論機制砂中石粉含量對水泥混凝土工作性及強度的影響

何玉柒

（安徽省高速公路試驗檢測科研中心有限公司 安徽省合肥市 230061）

1 機制砂的定義

按照交通運輸部行業標準《公路工程水泥混凝土用機制砂》（JT/T819-2011），機制砂的定義為：機制砂是指經除土處理，由機械破碎，篩分制成的粒徑小于4.75mm的巖石顆粒，但不包含軟質巖石，風化巖石的顆粒。

2 機制砂的石粉含量嚴重制約了機制砂的推廣應用

機制砂中的石粉，指的是粒徑小于0.075mm的顆粒，交通行業標準《公路工程水泥混凝土用機制砂》（JT/T819-2011）中明確了用于配制各等級混凝土用機制砂的石粉含量技術要求。但是在實際工程中，機制砂推廣應用困難重重，究其原因是多方面的，其中工程技術人員對石粉在機制砂混凝土中作用研究不夠和行業標準對機制砂中的石粉含量限制過嚴無疑是其中最重要的原因之一，如交通運輸部行業標準《公路工程水泥混凝土用機制砂》（JT/T819-2011）規定強度等級小于C30、C30～C60、大于C60的混凝土用機制砂中的石粉含量限值分別為10%、7%、5%，與國外標準相比過于嚴格，嚴重地制約了機制砂的應用。這主要體現在以下三方面：

（1）石粉含量要求過高增加了制砂的成本。通常，未經除塵的機制砂石粉含量一般大于10%以上，高者達到20%左右，而標準中對石粉含量要求分別要達到10%、7%、5%以下，如果要達到標準要求，則需要將大部分除掉除掉，機制砂的有效產量會大幅降低，同時，處理粉塵也需要耗費資金。

（2）除粉過程不僅需要消耗大量資源，也對周邊環境造成破壞。目前，機制砂除粉工藝一般采用水洗或旋風除塵，前者需要耗費大量的水資源，后者容易對環境造成污染。

（3）對機制砂的石粉含量要求過于嚴格，會破壞了機制砂的自然級配，導致混凝土工作性差。機制砂中適量石粉的存在有利于改善機制砂的堆積密度和混凝土的和易性，相反石粉含量過低還容易造成混凝土離析、泌水。值得指出的是，洗砂過程不僅是洗去了有用的石粉，還有部分0.075mm的以上的顆粒也被除去，導致機制砂的級配不良，從而使配制的混凝土和易性更差。

因此，為了保護自然和生態環境，加速機制砂的推廣應用，有必要對機制砂中的石粉特性和作用機理進行深入研究和探討，并通過試驗確定配置不同強度等級的水泥混凝土用機制砂最適宜的石粉含量。

3 機制砂中石粉的特性與作用機理

機制砂中石粉，其粒徑雖小于0.075mm，但機制砂中石粉與天然砂中的泥粉完全不同，機制砂中石粉的顆粒形貌、細度與水泥接近，比表面積較小；機制砂中石粉不包含粘土、頁巖、有機物等有害成分，較為潔凈，性能穩定；而天然砂中的泥粉往往包含粘土、甚至有機物等有害成分，這些物質比表面積大，具有膨脹性，性能較差且不穩定。

判斷機制砂中的石粉質量可以通過MB亞甲藍試驗進行檢驗，試驗會發現石粉的亞甲藍值不會隨石粉含量的變化而變化；而天然砂中泥土亞甲藍試驗發現，亞甲藍MB值隨著泥粉含量增加而增加，相關性明顯。這說明機制砂中石粉，沒有膨脹性粘土，是非常潔凈的；而天然砂中泥粉含有膨脹性粘土，質量較差，性能不穩定。

機制砂中的石粉含量一般都超過10%，這個含量對大多數混凝土不會產生有害的影響。而天然砂中的泥粉對混凝土的強度、耐久性和體積穩定性是有害的。石粉在機制砂混凝土中有增粘、潤滑、填充、晶核、水化增強等多種效應。具體來說，石粉的作用體現在以下三方面：

（1）對于級配較差的機制砂，石粉能明顯地增加其堆積密度，從而改善其級配。

（2）石粉能促進水泥混凝土水化誘導期和加速期的結束時間提前，并對水泥水化有增強作用。

（3）石粉在某種程度上能代替水泥的作用，使混凝土內部孔徑得到一定程度的細化，能夠提高混凝土的綜合性能。

4 機制砂中石粉含量對水泥混凝土工作性能和強度影響

參照《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ55-2011）分別進行C30和C50機制砂混凝土配合比設計，混凝土的配合比見表1，并按照不同的石粉含量對混凝土的工作性和強度進行試驗，結果見表2和表3。

表1 機制砂水泥混凝土配合比一覽表

表2 不同石粉含量的C30機制砂混凝土工作性和強度試驗結果

從以上試驗表明，對C30混凝土和C50混凝土，機制砂的最優石粉含量是不同的。在一定的范圍內，混凝土拌合物的工作性隨石粉含量的增大而而得到明顯改善，混凝土的28d標準抗壓強度也能達到比較理想的狀態。當然，石粉也并不是越多越好，對C30混凝土來說，最優石粉含量為10～15%，對C50混凝土來說，最優石粉含量為5～10%。

5 結束語

由于河砂的不可再生性和保護環境的需要，機制砂代替河砂將是未來一段時間水泥混凝土技術的研究和發展趨勢。本文通過對機制砂中的石粉特性和作用機理進行深入探討，并通過試驗確定不同強度等級的水泥混凝土用機制砂最適宜的石粉含量，建議在機制砂加工和使用過程中應注意以下幾方面：

表3 不同石粉含量的C50機制砂混凝土工作性和強度試驗結果

（1）機制砂的石粉含量對其使用性能影響較大，因此應根據混凝土的標號對機制砂的加工質量進行嚴格控制。

（2）機制砂中石粉，其與天然砂中的泥粉完全不同，較為潔凈，性能穩定，增加石粉，會改善混凝土的離析和泌水現象。因此機制砂的石粉含量并非越低越好；對于低標號混凝土可適當提高石粉含量如10～15%，對于高標號混凝土，石粉含量應取低值，如5～10%。

（3）為加速機制砂的推廣應用，建議標準制定部門對機制砂中的石粉含量進行充分的調研和研究，在確保混凝土質量的前提下，適當提高機制砂中的石粉含量標準。

[1《]公路工程水泥混凝土用機制砂》（JT/T819-2011）[S].中華人民共和國交通運輸部.北京：人民交通出版社，2011.

[2]李鳳蘭，劉春杰，潘麗云，李長永.機制砂混凝土概論[M].北京：中國水利水電出版社，2014.

[3]李婷婷.機制砂在茶吉高速公路中的應用研究[D].武漢：武漢理工大學，2009.