機(jī)制砂石粉含量對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土性能的影響探究

陳志劍

（福建省宏實(shí)建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，福建 泉州 362122）

0 引言

隨著我國(guó)工程建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對(duì)商品混凝土的需求量也在不斷增大，進(jìn)而對(duì)砂的需求也越來越大。由于天然河砂資源不斷減少，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了工程建設(shè)的用砂要求。機(jī)制砂的生產(chǎn)與推廣應(yīng)運(yùn)而生。經(jīng)過十多年的高速發(fā)展，機(jī)制砂在商品混凝土中得到了廣泛的應(yīng)用。機(jī)制砂以巖石、卵石、礦山廢石和尾礦等為原料，經(jīng)除土處理，由機(jī)械破碎、整形、篩分、粉控等工藝制成的級(jí)配、粒形和石粉含量滿足要求且粒徑小于4.75mm 的顆粒[1]。機(jī)制砂一般就地取材，母巖經(jīng)破碎后一部分制成碎石，一部分進(jìn)一步加工成機(jī)制砂。

而石粉絕大部分是由母巖被破碎的小于75μm 以下的細(xì)粒，與天然砂的泥粉完全不同。眾所周知，天然砂中的泥粉是有害物質(zhì)，是因?yàn)槟喾劬哂泻軓?qiáng)的粘結(jié)性及吸附性，會(huì)吸附減水劑的分子，從而影響減水劑的減水效果，造成混凝土坍落度降低，坍落度經(jīng)時(shí)損失變大，嚴(yán)重影響混凝土的和易性、力學(xué)性能及耐久性。相比于天然砂，機(jī)制砂本身具有表面棱角多，表面粗糙，拌制混凝土?xí)r需水量大的特點(diǎn)，容易造成混凝土的泌水離析情況的發(fā)生。石粉的存在將大大避免泥粉的危害及機(jī)制砂易泌水離析的不足，進(jìn)而提高混凝土整體工作性能及強(qiáng)度。本文將針對(duì)機(jī)制砂石粉含量的不同對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土產(chǎn)生的影響進(jìn)行試驗(yàn)探究，以找到適宜混凝土拌制的最佳石粉含量。

1 混凝土原材料

（1）拌合物用水：拌合物用水采用在試驗(yàn)環(huán)境20℃下放置一晝夜的恒溫水。

（2）水泥：采用福建安砂建福水泥有限公司生產(chǎn)的P·O42.5普通硅酸鹽水泥。其物理力學(xué)性能見表1。

表1 水泥物理力學(xué)性能

（3）粉煤灰：采用福建新源粉煤灰開發(fā)有限公司生產(chǎn)的F 類Ⅱ級(jí)灰，細(xì)度為15.6%，吸水量比為99%，強(qiáng)度活性指數(shù)79%。

（4）碎石：碎石采用（5～31.5）mm 連續(xù)級(jí)配碎石，含泥量為0.2%，泥塊含量為0%，含水率為0.3%，壓碎值指標(biāo)為5%。

（5）外加劑：外加劑使用科之杰新材料集團(tuán)福建有限公司生產(chǎn)的Point-430HS（HWR-R）高效減水劑（緩凝型），減水率為22%，28d抗壓強(qiáng)度比為122%。

（6）機(jī)制砂：機(jī)制砂選用具有良好級(jí)配的Ⅱ區(qū)砂，細(xì)度模數(shù)為3.1，壓碎指標(biāo)值為13%，石粉含量為0（經(jīng)反復(fù)水洗）。將水洗出來的石粉烘干后按一定比例添入機(jī)制砂中，從而得到添加0、5%、10%、15%、20%的石粉的五級(jí)機(jī)制砂備用。

2 試驗(yàn)方案

利用上述原材料，設(shè)計(jì)C25、C35、C45、C55四個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的混凝土。保持基準(zhǔn)配合比不變，僅調(diào)整機(jī)制砂的石粉含量，觀察及測(cè)試拌制后的混凝土工作性能，并根據(jù)《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081-2019）測(cè)試28d混凝土立方體抗壓強(qiáng)度，從而探究機(jī)制砂石粉含量對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土性能的影響。

四組C25、C35、C45、C55 混凝土基準(zhǔn)配合比如表2所示。

表2 各強(qiáng)度配合比原材用量（單位：kg/m3）

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 石粉含量對(duì)混凝土工作性能的影響

3.1.1 混凝土工作性能分析

觀察所拌制的混凝土性能如表3所示，石粉含量小于5%時(shí)的C25混凝土出現(xiàn)了輕微泌水的情況，其余4組C25的混凝土均表現(xiàn)出了較好的工作性能。5組C35混凝土均表現(xiàn)出良好的工作性能，拌合物的坍落度隨著石粉含量的增大呈減小趨勢(shì)。而C45 的混凝土組當(dāng)石粉含量為15%時(shí)，混凝土拌合物流動(dòng)性明顯減弱，坍落度經(jīng)時(shí)損失隨著石粉含量的增大而增大。C55的混凝土組則是隨著石粉含量的逐步加大，混凝土黏聚性增加，坍落度減小，流動(dòng)性逐步變差。

