廣西地區機制砂中石粉在低強度等級混凝土中的應用分析

孫昕，邵江，翁曉芳

（1. 廣州市佳駿建材實業有限公司，廣東 廣州 510000；2. 增城市建暉預拌混凝土有限公司，廣東 廣州 510000；3. 廣州拓泰環境監測技術有限公司，廣東 廣州 510000）

廣西地區機制砂中石粉在低強度等級混凝土中的應用分析

孫昕1，邵江2，翁曉芳3

（1. 廣州市佳駿建材實業有限公司，廣東 廣州 510000；2. 增城市建暉預拌混凝土有限公司，廣東 廣州 510000；3. 廣州拓泰環境監測技術有限公司，廣東 廣州 510000）

本文研究了廣西地區機制砂在低強度等級混凝土中的應用方式。結果表明：廣西低強度等級機制砂混凝土具有“低膠材、高粉量”的特點，且混凝土具有良好的工作性和力學性能；在一定條件下，機制砂應用在低強度等級混凝土中，石粉含量可在 10% 的基礎上適當放寬；機制砂應用在低強度等級混凝土中時，砂率較天然砂要高，且控制拌合物的用水量和含氣量也較低。

機制砂；低強度等級混凝土；石灰石粉

0 引言

粉煤灰作為一種工業副產品，在混凝土中得到了較好的應用和推廣。諸多學者的研究均肯定了粉煤灰在改善混凝土工作性、強度和耐久性等方面的積極作用[1-3]。但是隨著煤的品質日益下降和水泥廠需求量的增大，目前市場上價格低廉、品質優良的粉煤灰已是越來越少，在市場上出現了以添加了減水劑的石灰石粉充當粉煤灰來賣的現象，混凝土公司發現此類粉煤灰只要通過調整配比，控制好減水劑品質等環節，在低強度等級混凝土中具有應用的可行性。所以，越來越多的混凝土公司直接使用價格更為低廉的石粉替代粉煤灰在低強度等級混凝土中使用。這種做法，在廣西地區混凝土公司已初見成效。

本文重點是介紹和剖析廣西地區商品混凝土公司這種“低膠材、高粉量”而且低碳、環保的混凝土制備方法，以多方生產應用來說明其可行性，從多角度分析其中原因，為此類做法的推廣和應用提供一定的理論基礎。

1 原材料和試驗方法

1.1 水泥和礦物摻合料

水泥是華潤（南寧）水泥有限公司生產的 P·O42.5 硅酸鹽水泥，各化學成分如表1所示。礦粉選用源盛 S95 礦粉，各項性能指標參數如表2所示。

表1　水泥各化學成分組成比例 %

表2　礦粉性能指標參數

1.2 骨料

在本試驗中的細骨料有兩種，一種是石粉含量相對較高的機制砂（S1），另一種是石粉含量相對較低的機制砂（S2），各項性能如表3所示。粗骨料選用粒徑范圍5～31.5mm，具有連續級配的碎石。粗細骨料級配曲線如圖 1所示。

表3　細骨料各項性能指標

圖1　骨料級配曲線

1.3 石灰石粉

本試驗中的石灰石質石粉是在機制砂生產過程中篩分出來的，按照篩孔尺寸，粒徑均小于 75μm。

1.4 外加劑

減水劑：聚羧酸緩凝早強型減水劑，固含量 10%，減水率 25.4%，密度 1.068g/cm3，pH=6.4。

1.5 試驗方法

1.5.1 新拌混凝土工作性測試

混凝土工作性的測試按照 GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法》[4]進行。

1.5.2 混凝土力學性能測試

混凝土力學性能的測試按照 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》[5]進行。

2 試驗結果與分析

2.1 試驗配合比

本次試驗配合比是按照南寧、玉林、賀州三個城市的 6家商品混凝土公司目前使用的 C30 配比進行，將這 6 組配比分別編號為：ND、NS、SD、NT、YL、HZ，具體配比如表 4所示。

表4　試驗配比 kg/m3

2.2 試驗結果與分析

2.2.1 試驗結果

表5分別是新拌混凝土和硬化混凝土的性能測試數據。

表5　試驗結果

2.2.2 試驗分析

針對本次試驗，主要從以下幾個方面分析：

（1）混凝土配合比特點

將表4中的這 6 組配比的表現形式稍作變動，具體做法是去掉石粉（包括細骨料中所含的石粉）重新計算原配比的水膠比和砂率，同時也得出了石粉在細骨料中的實際含量。此外添加一組目前廣州地區應用較為普遍的 C30 混凝土配比與前面的 6 組配比進行比較，編號為 GZ，結果如表6所示。

將表6后 6 組數據進行比較，同時與 GZ 相比有以下幾方面特點：首先，用水量相對 GZ 較低，只有 NT 的用水量達到 150kg/m3，其余均是 145kg/m3；其次，膠凝材料用量較少，YL 膠凝材料的用量低至 230kg/m3，導致混凝土的實際水膠比均比配比水膠高 0.1 左右；再次，砂率普遍較高，全部在45% 以上；最后，實際石灰石粉含量高，按照 GB/T 14684—2011《建設用砂》[6]標準要求，石粉含量應不大于 10%。

（2）新拌混凝土工作性

新拌混凝土工作性的數據如表5所示，6 組混凝土坍落度均在 210mm 以上，擴展度最小值為 580mm，含氣量普遍較低，均在 3% 以內。這主要與配比這個體系中粉料量充足、砂率相對較高有較大關系，如表6所示。粉料量，既包括配比中的膠材粉料，又包括體系中所有的惰性石粉。高砂率、高粉量，可使新拌混凝土漿體富余較多，從而具有良好的流動性、粘聚性、包裹性[7]。含氣量較低主要是高砂率和高用粉量，使混合體系的初始空隙率相對較低，而低用水量的做法會進一步降低體系中的含氣量。

