機制砂石粉含量對混凝土性能的影響及對策

鄭 銳

（葛洲壩宜昌伍家崗商品砼有限公司,湖北宜昌443000）

與天然砂不同，機制砂在配制混凝土時，其耐久性、配合比和剛度等不同。在以往工程研究中，機制砂配制混凝土雖已得到初步應用，但是，缺乏系統性的成果總結和分析，主要表現在：石粉的顆粒范圍不一；石粉含量和機制砂的制造工藝相互割裂，石粉含量的控制均通過外摻磨形式實現；對于機制砂混凝土的各項性能研究不夠全面等。另外，試驗研究表明，當機制砂的細度模數和顆粒級配達到指標時，機制砂的石粉含量不穩定，出現較大波動?；谝陨媳尘?，本文對機制砂石粉含量對混凝土性能的影響和改善策略進行研究，為混凝土施工控制研究提供依據。

1 試驗分析

1.1 材料選擇

本文選用的機制砂材料為湖北城堡投資有限責任公司生產的機制砂，細度模數和表觀密度分別為2.91和2740kg/m3，亞甲藍的MB值為1.0，砂中的石粉含量是將機制砂經篩分測量、調整得到。水泥選用葛洲壩當陽水泥有限公司生產的標號為42.5的普通硅酸鹽水泥。石子選用表觀密度為2760kg/m3、堆積密度為1498kg/m3,其含泥量為0.5%，針片狀顆粒含量為4%。

1.2 對比試驗設計和方法

本文選擇石粉比例為3%、5%、7%、10%、13%、16%6個等級。其他參數如水灰比、砂率和用水量等固定不變。參照通用線性的混凝土配合比例設計規范，本著節約原則，本文選用水膠比為0.46，單位用水量選擇180kg/m3，混凝土等級選擇C30。

具體試驗方法參照混凝土拌合機性能測定方法進行。試驗試塊選擇邊長為150mm的立方體，彈性模量試驗材料選擇長寬高分別為150mm、150mm、300mm的棱柱試件進行，抗拉強度采用相同試件，抗彎強度測定選擇150mm、150mm、550mm的梁試件進行。

1.3 試驗結果討論分析

6個等級的石粉含量所生產的混凝土各項性能如表1所示。

從上表可知，在石粉含量處于7%～10%時，其粘性隨著濃度的增大而增大，保水性能也變得越來越好。當達到10%以上時，以上參數進一步增強，但其抗拉強度、抗壓強度無顯著差異。另外，試驗還對其坍落度進行了測定，當石粉含量小于10%時，坍落度測定值為190mm；當大于10%時，坍落度隨著石粉含量的增大而略有減小，機制砂混凝土的粘聚性和保水性較好?？傊?，除3%～5%的石粉含量混凝土各項性能表現較差外，7%～16%的石粉含量攪拌而成的混凝土各項性能表現良好，易于成型。

2 混凝土各項力學性能測定

2.1 抗壓強度

圖 1棱柱抗壓強度、軸心抗壓強度與棱柱抗壓強度比值

如圖1所示，被測試樣抗壓強度分為立方體棱柱和軸心抗壓強度。經試驗測定，本文各個含量石粉生產的混凝土均滿足強度要求，其中棱柱抗壓強度均大于38.3MPa，軸心抗壓和棱柱抗壓的比值在區間（0.83,0.93）內，此比值符合以往相關研究結果，但比一般天然砂生產的混凝土對應值略高。分析是由于機制砂的表面粗糙和棱角形狀決定的，由于以上表面的相互作用，降低了軸心受壓混凝土的橫向形變，提升了軸心抗壓強度。

2.2 抗拉強度

為了驗證抗拉強度和抗壓強度的關系，試驗分析了各配比混凝土的抗拉強度。經測定，抗拉強度隨石粉的含量增大而相應增大，除3%含量的石粉內，所有石粉含量測定的抗拉強度均滿足要求，且大于計算值。其抗拉強度和抗壓強度的比值分布在區間（1.09～1.21）內。分析是因為劈裂現象往往發生在石子的表面，當石粉含量提高，水泥石粉將石子表面充分覆蓋，水泥石和粗骨料的界面粘性增強，混凝土的抗拉強度提升。石粉含量3%的混凝土，由于保水性差導致密實度低，石子未能被砂漿完全包裹，導致其抗拉強度降低。

2.3 彈性模量

本文還研究了不同含量石粉對混凝土彈性模量的影響，測定并分析了彈性模量的實際測量值，以及彈性模量和計算值之間的變化關系。得出以下結論：彈性模量隨著石粉含量的增大先增強而后降低，實測值和計算值的比值在區間（1.17,1.46）內。彈性模量的降低是由于砂石填充值石子表面在發生擠壓時，能起到一定的協同抵御作用；后續彈性模量的降低說明，砂漿在對石子進行全面包裹并且較多的水泥石粉對混凝土的整體架構起到了削弱作用，使得混凝土在受力時發生變形能力增強，最終導致彈性模量減小。

綜上所述，當石粉含量控制在16%以下時，混凝土的各項力學性能滿足國家現行的各項規定要求。

3 結論

本文就機制砂石粉含量對混凝土性能的影響和改善策略進行研究，主要得出以下結論：在機制砂各項指標符合條件且參數固定的條件下，石粉含量可控制在5%～16%之間。在以上含量下，混凝土的各項性能滿足其工作特性要求，同時也滿足國家現行混凝土各項規范要求。當石粉含量在3%時，混凝土保水性能和粘性較差，使得混凝土的密實度、抗拉、抗壓強度均較差，不利于混凝土的最終質量。改善機制砂生產工藝流程，將機制砂的除泥工作前移于破碎前，并混合以石粉，可以提升混凝土的整體質量。

盡管本文對C30等級的混凝土進行了研究，但未進行不同等級的石粉含量對其他等級的混凝土力學、結構和其他工作性能的研究，這也是待后續研究的方向。