī)制砂混凝土的強(qiáng)度是取決于膠空比受水化的程度。同時(shí)，相關(guān)學(xué)者認(rèn)為石粉的巖性能夠?yàn)樗嗟乃潭葞硪欢ǖ脑鰪?qiáng)作用，這是石粉在反應(yīng)過程中起到了晶核作用的原因[2]。

3 石粉含量對(duì)機(jī)制砂混凝土性能的影響

3.1 針對(duì)機(jī)制砂混凝土工作性的影響

石粉含量對(duì)機(jī)制砂混凝土性能的影響是隨著灰砂比的變化而變化的。

當(dāng)灰砂含量比較大、水灰較小時(shí)，石粉含量的增加會(huì)使其稠度下降。

當(dāng)灰砂含量較小且水灰較大時(shí)，石粉含量的增加就會(huì)使混凝土的異性反應(yīng)和砂漿的使用性能得到改善。

當(dāng)機(jī)制砂中小于0.08 mm的石粉對(duì)混凝土拌和的物理性能會(huì)產(chǎn)生的影響為，增大了固體表面積對(duì)水體積的比例。由于石粉是惰性的摻和料，其具有顆粒細(xì)小的特點(diǎn)，這就在很大程度上補(bǔ)充了混凝土所缺少的細(xì)顆粒，從而實(shí)現(xiàn)了減少了泌水性和離析反應(yīng)的目的。

此外，當(dāng)石粉與水泥進(jìn)行混合后會(huì)形成柔軟的漿體，這就增加了混凝土的泥漿量。相關(guān)研究表明，石粉含量對(duì)機(jī)制砂混凝土的影響是存在一定限度的。當(dāng)石粉含量超過了這個(gè)既定的限度，機(jī)制砂混凝土的用水量就會(huì)增加，從而使拌和物以及其他性能指標(biāo)也隨之下降。由此可以得出，在生產(chǎn)水泥的過程中，機(jī)制砂混凝土取代河砂且沒有其他添加劑時(shí)，其工作性就會(huì)下降。在摻入高效的外加劑后，機(jī)制砂混凝土的工作性才會(huì)逐步得到改善[3]。

3.2 針對(duì)機(jī)制砂混凝土力學(xué)性能的影響

在該工程生產(chǎn)水泥的過程中，相較于河砂機(jī)制砂混凝土的強(qiáng)度更高，即使是僅是部分取代河砂，其具有的強(qiáng)度影響仍然存在。其中石粉含量的變化對(duì)機(jī)制砂混凝土強(qiáng)度的影響是比較復(fù)雜的。具體體現(xiàn)在，當(dāng)石粉的含量介于10%～20%之間時(shí)。隨著石粉含量的增加，混凝土的強(qiáng)度變化呈下降趨勢(shì)，這是在坍落度相同的情況下增加了用水量的原因。

如果固定水膠比是0.6的情況下，石粉的含量從0增至20%，混凝土的抗壓強(qiáng)度是呈上升趨勢(shì)的。當(dāng)混凝土水膠比是0.46時(shí)，機(jī)制砂混凝土的抗壓強(qiáng)度對(duì)石粉含量的變化并不敏感[4]。而當(dāng)機(jī)制砂混凝土石粉的含量小于一定限度后，石粉的微集料就不能有效的填充骨料與水泥石之間的空隙，因而其強(qiáng)度達(dá)不到臨界值。如果石粉含量過高，就會(huì)使機(jī)制砂混凝土的密實(shí)性得不到保證，從而使其不能滿足生產(chǎn)對(duì)力學(xué)性能的要求。這種情況，就會(huì)使混凝土的粗顆粒減少，其對(duì)于骨架的作用就會(huì)削弱。與此同時(shí)，非活性的石粉就不具備膠結(jié)和水化的作用。而且，在生產(chǎn)水泥含量不變的情況下，石粉含量過高還會(huì)降低混凝土的強(qiáng)度和水泥漿。

3.3 針對(duì)機(jī)制砂混凝土長期耐久性的影響

機(jī)制砂中的石粉對(duì)于混凝土具有較強(qiáng)的保水性和粘聚性，還能在一定程度上避免泌水離析現(xiàn)象的發(fā)生。這就意味著其有利于水泥結(jié)構(gòu)與施工界面的粘結(jié)過程，并有效地阻斷了滲透現(xiàn)象發(fā)生的可能性，從而使得機(jī)制砂混凝土的抗?jié)B性得到了很大程度的改進(jìn)。具體的作用過程為：當(dāng)機(jī)制砂中的石粉含量達(dá)到了15%時(shí)，混凝土的吸水性就會(huì)降低。當(dāng)機(jī)制砂中的石粉含量超過了15%時(shí)，混凝土吸水性將呈逐漸遞增的趨勢(shì)。

