人工砂石粉含量對(duì)混凝土性能的影響

■羅燦亮 ■三臺(tái)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(jī)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(duì)混凝土是有害的，必須嚴(yán)格控制其含量。而人工砂中適量的石粉對(duì)混凝土是有益的，有適量石粉的存在，彌補(bǔ)了人工砂配制混凝土和易性差的缺陷。同時(shí)，它的摻入對(duì)改善混凝土特細(xì)骨料的級(jí)配、提高混凝土密實(shí)性都有益處，進(jìn)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(duì)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(guān)于人工砂的標(biāo)準(zhǔn)，建設(shè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土用砂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》中人工砂的種類和技術(shù)要求，其將C30 以下的混凝土石粉含量放寬到10%，不承認(rèn)人工砂或洗走石粉的現(xiàn)象將隨著該標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施而改變。但隨著人工砂的逐步應(yīng)用，目前生產(chǎn)實(shí)踐對(duì)標(biāo)準(zhǔn)又提出了新的問題，這個(gè)問題，同樣反映在國標(biāo)上。即按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，C60 及以上的混凝土的石粉含量應(yīng)小于5%，C30～C55 的石粉含量應(yīng)小于7%，小于C30 混凝土的石粉含量應(yīng)小于10%。定這樣的指標(biāo)，當(dāng)初的考慮點(diǎn)是出于我國地域廣闊、礦產(chǎn)復(fù)雜、各地生產(chǎn)和使用人工砂的水平相差很大，對(duì)全國來講人工砂才處于剛剛起步階段，各地應(yīng)用人工砂石粉的工程經(jīng)驗(yàn)還不多。因此，標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)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(duì)待石粉含量，采用了比較謹(jǐn)慎的態(tài)度和較嚴(yán)的指標(biāo)。人工砂中的石粉絕大部分是母巖被破碎的細(xì)粒，與天然砂中的泥不同，它們?cè)诨炷林械淖饔靡灿泻艽髤^(qū)別。我國倡導(dǎo)建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)，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(jī)制骨料也是一種自然資源，其開采是對(duì)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(fèi)。其實(shí)，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(dāng)?shù)氖酆靠梢愿纳苹炷梁鸵仔院吞岣呋炷撩軐?shí)性，對(duì)提高混凝土性能有利。本文采用石粉含量14%左右的人工砂作為基準(zhǔn)砂，通過機(jī)制添加石粉配制成試驗(yàn)預(yù)定石粉含量，石粉含量變化范圍為6%～22%，機(jī)制翻拌均勻，將其作為研究對(duì)象。

1 混凝土原材料及基本性能

試驗(yàn)采用紅獅P·O42.5R 級(jí)水泥，其物理性能指標(biāo)見表1;采用宏遠(yuǎn)建材Ⅱ級(jí)粉煤灰，其物理性能見指標(biāo)見表2;細(xì)骨料采用涪江卵石破碎機(jī)制砂做為基準(zhǔn)砂，其物理性能指標(biāo)見表3;粗骨料采用涪江卵石破碎碎石，其物理性能指標(biāo)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(biāo)見表5。

表1 水泥物理性能

表2 粉煤灰物理性能

表3 細(xì)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(yàn)方案

2.1 人工砂石粉含量、泥粉含量亞甲基藍(lán)標(biāo)定曲線

通過對(duì)人工砂作篩分，以人工砂石粉含量14%樣品為基準(zhǔn)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(yàn)亞甲基藍(lán)吸附作曲線標(biāo)定，從而確定人工砂中石粉含量與含泥量的組成，試驗(yàn)步驟按《普通混凝土用砂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》方法進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果如表6:

表6 不同比例石粉含量與含粉含量亞甲基藍(lán)吸附量

由圖1 可知:人工砂含泥量與亞甲基藍(lán)消耗相關(guān)性較好。隨著人工砂含泥量的增加，亞甲基藍(lán)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(biāo)定曲線，對(duì)混凝土生產(chǎn)用人工砂樣品檢測的亞甲藍(lán)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(jī)制砂中的石粉對(duì)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(yàn)。按照水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法，對(duì)不同石粉摻量下進(jìn)行水泥膠砂強(qiáng)度試驗(yàn):分別在膠砂試驗(yàn)水泥中按5%、10%、15%、20%、25%摻入預(yù)先準(zhǔn)備的石粉樣品，檢測其不同摻量下對(duì)膠砂強(qiáng)度的影響。

圖1

圖2 不同石粉摻量下水泥膠砂強(qiáng)度

試驗(yàn)結(jié)果表明:石粉取代部分水泥后，對(duì)凝結(jié)時(shí)間和安定性均無影響。當(dāng)取代量小6%時(shí)，水泥強(qiáng)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(qiáng)度得以提高;當(dāng)取代量大于12%時(shí)，隨取代量的增加水泥強(qiáng)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(duì)混凝土拌合物及抗壓強(qiáng)度的影響

采用不同石粉含量的人工砂進(jìn)行混凝土拌合物試驗(yàn)研究，混凝土落度控制在170～210mm，擴(kuò)展度控制在450～510mm。混凝土配合比參數(shù)及拌合物試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 混凝土配合比參數(shù)及拌合物試驗(yàn)結(jié)果

圖3

試驗(yàn)結(jié)果表明:在保證坍落度、擴(kuò)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(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件28 天、60 天齡期抗壓強(qiáng)度，當(dāng)石粉含量6～14%范圍變化時(shí)，隨石粉含量的增大強(qiáng)度呈增加趨勢;當(dāng)石粉含量14～22%范圍變化時(shí)，隨石粉含量的增大強(qiáng)度呈略微下降;當(dāng)粉體量超過460KG/M3時(shí)，拌合物流動(dòng)速率降低。

圖4

試驗(yàn)結(jié)果表明:在保證坍落度、擴(kuò)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(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件28 天、60 天齡期抗壓強(qiáng)度，隨石粉含量的增大、粉煤灰摻量逐漸降低時(shí)，強(qiáng)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(duì)減水劑的吸附略大于粉煤灰;拌合物流動(dòng)速率無明顯變化。

3 石粉含量對(duì)預(yù)拌混凝土的重要性

每個(gè)預(yù)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(yīng)試驗(yàn)，同時(shí)還要根據(jù)生產(chǎn)的各種強(qiáng)度等級(jí)的混凝土比重選擇相對(duì)應(yīng)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(qiáng)度等級(jí)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(diǎn)在中低強(qiáng)度等級(jí)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(gè)重要因素。

4 總結(jié)

通過人工砂石粉含量對(duì)混凝土性能的影響試驗(yàn)研究，得出以下結(jié)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(shí)。從試驗(yàn)成果分析，減水劑摻量隨著石粉含量的增加而增大;石粉對(duì)減水劑的吸附略大于粉煤灰;適當(dāng)比例的石粉摻入混凝土中，可以調(diào)整中低強(qiáng)度等級(jí)混凝土的和易性，黏聚性和保水性，同時(shí)適當(dāng)比例的石粉摻入混凝土中，石粉具有微集料填充效應(yīng)、能增加部分強(qiáng)度等級(jí)混凝土的抗壓強(qiáng)度。(2)人工砂中石粉在水泥膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)和混凝土試驗(yàn)結(jié)果表明，其摻量對(duì)強(qiáng)度影響有一定差異。(3)通過混凝土拌合物性能試驗(yàn)結(jié)果表明，要達(dá)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(shí)也有利于混凝土的體積穩(wěn)定性。若中低強(qiáng)度等級(jí)混凝土用量大，可適當(dāng)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(duì)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(duì)混凝土的作用與影響，特進(jìn)行其機(jī)理研究很重要。比如，像石粉中特細(xì)級(jí)配的組成研究及其對(duì)混凝土密實(shí)度的影響、石粉在骨料與水泥界面中的作用等。

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