表3 混凝土拌合物工作性能

3.1.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

對(duì)于以上試驗(yàn)結(jié)果，是由于在混凝土拌合物中，砂率對(duì)混凝土的工作性能起到至關(guān)重要的作用。而機(jī)制砂制備過程中通常出現(xiàn)兩頭多，中間少，即粗顆粒（2.36mm 以上）和細(xì)顆粒（0.05mm 以下）較多，但中間顆粒（尤其是1.18～0.30mm之間）較少，拌制混凝土?xí)r容易出現(xiàn)泌水離析的情況[2]。而石粉作為機(jī)制砂很好的補(bǔ)充，在混凝土拌合物中既對(duì)粗骨料進(jìn)行填充，又與水和水泥相互作用形成水泥砂漿，對(duì)粗骨料進(jìn)行包裹，形成具有一定工作性能及強(qiáng)度的混凝土。但石粉又是在母巖破碎過程中產(chǎn)生的小于75μm細(xì)小顆粒，比表面積大，需水量高。在中低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土中，混凝土水膠比相對(duì)較大，一定含量的石粉可以調(diào)整漿骨比，降低了泌水及離析情況的發(fā)生，從而對(duì)混凝土工作性能起到改善的作用。而在中高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，在外加劑作用下，其本身用水量較小，當(dāng)石粉含量較大時(shí)，將影響混凝土原有的漿骨比，水量嚴(yán)重不足的情況下，出現(xiàn)了黏聚性大，流動(dòng)性較差的情況。

3.2 石粉含量對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

3.2.1 混凝土抗壓強(qiáng)度分析

根據(jù)上述所拌制的混凝土性能，成型混凝土抗壓強(qiáng)度試件，經(jīng)過28d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后，測(cè)試其28d混凝土抗壓強(qiáng)度結(jié)果如表4、圖1～圖4所示。

圖2 C35混凝土強(qiáng)度

圖3 C45混凝土強(qiáng)度

表4 28d混凝土抗壓強(qiáng)度及變化率

通過表4、圖1～圖4可知，強(qiáng)度等級(jí)為C25的混凝土組，其混凝土強(qiáng)度隨著石粉含量的增大而增大，且石粉含量為20%的混凝土強(qiáng)度比石粉含量為0 的增長(zhǎng)達(dá)117%；強(qiáng)度等級(jí)為C35的混凝土組，其混凝土強(qiáng)度隨著石粉含量的增大表現(xiàn)出先增大后減小的情況，并在石粉含量為15%時(shí)，強(qiáng)度達(dá)到峰值，是石粉含量為0的111%；強(qiáng)度等級(jí)為C45的混凝土組，其混凝土強(qiáng)度也是隨著石粉含量的增大表現(xiàn)出來的先增大后減小的情況，但峰值相對(duì)于C35的混凝土組來的更早一些，即當(dāng)石粉含量為10%時(shí)，強(qiáng)度達(dá)到峰值，為初始值的108%；強(qiáng)度等級(jí)為C55的混凝土組，混凝土強(qiáng)度則是隨著石粉含量的增大略有增長(zhǎng)，但增長(zhǎng)幅度不大。

3.2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

對(duì)于以上試驗(yàn)結(jié)果，是由于機(jī)制砂制備過程中雖然有經(jīng)過整形，但相對(duì)于河砂而言，表面仍比較粗糙。而石粉含量的存在，剛好可以有效的填充機(jī)制砂與碎石之間的孔隙，改善顆粒級(jí)配，提高混凝土的密實(shí)性；加上石粉在水泥水化早期對(duì)Ca(OH)2和C-S-H的形成起到晶核作用，誘導(dǎo)水泥的水化產(chǎn)物析晶，加速水泥水化[2-3]；此外機(jī)制砂的高吸水性，進(jìn)一步影響混凝土原有的水膠比，出現(xiàn)了一定量的石粉對(duì)機(jī)制砂混凝土的強(qiáng)度起到促進(jìn)的作用。然而，并不是意味石粉含量越大，混凝土強(qiáng)度會(huì)不斷增大。究其原因在于，中低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，其水泥用量相對(duì)較低，石粉的存在充當(dāng)著填充孔隙，改善顆粒級(jí)配的作用，增大了混凝土的密實(shí)性；而高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，其配合比中本身膠凝用量較大，混凝土相對(duì)較密實(shí)，石粉的摻入對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響相對(duì)較小。相反，由于石粉的摻入，將增大混凝土的黏聚性，影響混凝土的流動(dòng)性，不利于施工。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，機(jī)制砂中石粉含量會(huì)影響機(jī)制砂混凝土的工作性能及抗壓強(qiáng)度，具體為：

（1）對(duì)于C25 及以下的混凝土，石粉含量為15%～20%時(shí)能夠改善拌合物的工作性能，減少泌水情況的發(fā)生，混凝土抗壓強(qiáng)度提升近120%；

（2）對(duì)于C30～C50 等中等強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，石粉含量在10%～15%時(shí)，混凝土拌合物展現(xiàn)了良好的工作性能，混凝土抗壓強(qiáng)度提升約為110%，而當(dāng)石粉含量過高時(shí)，將影響混凝土工作性能；

（3）對(duì)于C55 及以上的混凝土，石粉含量宜控制在5%以下，石粉含量對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響較小，但過高的石粉含量增大了混凝土的黏聚性，降低混凝土的流動(dòng)性，不利于混凝土的施工需求。

生產(chǎn)及試驗(yàn)過程中，應(yīng)根據(jù)所拌制的混凝土強(qiáng)度等級(jí)及機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)，合理控制及選取機(jī)制砂石粉含量，這對(duì)提高混凝土的整體性能至關(guān)重要。