公路橋梁施工中機制砂石粉含量對混凝土性能影響分析

羅德玉

（四川濟通工程試驗檢測有限公司，四川 成都 610200）

0 引言

公路橋梁施工過程中，混凝土需求量巨大，混凝土的性能對原材料的品質有直接影響。作為一種重要的混凝土骨料，機制砂的質量有較大波動，特別是石粉含量的變化更是不同程度影響到混凝土的性能。而石粉含量過多或過少均會對混凝土的可塑性、力學特性和長期耐久性等方面造成不良影響。另外，隨著人們環保意識的不斷提升和天然砂資源的逐漸缺乏，公路橋梁施工中也越來越多的應用到機制砂[1]。因此，對機制砂石粉含量對混凝土性能的影響進行研究，既有利于規范機制砂在公路橋梁施工中的應用措施，還可為混凝土配合比提供有效的依據，從而促進公路橋梁事業的健康持續發展。

1 機制砂石粉的基本特性

1.1 機制砂石的定義與分類

機制砂石也叫作人工砂石，是通過機械加工手段，如破碎和篩分等步驟制造出來的，旨在滿足建筑工程中對砂石骨料的需求。這種材料主要以礦石、尾礦、廢棄建筑物料等為原料，經過精細加工制成，具有含泥量低、級配合理、粒形好等優點。

由于加工原料和粒徑各有差異，機制砂石的類型也較多。根據加工原料的不同主要分為花崗巖砂、石灰石砂、玄武巖砂等；根據粒徑大小的不同主要分為粗砂、中砂、細砂和特細砂等。機制砂石的類型不同，其物理、化學性質及其在工程中的應用也存在較大差異。

1.2 機制砂石粉的物理化學性質

機制砂石加工時會產生一種細粉末狀物質，即機制砂石粉，該物質的物理和化學特性會對混凝土的性能產生較大影響。

機制砂石粉的物理性質如下：機制砂石粉的粒徑一般不超過0.075mm，比表面積和吸附能力較高，因此其可充分填充混凝土骨料間的空隙，增強了混凝土的緊實度和施工適應性。而且機制砂石粉的粒形和級配也會對混凝土的分布和堆積狀態產生一定影響。其化學性質如下：通常機制砂石粉是由碳酸鈣、二氧化硅、氧化鋁等無機化合物組成，這些化合物可與混凝土中的水泥水化產物發生化學反應，形成對混凝土的強度和耐久性產生影響的水化產物。另外，機制砂石粉還含有如硫化物、氯化物等有害物質，這些物質會影響混凝土的耐久性[2]。

2 機制砂石粉含量對混凝土性能的影響

2.1 石粉含量對混凝土工作性能的影響

2.1.1 對混凝土流動性的影響

混凝土流動性的變化會受到機制砂石粉含量增多的顯著影響。含量適當的石粉可對骨料間的空隙進行填充，使骨料間的摩擦減少，提升混凝土的流動性。但如果石粉含量較高，因為石粉擁有較大的比表面積和出色的吸附能力，它能夠吸附大量的水泥漿，從而使得混凝土的流動性減弱，甚至出現干硬，無法正常施工的情況。所以需要根據原材料性能和施工要求合理控制混凝土中機制砂石粉的含量，以保障混凝土的流動性達到施工所需的標準。

2.1.2 對混凝土泌水性的影響

機制砂石粉含量還會一定程度影響混凝土的泌水性。泌水性指的是在澆筑混凝土的過程中，因骨料沉降和水分上升而在表面形成水珠析出的現象。適量的石粉含量能有效提升混凝土的持水能力，從而降低表面泌水的概率。但如果石粉含量較高，因其強烈的吸水性，會吸取混凝土中的部分水分，進而使得混凝土內部的濕度下降，反而會導致混凝土的泌水情況加劇。泌水現象既會對混凝土的外觀質量產生影響，還會使混凝土的強度和耐久性降低。因此，為了保持混凝土保水性和泌水性之間的平衡，在制備混凝土前需要先通過實驗手段來確定最理想的石粉添加量。

2.1.3 對混凝土含氣量的影響

含氣量指的是混凝土內部空氣所占體積與混凝土整體體積之間的比例。適當的石粉含量可使混凝土的密實性增加，混凝土中的氣泡含量減少。但如果混凝土中的石粉含量較高因為石粉的粒徑相對較小，比面積較大，極易吸附空氣形成氣泡，進而增加混凝土的含氣量。隨著含氣量的提升，混凝土的強度和耐久性會相應減弱。所以，為了滿足工程項目的需求，在制備混凝土時，需要精準把控石粉的添加量，并利用減水劑、引氣劑等外加劑來調整混凝土的含氣量[3]。

