機制砂石粉含量對混凝土性能的影響

張鎧

摘要：本文以福建地區有代表性的機制砂（該地區母巖多為花崗巖，石粉中主要為巖石顆粒）為研究對象，通過研究不同石粉含量（5%、7%、10%、12%）的機制砂對混凝土拌合物性能、力學性能和耐久性能的影響，得出一些有指導意義的結論，為機制砂混凝土的應用推廣提供借鑒和參考。

關鍵詞：機制砂;石粉含量;亞甲藍;配合比;拌合物性能;力學性能;耐久性能

一、引言

近年來，隨著全國基礎設施建設的持續發展，建設用天然砂的資源已愈漸匱乏，同時，天然砂的不斷開采對河道和水資源環境也帶來不可逆的破壞。為解決工程建設的實際需求和水資源生態環境保護問題，利用開采巖礦生產機制砂應用于各類工程建設已是一件逐步被廣泛采用的措施。由于機制砂在巖質、粒形、粒徑組成、石粉含量等相較于天然砂相比有較大的差異，用其拌制的混凝土相比天然砂混凝土存在流動性、坍落度經時變化等和易性能，以及混凝土內部結構等方面的不同之處;而關于機制砂混凝土的研究中較多的是對摻加摻合料后性能的研究報道較多，對機制砂石粉含量對混凝土性能影響的研究還不夠全面和深入;現行的國家標準或行業標準，對石粉含量的限定各不一致，也相對較為嚴格，機制砂廠家為了使機制砂原材能夠滿足標準規范的限值要求，通常將機制砂中的石粉含量洗除，嚴重影響混凝土的各項性能，通過研究福建地區有代表性的機制砂（該地區母巖多為花崗巖，石粉中主要為巖石顆粒）不同石粉含量（5%、7%、10%、12%）對混凝土拌合物性能、力學性能和耐久性能的影響，得出一些有指導意義的結論，為本地區機制砂混凝土的應用推廣提供借鑒和參考。

二、試驗設計

1、 原材料

1.1水泥：選用 “紅獅”牌P.0 42.5水泥，其密度為3090kg/m3，比表面積為352m2/kg，初凝時間為215min、終凝時間為294min，28天抗折強度為8.7MPa，28抗壓強度為55.8MPa。

1.2粉煤灰：選用漳州后石電廠Ⅱ級F類粉煤灰，其細度為22.9%，需水量比為101%，燒失量為2.3%，含水量為0.8%，三氧化硫為1.5%，密度為2100kg/m3，28天活性指數為72.2%。

1.3粗集料：碎石;規格5-31.5mm，其表觀密度為2630kg/m3，堆積密度為1470kg/m3，吸水率為2.0%，含泥量為0.8%，泥塊含量為0.2%。

1.4機制砂：母巖為花崗巖，其表觀密度為2620 kg/m3，石粉含量分別為5%、7%、10%、12%，亞甲藍MB值分別為0.5g/kg、0.5g/kg、0.7g/kg、0.7g/kg、0.8g/kg。

1.5減水劑：緩凝型高性能減水劑，其減水率：29%;泌水率比：33%;含氣量：2.9%;初凝時間差：+170min;7天抗壓強度比：174%;28天抗壓強度比：153%;28天收縮率比：108%;含固量：14.42%;氯離子含量：0.02%。

1.6拌和用水

采用廈門地區自來水。

2、混凝土配合比設計

以石粉含量分別為5%、7%、10%、12%，水膠比在0.55～0.28，粉煤灰摻量為20%，外加劑摻量根據混凝土的拌合物性能進行調整，配制和易性良好，坍落度在120±20mm范圍內的混凝土，配合比設計依據JGJ 55-2011《普通混凝土配合比設計規程》、JTS202-2011《水運工程混凝土施工規范》，具體配合比（外加劑用量根據混凝土的拌合物性能進行確定，具體用量見表2）如下表1：

三、試驗結果與分析

根據上述配合比測定不同石粉含量下（5%、7%、10%、12%）的混凝土拌合物性能（以外加劑摻量表征）、力學性能（以抗壓強度表征）和抗氯離子滲透性能（以56天混凝土電通量表征），檢測方法依據JTS 236-2019《水運工程混凝土試驗檢測技術規范》，檢測結果如下表2：

