石灰?guī)r機制砂混凝土的石粉適宜含量研究

丁 浩

(中鐵十八局集團第四工程有限公司，天津市 300350)

隨著我國基本建設的日益發(fā)展，混凝土用砂需求量急增，現(xiàn)有天然砂資源難以保證我國基礎設施建設。天然砂是一種地方性資源，分布很不均勻，短時間內(nèi)不可再生，也不適宜長距離運輸。以甘肅省榆中迎賓大酒店建設項目施工為研究，該項目位于甘肅省蘭州市榆中縣，天然砂資源緊缺，省內(nèi)還有很多地方已經(jīng)開始禁采或限采天然砂，這樣工程用砂供需矛盾日益突出，導致砂的價格越來越高，甚至無天然砂可用，影響了工程建設的進展。機制砂是巖石經(jīng)除土開采、機械破碎、篩分制成的，粒徑在4.75 mm以下的巖石顆粒。機制砂與天然砂在粒形、級配和表面特性上明顯不同，機制砂顆粒表面粗糙、尖銳多棱角，細度模數(shù)大，級配不良，最明顯的區(qū)別是機制砂在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量粒徑小于0.075 mm的石粉顆粒，約占機制砂總量的10%～20%。機制砂中小于0.075 mm的顆粒與河砂中小于0.075 mm的顆粒性質(zhì)完全不同。河砂中的被稱作泥粉，泥粉對混凝土的工作性、體積穩(wěn)定性和耐久性都有不利的影響，但機制砂中的細小顆粒則被稱為石粉，石粉與泥粉對混凝土性能的影響完全不同[1]。因此對機制砂中石粉的研究也成為機制砂混凝土性能研究的重點。

目前國家標準《建設用砂》GB/T14684—2011中規(guī)定石粉含量限值為10%[2]，建工行業(yè)標準《普通混凝土用砂、石質(zhì)量標準及檢驗方法》JGJ52—2006中[3]，根據(jù)混凝土強度等級不同規(guī)定石粉含量限值為5%～10%，貴州地方標準《山砂混凝土技術規(guī)程》DBJ 22—016—95根據(jù)混凝土強度等級不同規(guī)定[4]石粉含量限值為10%～20%。實際研究表明，不同巖性的石粉對混凝土性能的影響不盡相同，不同巖性機制砂的石粉最佳含量范圍不同，其中石灰石巖性的石粉對混凝土諸多方面性能改善較大，近年來，由中國建筑科學研究院主編的國家標準《石灰石粉混凝土》GB/T 30190—2013，行業(yè)標準《石灰石粉在混凝土中應用技術規(guī)程》JGJ/T 318—2014均已頒布。本文針對石灰?guī)r性的機制砂，在不同水膠比下，或不同強度等級下，研究不同石粉含量對混凝土性能的影響規(guī)律，以期獲得適宜的石粉含量范圍。

1 試驗原材料

(1)水泥 采用42.5級普通硅酸鹽水泥，主要性能指標(見表1)。

(2)石灰?guī)r機制砂 采用石灰石巖性的水洗機制砂，級配屬于Ⅱ區(qū)中砂，主要物理性能指標(見表2)。

表1 水泥的主要性能指標

表2 機制砂的主要性能指標

(3)石灰?guī)r石粉

將石灰?guī)r機制砂經(jīng)過75 μm篩進行篩析，篩出來的石粉按《石灰石粉在混凝土中應用技術規(guī)程》JGJ/T 318—2014，其主要性能指標(見表3)，將石粉與機制砂進行復摻，配出不同石粉含量的機制砂。

