機制砂中石粉含量對水泥混凝土強度的影響

魏小紅

(黑龍江省交投集團建設有限公司，黑龍江 哈爾濱 150001)

1 機制砂里石粉的性質及作用機理

雖然機制砂內的石粉尺寸低于0.075 mm，但由于其和自然砂內的泥粉性質完全不一樣，機制砂內的石粉形狀、細度類似于水泥，比表面積較小；機制砂內石粉并無多余的粘土、頁巖和有機物等，很干凈且性能佳；而自然砂包含的泥粉通常會涵蓋粘土、有機物等物質，其比表面積大且有膨脹性，性能差、不固定。

判別機制砂內石粉質量能通過MB亞甲藍來檢驗，結果會發現石粉的亞甲藍系數并不會由于石粉多少的改變而產生變化；而自然砂內泥粉的亞甲藍系數會因為泥粉多少的增加而變化，相關性明顯。表明機制砂內石粉并沒有膨脹性物質，石粉干凈；但自然砂內泥粉包含膨脹性物質，質量差，不固定。

機制砂內石粉含量會超出10%，其不會影響到大部分混凝土。而自然砂內泥粉會干擾混凝土強度、耐久性以及體積可靠性。機制砂內石粉針對水泥混凝土表現出了增粘、潤滑、回填、晶核、增大水化等作用。

2 原材料及測試方法

2.1 原材料

(1)水泥：選擇華潤水泥(封開)有限公司生產的P.O42.5級水泥，28 d防折和防壓強度分別是9.4 MPa與52.6 MPa，其余物理性質和化學成分如表1所示。

(2)細集料：機制砂選擇石灰巖機制砂，為廣東省興寧市源成建業有限公司所生產，其中細度模量是2.9，石粉含量為4.5%，壓碎值為18%，外觀密度是2.68 kg/m3；河砂細度模數是2.78，外觀密度是2.66 kg/m3，泥含量0.6%。石粉是機制砂內風選擇石粉，粒徑<0.075 mm。

(3)粗集料：選擇廣東省五華縣福龍石場生產的5～25 mm連續級配碎石。

(4)降水劑：選擇江蘇超力建材科技有限公司制造的CPA-R減水劑。

水：自來水。

2.2 測試方法

(1)混凝土的抗壓與抗折強度測試。測試參考《普通混凝土力學性能試驗方法》(GB/T50081-2002)，抗壓標準試件大小是150×150×150 mm，抗折標準試件大小是150×150×550 mm。

(2)耐磨測試。測試參考《公路項目水泥混凝土測試規程》(JTJ 053-94)，標準試件大小是150×150×150 mm。

(3)界面顯微硬度檢測。選擇上海尚光顯微鏡公司制造的HXS-1000型自動顯微硬度儀，試樣選擇尺寸為20×20×20 mm的立方體小塊件，把拋光外表的骨料埋進水泥漿體內，養護28 d，再制樣、檢測。石粉采取外摻法，模擬混凝土測試中的石粉比例來摻入，水灰比固定是0.32。

3 測試結果及分析

3.1 水灰比對水泥混凝土耐磨性的作用

檢測對比例探究了不同水灰比對水泥混凝土耐磨性的作用，測試中采取外摻石料的途徑調節機制砂里石粉含量是7%。而且，為減少混凝土漿體含量對混凝土耐磨性的制約，在比較水灰比影響時，選擇等體積砂漿手段來調整。

通過研究發現，隨著水灰比的下降，不管是機制砂或者自然砂混凝土的抗壓強度都逐漸加大，磨耗值不斷下降。伴隨水灰比的不斷下降，硬化混凝土的密實度上升，界面過渡區得到改善，所以混凝土的強度增加，磨耗值下降。而且，在相同條件下，機制砂混凝土的強度和耐磨性都優于自然砂混凝土，這是因為機制砂顆粒外表粗糙、多棱角，石粉顆粒和水泥石之中的界面黏結強度大，顆粒間機械結合力大，且機制砂里的石粉含量是7%，石粉在水泥混凝土中起到了填充效果，加大了混凝土的密實性，優化了混凝土的界面性能，所以機制砂混凝土的強度和耐磨性都優于自然砂混凝土。

3.2 砂率對水泥混凝土耐磨性的作用

以含量為7%的石粉為基準，比較探究砂率改變對機制砂混凝土耐磨性的制約。能夠看出，伴隨砂率的不斷增多，混凝土的磨耗值加大，耐磨性下降，主要是由于伴隨砂率的上升，混凝土內部漿體含量提升，粗集料的數量減少，混凝土的耐磨值加大。而且，砂率過低會制約水泥混凝土工作性，降低混凝土的密實性，惡化混凝土中孔結構，影響混凝土耐磨性和強度的提升。

3.3 石粉含量對水泥混凝土耐磨性的作用

為比較機制砂里石粉對水泥混凝土耐磨性的作用，機制砂里的石粉選擇外摻法來調整。當石粉含量少于10%時，伴隨機制砂里石粉含量的增多，機制砂混凝土的抗壓強度不斷提升，但是，當石粉含量超過10%時，水泥混凝土的抗壓強度又稍微下降。而且，伴隨石粉含量的增多，混凝土耐磨值會不斷下降，特別是當石粉含量維持在10%之內時，水泥混凝土磨耗值隨著石粉含量增多下降幅度明顯，但當石粉含量超過10%時，水泥混凝土的磨耗值又稍微提升，但幅度較小。機制砂里石粉對水泥混凝土耐磨性的作用有正負兩大效應，正效應是：機制砂里的石粉能夠完善混凝土內部顆粒級配，提升水泥混凝土的密實性，優化混凝土漿體孔結構，提高混凝土界面過渡區的嚴密性，進而提高混凝土的強度及耐磨性。負效應是：隨著機制砂里石粉含量的增加，機制砂里漿體含量不斷提高，而混凝土的耐磨性關鍵是受到混凝土內漿體的作用，但漿體含量太高時，將明顯下降混凝土的耐磨性，所以從增加混凝土漿體含量的方面來說，伴隨石粉含量的增加，水泥混凝土耐磨性將下降，機制砂里石粉正效應起主導作用，能提升混凝土的耐磨性，但當石粉含量超過10%時，石粉含量太高，機制砂里石粉負效應作用越來越明顯，水泥混凝土耐磨性不斷下降。

4 結 論

(1)伴隨水灰比下降，不管是機制砂或者自然砂混凝土的抗壓強度都逐漸加大，磨耗值不斷下降，在相同條件下，機制砂混凝土的強度和耐磨性都優于自然砂混凝土。

(2)隨著砂率的不斷增大，機制砂混凝土的耐磨性下降。

(3)當石粉含量保持在10%之內時，石粉含量的增多會減小機制砂混凝土的磨耗值，但是，當石粉含量超過10%時，機制砂混凝土的磨耗值又會增大。

(4)機制砂內石粉能夠有效改善水泥石和集料頁面過渡區效果，但當石粉含量太高時，頁面過渡區的效果不再得到優化，甚至產生劣化現象。