1、混凝土拌合物性能與石粉含量的關系

在水膠比較大為0.55、0.50時，當石粉含量從5%變化至12%，所需外加劑量平穩增長變化;在水膠比為0.45、0.40、0.35時，當石粉含量從5%變化至10%，所需外加劑量亦顯總體平穩增長變化趨勢，但當超過10%左右時，則出現拐點，外加劑用量呈較明顯的上升，且混凝土稍顯粘稠，但總體和易性良好;在水膠比較小為0.30、0.28時，當石粉含量超過5%左右，外加劑需求量直線上升，且混凝土明顯粘滯難以施工。

由此可知，當水膠比較大時，石粉含量可相對較大，當水膠比較小時，則應適當降低石粉含量，以保證混凝土的工作性能。這是由于當水膠比較大時，混凝土中的總粉料較少，較高的石粉含量能夠補充混凝土中總粉料，滿足包裹較粗的集料顆粒的需求，起到潤滑作用，此情況下外加劑用量隨石粉含量的增加而平穩增長，混凝土能較好地滿足混凝土流動性、工作性能要求;而當水膠比較小時，混凝土中的細粉料較多，此時若增大機制砂中的石粉含量，則混凝土中各粒級材料的總比表面積將明顯增大，若要達到同樣的流動性要求，則所需的外加劑或用水量亦需明顯增加。

2、混凝土力學性能與石粉含量的關系。

從表2分析石粉含量與混凝土抗壓強度的關系，可看到當石粉含量從5%變化至12%，在水膠比從0.55至0.28的全范圍內的各種情況下，混凝土強度隨石粉含量的總體變化趨勢平緩且略有提升，即石粉含量從5%到12%對混凝土的抗壓強度有一定的利好影響，這是因為適量的石粉含量，能夠進一步優化混凝土中的細粒材料級配，填充和密實混凝土的微細空隙，從而提高混凝土的密實性和強度。

3、混凝土耐久性能與石粉含量的關系

從表2可見，隨著石粉含量從5%升至12%，混凝土抗氯離子滲透性電通量值（56d）總體保持平穩且略有降低的變化趨勢，即石粉含量的變化對混凝土抗氯離子滲透耐久性亦有一定利好，且當水膠比為0.55、0.50時，抗氯離子滲透性電通量值變化較大，這是因水膠比較大時，混凝土中的膠凝材料本來較少，石粉含量的適量增加對混凝土的密實性提高更為明顯。

四、結論

根據本次的試驗結果，結合已有的實踐經驗，對于亞甲藍值≤1.4g/kg的機制砂，其石粉含量在一定范圍內能夠較好的提高混凝土的各項性能，對石粉含量的要求可總結如下：

1、拌制中低強度混凝土時（水膠比≥0.50），混凝土中的總粉料較少，較高的石粉含量能夠補充混凝土中總粉料，滿足包裹較粗的集料顆粒的需求，起到潤滑作用，此情況下外加劑用量隨石粉含量的增加而平穩增長，混凝土能較好地滿足混凝土流動性、工作性能要求，其石粉含量限值建議可取12%;

2、拌制中高強度混凝土時（水膠比0.35～0.45），混凝土中的總粉料適中，當石粉超過10%左右時，出現拐點，外加劑用量呈較明顯的上升，且混凝土稍顯粘稠，但總體和易性良好，故機制砂石粉含量限值建議可取10%;

3、拌制高強混凝土時（水膠比≤0.30），混凝土中的細粉料較多，石粉含量超過5%左右，外加劑需求量直線上升，且混凝土明顯粘滯難以施工，此時若增大機制砂中的石粉含量，則混凝土中各粒級材料的總比表面積將明顯增大，若要達到同樣的流動性要求，則所需的外加劑或用水量亦需明顯增加。故機制砂石粉含量限值建議宜取5%及以下。

五、結束語

本文通過研究機制砂石粉含量對混凝土性能的影響，提出不同強度等級混凝土的機制砂石粉含量限值要求，為機制砂混凝土的應用與推廣提供借鑒。

參考文獻：

[1] JGJ 55-2011《普通混凝土配合比設計規程》.

[2] JTS202-2011《水運工程混凝土施工規范》.

[3] JTS 236-2019《水運工程混凝土試驗檢測技術規范》.

（作者單位：中交三航局廈門分公司）