機制砂MB值及石粉含量對混凝土性能的影響研究

余玉環(huán)

(廣東省建筑材料研究院有限公司)

0 引言

機制砂是粒徑小于4.75mm 的顆粒，由巖石、尾礦等經(jīng)機械破碎篩分制成[1]，目前，機制砂已廣泛應用于混凝土生產(chǎn)中，近年來，專家學者們對石粉含量與機制砂混凝土的性能關系等進行了大量研究并已取得部分有價值的研究成果[2-4]，但不同研究者提出的最佳機制砂石粉含量不一致，研究成果缺乏系統(tǒng)性與可比較性。由于不同研究者采用不同產(chǎn)地不同母巖巖性的機制砂，石粉的成分或石粉的吸附性不同，目前尚無一個廣泛認可或統(tǒng)一的石粉含量參考。同時，研究機制砂石粉含量對混凝土性能影響時，應同時考慮機制砂的亞甲藍值，綜合考慮機制砂亞甲藍值及石粉含量，才能更好地判斷機制砂的性能。

GB/T 14684-2022《建設用砂》標準于2022 年4 月15 日發(fā)布，于2022 年11 月1 日實施。新標準對機制砂的最大石粉含量放寬到15%，同時對MB值的范圍作了更細的劃分。新標準中機制砂的石粉含量要求如表1所示。

表1 機制砂的石粉含量

本文選用廣州某攪拌站使用的Ⅱ類機制砂，對機制砂的MB 值及石粉含量進行測定，接著用于配制強度等級為C35 混凝土，研究機制砂石粉含量對C35 混凝土的工作性能及混凝土強度的影響。

1 試驗設計

1.1試驗用原材料

⑴水泥：采用英德海螺水泥有限責任公司生產(chǎn)的P·Ⅱ42.5R等級硅酸鹽水泥，水泥的物理性能見表2。

表2 水泥物理性能

⑵粉煤灰：采用廣州市某建材公司的F 類Ⅱ級粉煤灰，粉煤灰45μm 篩余為21.4%，需水量比為102%，28d活性指數(shù)為77%。

⑶機制砂：采用清遠谷成機制砂,機制砂的性能見表3。

表3 機制砂主要性能指標

⑷石：混凝土用石采用江西產(chǎn)地的5～25mm 粒級的碎石。碎石物理性能如表4。

表4 碎石物理性能

⑸減水劑：采用廣州市某集團公司生產(chǎn)的高效緩凝型減水劑，減水劑性能如表5。

表5 減水劑性能

⑹水：普通自來水。

1.2試驗方法

⑴機制砂MB值、石粉含量試驗按GB/T 14684-2022《建設用砂》標準進行測定；

⑵混凝土工作性能試驗按GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》進行測定；

（3）混凝土抗壓強度試驗按GB/T 50081-2019《混凝土物理力學性能試驗方法標準》進行測定，試驗采用150mm×150mm×150mm的立方體試塊。

1.3試驗設計

試驗選取廣州某攪拌站C35 混凝土配合比，混凝土的水膠比為0.39，含砂率為42%。設定機制砂石粉含量分別為5%，7%，10%，13%，15%，原狀機制砂石粉含量為5%，其他石粉含量機制砂通過在原狀機制砂的基礎上篩分調(diào)整獲得。經(jīng)調(diào)整的機制砂混凝土配合比如表6。

表6 C35機制砂混凝土配合比及工作性能

為了研究機制砂中石粉含量對混凝土性能的影響，控制配比中水泥、碎石、粉煤灰等原材料摻加量不變，因石粉含量引起的混凝土流動性能變化，通過調(diào)整外加劑摻量使各石粉含量機制砂混凝土流動性基本保持一致，坍落度為(200±20)mm，拓展度為(500±20)mm。

2 試驗結(jié)果分析

2.1石粉含量與機制砂MB值測定結(jié)果

對篩分調(diào)整石粉含量后的機制砂進行MB 值測定，得到圖1 的結(jié)果。由圖1 可以看出，隨著純石粉含量的增加，機制砂MB 值隨之增大，主要是由于石粉的加入增加了粉料的比表面積，增強了機制砂對亞甲藍的吸附作用；石粉含量為15%時，MB 值約為0.7，在≤1.0 范圍內(nèi)，符合Ⅱ類砂要求。

圖1 石粉含量與機制砂MB值的關系

2.2石粉含量對混凝土工作性能的影響

根據(jù)表6 的配比配制C35 混凝土，測定各比例石粉含量機制砂應用于C35 混凝土的情況，從測試結(jié)果來看，當石粉含量為5%～7%時，為了使混凝土的坍落度和拓展度保持相近或相同，所需要的減水劑用量不變；當石粉含量為7%～15%時，為了使混凝土的坍落度和拓展度保持相近或相同，隨著石粉含量的增加，所需要的減水劑用量相應增加，石粉含量為15%時所需要的減水劑用量比石粉含量為5%時所需要的減水劑用量提高了0.3%。

機制砂石粉含量由5%增加到7%時，混凝土工作性能仍然保持不變，主要是由于石粉粒徑小于75μm 顆粒，細度與水泥細度相當，可以作為膠凝材料的補充，石粉在混凝土中能形成粉體漿體起到潤滑作用，使混凝土的和易性變好，同時石粉填充于粗骨料間隙中，置換出混凝土體系中的填充水，從而使混凝土體系中自由水增加，使拌合物漿體的流動性能變大。但是，隨著機制砂中石粉含量的提高，導致用水量增加，同時，石粉對減水劑具有一定的吸附作用［5］，需要增加減水劑用量以使混凝土保持相同工作性能。

2.3石粉含量對混凝土抗壓強度的影響

石粉含量對機制砂拌制的C35 混凝土的抗壓強度影響如圖2 所示。根據(jù)圖2 的測試結(jié)果可知，隨著石粉含量的增加，C35 機制砂混凝土的7d 和28d 抗壓強度均有一定程度的增加，石粉含量為15%時的機制砂混凝土7d 抗壓強度比石粉含量為5%時提高2.8MPa，增幅為9.0%；石粉含量為15%時的機制砂混凝土28d 抗壓強度比石粉含量為5%時提高了2.4MPa，增幅為5.4%。在機制砂拌制的混凝土中，石粉的摻入會提高膠凝材料中的漿體量，使得混凝土密實度增強，抗壓強度增大。同時，石粉微小顆粒還能與鋁酸三鈣水化形成水化碳鋁酸鈣，使得混凝土強度增大［6］。

圖2 C35混凝土抗壓強度與石粉含量關系

3 結(jié)論

⑴機制砂石粉含量在5%～15%時，隨著石粉含量的增加，機制砂MB值隨之增大，MB值≤1.0。

⑵機制砂石粉含量在5%～7%時，對C35等級混凝土的工作性能影響不大；石粉含量在7%～15%時，隨著石粉含量的增加，需要增加減水劑用量以使混凝土保持相同工作性能，減水劑摻量提高0.3%左右。

⑶石粉含量在5%～15%時，機制砂石粉含量對C35混凝土有影響，隨著石粉含量增加，C35 等級混凝土的抗壓強度隨之增大，強度提高約3MPa。