(4)粉煤灰 采用Ⅱ級粉煤灰，主要性能指標(見表4)。

表3 石灰?guī)r石粉的主要性能指標

表4 粉煤灰的物理性能

(5)碎石 采用5～25 mm連續(xù)級配的石灰?guī)r碎石，壓碎值12.4%，針片狀含量為5.3%。

(6)減水劑 采用聚羧酸系高性能減水劑。

2 結果與分析

本次試驗水膠比分別選用0.35、0.40、0.45、0.50、0.55、0.60。機制砂中石粉含量分別為5%、7%、10%、15%、20%、25%。經(jīng)過試拌調(diào)整后的配合比(見表5)。

對表5中的混凝土配合比進行混凝土工作性能和力學性能試驗，工作性能主要包括坍落度和擴展度，并對工作性能進行描述，同時進行7 d和28 d抗壓強度試驗，具體試驗結果(見表6)。

表5 不同石粉含量機制砂混凝土配合比

(續(xù)表)

表6 不同石粉含量機制砂混凝土的工作性及強度

表6中混凝土的工作性能數(shù)據(jù)表明，在同一水膠比下，隨著石粉含量的變化，混凝土的工作性隨之變化。石粉含量過少時，混凝土容易離析、泌水；石粉含量過大時，混凝土較為干稠，流動性不佳；當石粉含量在最佳適宜范圍時，混凝土工作性才處于最佳的狀態(tài)。不同水膠比的混凝土石粉適宜含量范圍不同，低水膠比的石粉適宜含量較低，高水膠比的的石粉適宜含量較高。

根據(jù)表6結果，繪制每個水膠比下的石粉含量與強度關系(見圖1—6)。

圖1 0.35水膠比下石粉含量與抗壓強度關系

圖2 0.40水膠比下石粉含量與抗壓強度關系

圖3 0.45水膠比下石粉含量與抗壓強度關系

圖4 0.50水膠比下石粉含量與抗壓強度關系

圖5 0.55水膠比下石粉含量與抗壓強度關系

圖6 0.60水膠比下石粉含量與抗壓強度關系

圖1—6表明，0.35水膠比下，石灰?guī)r機制砂的石粉適宜含量為7%；0.40水膠比下，石灰?guī)r機制砂的石粉適宜含量為10%；0.45水膠比下，石灰?guī)r機制砂的石粉適宜含量為15%；0.50水膠比下，石灰?guī)r機制砂的石粉適宜含量為20%；0.55和0.60水膠比下，石灰?guī)r機制砂的石粉適宜含量可達25%及以上。不同水膠比的石灰?guī)r機制砂混凝土石粉適宜含量不同，低水膠比的石粉適宜含量較低，高水膠比的石粉適宜含量較高[5]。

3 結 論

(1)在同一水膠比下，當機制砂石粉含量過少時，混凝土容易離析、泌水；石粉含量過大時，混凝土較為干稠，流動性不佳；當石粉含量在最佳適宜范圍時，混凝土工作性才處于最佳的狀態(tài)[6]。

(2)在同一水膠比下，當機制砂石粉含量最佳時，混凝土強度最高，石粉含量過低或過高，混凝土強度均會降低[7]。

(3)0.35水膠比下，石灰?guī)r機制砂的石粉適宜含量宜為7%左右；0.40水膠比下，石灰?guī)r機制砂的石粉含量宜為10%左右；0.45水膠比下，石灰?guī)r機制砂的石粉含量宜為15%左右；0.50水膠比下，石灰?guī)r機制砂的石粉含量宜為20%左右；0.55和0.60水膠比下，石灰?guī)r機制砂的石粉含量可達25%及以上。

(4)機制砂混凝土中的適宜石粉含量跟水膠比或混凝土強度等級存在相關性，不同水膠比的混凝土石粉適宜含量范圍不同，低水膠比或高強度混凝土的石粉適宜含量較低，高水膠比或低強度混凝土的石粉適宜含量較高[8]。由于石灰?guī)r機制砂中的

石灰石粉的自身性質(zhì)，其石粉適宜含量可根據(jù)不同水膠比或不同強度等級進行確定，在高水膠下，可以突破標準規(guī)范限值進行確定。