表6　原配合比中部分參數的配比計算值與真實值對比

（3）硬化混凝土各齡期力學性能

由表6可知，這 6 組混凝土的真實膠材用量均不大于260kg/m3，但 6 組混凝土的 7d 強度有 4 組已達到 30MPa以上，28d 強度不小于 40.0MPa，按照 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設計規程》[8]，C30 混凝土 28d 抗壓強度應達到38.2MPa，所以，6 組混凝土 28d 抗壓強度均達到規范要求，這是多方面因素共同積極影響的結果。

在低強度等級混凝土中，抗壓強度是由界面過渡區和基體的孔隙率共同決定的，改善界面過渡區的強度，降低基體的孔隙率，可提高混凝土的力學性能。首先，上文已提到這 6組配比均含粉量高，混合體系初始孔隙率低，達到要求工作性的用水量也相應降低，而高粉量又可以降低大顆粒骨料周圍形成的水膜，使界面過渡區的水膠比更接近基體水膠比，同時一些惰性粉料可以發揮物理填充作用，改善基體的空隙率，提高混凝土強度[9-11]；其次，適當的引氣量，可提高混凝土的強度，混凝土引入氣體會產生兩個相反的效果，一方面是增大基體的孔隙率，另一方面提高拌合物的工作性和密實性，從而提高界面過渡區的強度，這個作用在拌合物中水和水泥用量較少的時候作用更加明顯，所以上述配比完全符合此特點；再次，骨料級配和構造進一步提高混凝土的力學性能，由表6可知，這 6 組混凝土的砂率均比 GZ 稍高，在低強度等級混凝土中，這樣的提高有益于混凝土強度的發展，由于機制砂的破碎方式導致其構造相對于天然砂更加粗糙，這就增強了水化水泥漿體與骨料之間的物理粘結強度；最后，骨料的礦物成分，廣西地區的機制砂和碎石多是由石灰石破碎而成的，屬于鈣質骨料[12]，有資料顯示，鈣質骨料較硅質骨料更利于提高混凝土的強度[13]。

3 結論與展望

（1）廣西地區的商品混凝土公司在低強度等級混凝土中采取適當的“低膠材，高粉量”的方式來制備混凝土是可行的，無論是新拌混凝土的工作性還是后期力學性能均表現良好，且有相關的理論依據，在全國其他地區，若材料的特點與之類似，可相應的探索這種低碳、節能的混凝土制備方式。

（2）在低強度等級混凝土中，細骨料中石粉的百分比可由目前國標規定的 10% 適當放寬，在本次試驗中石粉含量最高達 20%，后續可進一步探索石粉用量的臨界值。

（3）機制砂與天然砂相比應用在低強度等級混凝土時砂率較高，混凝土拌合物的用水量和含氣量均偏低，同時還應進一步探索這些因素對低強度等級混凝土耐久性方面的影響。

（4）在現有的基礎上，進一步探索在高強度等級機制砂混凝土中用水量、砂率和含氣量對性能的影響。

[1] 沈旦申，張蔭濟．粉煤灰效應的探討[J]．硅酸鹽學報，1981, 9(1): 58-63．

[2] 李國棟．粉煤灰的結構、形態與活性特征[J]．粉煤灰綜合利用，1988, (3): 35．

[3] 周萬良，方坤河，詹炳根．摻粉煤灰、礦粉混凝土抗碳化性能研究[J]．混凝土與水泥制品，2012, (12): 14-19．

[4] GB/T 50080—2002．普通混凝土拌合物性能試驗方法[S]．

[5] GB/T 50081—2002．普通混凝土力學性能試驗方法標準[S]．

[6] GB/T 14684—2011．建設用砂[S]．

[7] 馬燁紅，吳笑梅，樊粵明．石灰石粉作摻合料對混凝土工作性能的影響[J]．混凝土，2007, 6: 56-59．

[8] JGJ 55—2011．普通混凝土配合比設計規程[S]．

[9] 李北星，周明凱，蔡基偉，等．機制砂中石粉對不同強度等級混凝土性能的影響研究[J]．混凝土，2008(7): 51-57．

[10] V.L. Bonavetti, V.F. Rahhal, E.F. Irassar. Studies on the carboaluminate formation in limestone filler-blended cements [J]. Cement and Concrete Research, 2001, 31(6): 853-859.

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[13] 王稷良．機制砂特性對混凝土性能的影響及機理研究[D].武漢：武漢理工大學[A]，2008: 5．

［通訊地址］廣州市增城區朱村大道中 5 號 廣州市佳駿建材實業有限公司（510000）

The research of Guangxi manufactured sand in the low-grade concrete

Sun Xin1, Shao Jiang2,Weng Xiaofang3
(1. Guangzhou JiaJun Building Material Industrial Co., Ltd., Guangzhou 510000; 2. Zengcheng JianHui Ready Mixed Concrete Co., Ltd., Guangzhou 510000;.3. Guangzhou Toptech Enviromental Technology Co., Ltd., Guangzhou 510000)

Research on the applicationofmanufactured sand in Guangxi in region, especially in the low strength grade concrete. The results showed that, Guangxi low strength grade manufactured sand concrete has the characteristics of "low plastic material, high amount of powder". And concrete has good workability and mechanical properties.In certain conditions, the manufactured sand used in low-grade concrete, limestone powder can be relaxed on the basis of 10%; The manufactured sand ratio is higher than natural sand, and the control mixture of water and gas content is lower, when the manufactured sand is used in low strength grade concrete.

manufacturedsand; low strength grade concrete; limestone powder

孫昕（1988—），男，碩士。