石粉對C60混合砂混凝土力學性能和徐變的影響

楊劍勇，程曉凱

（山西太舊高速公路管理有限責任公司 平陽管理中心，山西 陽泉 045000）

0 引言

砂作為混凝土的必需原材料之一，用量占到混凝土總體積的30%，其質量對于新拌及硬化混凝土的性能有著重要影響。隨著天然砂資源的日趨匱乏及政府部門對環境保護的加強，機制砂逐漸成為我國混凝土用砂的主要來源，部分地區機制砂的應用比例已達50%[1]。機制砂是巖石經機械破碎而成，其區別于天然砂的顯著特點是粒形尖銳、表面粗糙、級配不良，且含有一定數量（約10%～20%）的粒徑小于75 μm的石粉[2]。機制砂近年來越來越多地被用來與河砂混合使用作為細集料應用于水泥混凝土工業中，配合比設計、石粉含量、級配等因素對混凝土性能都會產生不同的影響[3-4]。因此，本文開展了不同石粉含量的混合砂混凝土的力學試驗和徐變試驗，探究石粉含量對上述性能的影響，為機制砂、混合砂在實際工程中的應用提供技術支撐。

1 原材料和試驗方法

1.1 原材料

a）水泥 華新水泥公司 P·Ⅱ52.5水泥，3 d、28 d 抗壓強度為 31.2 MPa、59.5 MPa。

b）粉煤灰 陽邏電廠F類I級粉煤灰，密度2.34 g/cm3，需水量比 93%。

c）礦渣粉 福建羅強建材公司S95級粒化高爐礦渣粉，比表面積403 m2/kg，7 d、28 d混合砂漿活性指數為78%、102%。

表1 原材料的化學組成分析 wt%

d）粗集料 中建商混5～25 mm連續級配花崗巖碎石，表觀密度2710 kg/m3，壓碎值8.0%。

e）細集料 福建平潭花崗巖機制砂、閩江天然河砂。兩者篩分、物理力學性能測定結果見表2和圖1。

表2 機制砂與河砂的物理力學性能

圖1 機制砂、河砂顆粒級配曲線

f）外加劑 江蘇建科院聚羧酸高性能減水劑，固含量18.3%，減水率18.2%；引氣劑，固含量4.8%。

g）混凝土按56 d齡期C60強度等級設計，通過改變機制砂/河砂比例調整混合砂混凝土中石粉含量，混凝土配合比如表3。

表3 各組混凝土配合比

1.2 試驗程序

新拌混凝土坍落度、擴展度、含氣量按照GB/T 50080—2002標準[5]進行測試。硬化混凝土抗壓強度、彈性模量、抗折強度按照GB/T 50081—2002標準[6]進行測試，試件尺寸分別為150 mm×150 mm×150 mm，150 mm×150 mm×300 mm，100 mm×100 mm×400 mm。

混凝土徐變試驗按照 GB/T 50082—2009標準[7]進行測試。徐變試件規格100 mm×100 mm×400 mm，在標準養護室養護至14 d開始進行徐變測試，徐變加載應力取棱柱體試件抗壓強度的40%。

2 結果與討論

2.1 工作性

表4 新拌混凝土工作性

從表4可以看出，隨著細集料中機制砂比例的增加，石粉含量隨之增加，混凝土的坍落度有所降低，含氣量減小，工作性稍微變差。HHS0、HHS3、HHS5、HHS7中石粉含量分別為 0、3%、5%、7%，石粉粒徑細（ 小于 75 μm），比表面積大（ 270 m2/g），導致需水量增加，黏度增大，降低拌合物的流變性能，因此混合砂混凝土的流變性能隨石粉含量的增加而降低。另外，由于機制砂顆粒相比河砂更加尖銳、粗糙，因此造成新拌混凝土流動時內摩擦阻力增大，降低流動性。

2.2 力學性能

圖2 石粉含量變化對混凝土力學性能的影響

從圖2可以看出，隨著混合砂中石粉含量的增加，各組混凝土的立方體抗壓強度、軸心抗壓強度、抗折強度、抗壓彈性模量均呈現先增加后降低的趨勢，其中混合砂中石粉含量為5%時，即：試樣HHS5的上述力學性能最優。當石粉含量從0提高到5%時，混凝土28 d齡期立方體抗壓強度、軸心抗壓強度、抗壓彈性模量分別提高9.14%、1.96%、8.96%，混凝土56 d齡期抗壓強度、抗折強度分別提高6.21%、16.98%。混合砂混凝土力學性能的提高原因在于：一方面適量的石粉在混凝土體系中能夠起到填充效應，使水泥石更加密實，堵塞毛細孔擴散通道，降低孔隙率，使得混凝土內部結構更致密；另一方面，機制砂表面粗糙，可以增大其與水泥石的機械嚙合力，提高強度。

2.3 徐變

圖3 混合砂混凝土徐變度-齡期曲線

圖3給出了各組混凝土齡期與徐變度的關系圖。可以看出：各組混凝土徐變度與齡期具有對數函數關系，隨著齡期的延長徐變度均呈收斂趨勢變化。前3個月，徐變增加較快，90 d齡期各組混凝土徐變度達到180 d齡期徐變度的80%以上，之后徐變度只有微弱增加。對比發現，HHS5與HHS0的徐變度較為接近，180 d徐變度大約為15.0×10-6MPa-1，HHS7的徐變度最大，為16.9×10-6MPa-1。混凝土的徐變受混凝土中骨料的特性和漿體數量的影響比較顯著，同時還受到混凝土強度的影響，一方面機制砂中的石粉增加了混凝土中漿體的質量分數，同時機制砂取代河砂使得混凝土的砂率有所提高，總體砂漿量的提高會增加混凝土徐變；另一方面，石粉的存在完善了微細集料的級配，填充了部分空隙，使混凝土結構更加致密，提高了混凝土強度，降低了其變形性能，同時機制砂具有高的彈性模量，更加粗糙的表面和更多的棱角，且長寬比大于天然砂，顆粒之間的嚙合力較強，對變形有一定的限制作用。混合砂混凝土的徐變變形受到上述兩方面因素的影響，其中石粉含量變化起主要作用。

3 結論

a）混合砂中石粉含量的增加能夠降低新拌混凝土的工作性，增加拌合物的黏聚性。

b）隨著石粉含量的增加，混合砂混凝土的力學性能先增大后減小，在石粉含量為5%時力學性能最優，主要是由于石粉的填充作用以及機制砂粗糙形貌增大了與水泥石之間的嚙合力。

c）混合砂中石粉含量在7%以內時，隨著石粉含量的增加，混凝土徐變度隨之增大主要是由于石粉增加了混凝土中漿體數量。