此外，相關(guān)研究表明，利用石灰石粉、粉煤灰以及硅質(zhì)石粉取代部分細(xì)集料后，混凝土中的孔隙總體積是與普通混凝土耐久性是一致的。這是因?yàn)?00 nm以上的大孔徑孔隙體積得到了減小，其所發(fā)揮出的填充效應(yīng)使得混凝土結(jié)構(gòu)的密實(shí)性得到了增強(qiáng)。這就會(huì)在很大程度上阻止溶液在孔隙中進(jìn)行流動(dòng)、Ca（0H）2等大晶體沉積的形成以及過相關(guān)渡區(qū)的形成[5]。由此可以看出，這種方法也可以使混凝土的抗?jié)B性得到有效提升。機(jī)制砂中石粉能夠有效加強(qiáng)混凝土的抗凍性，具體來說是通過改善混凝土的毛細(xì)孔結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。但這一內(nèi)容也需要對(duì)石粉含量進(jìn)行嚴(yán)格控制才能得以實(shí)現(xiàn)。

3.4 針對(duì)機(jī)制砂混凝土體積穩(wěn)定性的影響

相關(guān)研究表明，當(dāng)機(jī)制砂中石粉含量增加時(shí)，混凝土的收縮性能是呈下降趨勢(shì)的，而且機(jī)制砂的使用也會(huì)比河砂混凝土的收縮值要小。具體來說，當(dāng)石粉的含量處于10%以下時(shí)，機(jī)制砂混凝土的干縮率是逐漸增大的且這一過程非常緩慢。當(dāng)石粉的含量大于10%時(shí)，機(jī)制砂混凝土的干縮率是明顯增大的。這就意味著只有在石粉含量較高的情況下，才能使機(jī)制砂混凝土具備一定的干縮率作用。

此外，機(jī)制砂中的石粉顆粒要小于 75 μm，這樣才能使混凝土拌合物增加水泥漿的含量。當(dāng)粒徑小于0.16 mm的石粉含量從15%增加到24%時(shí)，石粉含量增加量與混凝土的干縮率成正比。由此可以看出，與水膠相比石粉含量的增加對(duì)混凝土干縮的影響更大。

當(dāng)機(jī)制砂中的石粉處在不同含量時(shí)，混凝土的干縮程度是呈遞增的性能趨勢(shì)的。把水膠比參與到石粉含量對(duì)混凝土性能的影響研究后，得出水膠比越大，其石粉的含量就越大，而混凝土的收縮程度也隨之增大。

當(dāng)機(jī)制砂中的石粉含量再增加后，就會(huì)使其對(duì)混凝土收縮程度的影響更明顯。這是因?yàn)樵黾拥氖酆磕軌蛟谝欢ǔ潭壬霞铀偎嗟乃潭群退间X酸鹽的形成，而且還會(huì)使減水劑的劑量增加。當(dāng)水膠比是0.53時(shí)，機(jī)制砂中的石粉含量從0增加到了20%，混凝土在此過程中發(fā)生了緩慢變化[6]。將在這一過程中施加200 d的荷載壓力后，就會(huì)使混凝土水化率得到有效提高以及促進(jìn)水化碳鋁酸鹽的形成。

4 應(yīng)注意的問題

就目前來說，機(jī)制砂中石粉對(duì)混凝土的具體影響內(nèi)容并不明朗。相關(guān)研究人員，過于注重石灰?guī)r石粉對(duì)混凝土的影響問題，這并不能全面的解決問題。因而，應(yīng)擴(kuò)大研究范圍對(duì)于其他巖性的機(jī)制砂進(jìn)行研究。增加機(jī)制砂中的石粉對(duì)于混凝土長期耐久性影響的研究，遠(yuǎn)沒有對(duì)其他性能進(jìn)行的研究內(nèi)容多。石粉與活性礦物質(zhì)摻和料不同，其雖然具有一定的化學(xué)活性，但在混凝土的性能中仍然作為一種惰性填充料出現(xiàn)。因而，當(dāng)機(jī)制砂中的石粉大量存在于混凝土中時(shí)，就會(huì)為其的耐久性帶來一定影響。由于混凝土材料使用的耐久性是直接決定工程施工質(zhì)量的關(guān)鍵，相關(guān)研究人員要對(duì)這一內(nèi)容進(jìn)行更進(jìn)一步的科學(xué)研究。機(jī)制砂中的石粉與混凝土的配合比設(shè)計(jì)與普通混凝土的配合方式相同，這就沒有完全的體現(xiàn)出應(yīng)用石粉后的差異性。

上述內(nèi)容都是行業(yè)相關(guān)人員未來進(jìn)行科研攻關(guān)的具體問題。

5 結(jié) 語

綜上所述，要想控制河砂資源的使用問題，可通過廣泛應(yīng)用機(jī)制砂來進(jìn)行解決。機(jī)制砂中的石粉能夠有效避混凝土泌水性和離析現(xiàn)象的發(fā)生。然而，這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，需要相關(guān)人員合理的控制石粉的使用含量。

具體來說，石粉含量的變化會(huì)對(duì)混凝土的工作性、力學(xué)性能、耐久性以及體積穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。此外，其對(duì)混凝土的影響還與水膠比、石粉顆粒大小有著密切聯(lián)系。研究表明，合理的控制機(jī)制砂中石粉的顆粒大小，是決定混凝土能夠成功填充水泥石與骨料之間縫隙的重要因素?，F(xiàn)階段，對(duì)于在混凝土拌合過程中應(yīng)用機(jī)制砂的相關(guān)數(shù)據(jù)還不夠合理。要更快的推廣機(jī)制砂的應(yīng)用范圍，還要對(duì)其石粉含量的變化情況進(jìn)行更進(jìn)一步的研究。

參考文獻(xiàn)：

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