2.2 石粉含量對混凝土力學性能的影響

2.2.1 對混凝土抗壓強度的影響

機制砂石粉含量的變化會對混凝土的抗壓強度產生顯著影響。添加適量的石粉可以有效地填補混凝土內部的空隙，增強其密實程度，提升其抗壓強度。但如果混凝土中的石粉含量較高，隨著石粉與水泥漿體之間界面過渡區的增加，可能會產生界面脆弱地帶，削弱混凝土的抗壓強度。另外，石粉含量過高還可能對混凝土的均勻性和工作性產生影響，從而影響其抗壓強度。因此，混凝土的制備需要確定最佳石粉添加量，以確保混凝土達到最高的抗壓強度。

2.2.2 對混凝土抗折強度的影響

機制砂石粉在混凝土中的含量對抗折強度同樣會產生一定的影響。類似于對抗壓強度的影響，適量添加石粉也能夠提升混凝土的密實程度，進而增強其抗折強度。但是，石粉含量過高可能會增加混凝土內部結構的弱化和界面過渡區，導致抗折強度減弱。另外，石粉的形狀和粒徑分布也會不同程度影響混凝土的抗折強度。所以，在制備混凝土的過程中要充分考慮石粉含量、粒徑形狀和分布等因素，以達到最佳的抗折強度。

2.2.3 對混凝土彈性模量的影響

彈性模量作為一種關鍵參數，用來評估混凝土在受到外力作用時的形變能力。機制砂石中的石粉含量也會對混凝土的彈性模量產生一定的影響。一般情況下，通常當石粉含量逐步上升時，混凝土的彈性模量會表現出增長的趨勢，但達到某一臨界點后，又會開始逐漸下降。分析主要是因為，適當的石粉含量能夠有效填補混凝土內部的空隙，進而提升其密實程度和硬度，使得混凝土的彈性模量得到增強。但是如果混凝土中石粉含量過高，隨著石粉與水泥漿體間界面過渡區的增加以及混凝土內部結構的逐漸脆弱，這些因素可能會共同導致彈性模量的下降。因此，在制備混凝土時，為了獲得符合工程項目需求的彈性模量，需要合理把控石粉的添加量。

2.3 石粉含量對混凝土耐久性能的影響

2.3.1 對混凝土抗滲性的影響

抗滲性作為評估混凝土耐久性的關鍵參數之一，對混凝土結構使用過程中的防水效果有直接影響。機制砂石粉含量較大程度影響著混凝土的抗滲性。適當的石粉添加量可以充分填充混凝土內部的細小孔隙和微小裂縫，從而增強混凝土的緊密性和防滲性能。但如果石粉的使用量過多，因為石粉顆粒比較細小，可能會導致混凝土的收縮和裂縫增加的風險，使其抗滲性降低。所以，在混凝土的制備過程中，需有效控制石粉的使用量，以保障混凝土具備應有的抗滲性能。

2.3.2 對混凝土抗凍性的影響

在寒冷地區混凝土的施工需考慮其抗凍性能。機制砂石中所含的石粉比例也會影響到混凝土的抗凍性能。適度石粉含量可提升混凝土的堅固性和致密性，增強其在抗凍方面的性能。但是，如果石粉含量過高可能會進一步增加混凝土的微裂縫，導致其內部結構弱化，使得混凝土內部因水分的滲透而在凍融循環過程中引發破壞，使其抗凍性能降低。所以寒冷地區的混凝土施工，要尤其注意石粉含量，提高其抗凍性能。

2.3.3 對混凝土抗碳化能力的影響

混凝土在使用中常見的耐久性問題之一是碳化現象。機制砂石粉含量同樣會影響到混凝土的抗碳化能力。適當的石粉含量可保障混凝土的密實度與堿性儲備，進而顯著強化其抵抗碳化的能力。但是，如果石粉含量過高可能導致增加混凝土內部結構的弱化和孔隙率，使混凝土內部滲入更多的二氧化碳，從而與氫氧化鈣反應生成碳酸鈣，進而對混凝土的強度和堿度產生影響。因此，混凝土的調配，需充分考慮石粉含量對抗碳化能力的作用，以保障混凝土的耐久性[4]。

3 公路橋梁施工中機制砂石粉含量的控制

3.1 機制砂石粉含量的控制原則與方法

優化機制砂石粉含量的原則包括經濟性、性能優先和適應性等。應盡量在保證混凝土性能需求的基礎上，減少使用量，以降低成本；優化機制砂石粉含量旨在提升混凝土的工作性能、力學性能和耐久性能等，所以在優化過程中應重視綜合提升其這些方面的性能；另外，在優化機制砂石粉含量時，應充分考慮施工條件、環境因素和原材料特性等因素，以保障混凝土在各種情況下都具有其良好的適應性能。

優化機制砂石粉含量的方法主要有試驗法和經驗法。試驗法是一種實驗室測試方法，通過試驗確定石粉最佳含量；經驗法是通過對以往施工經驗和相關實踐數據的綜合分析，確定機制砂石粉含量的大致范圍，然后在具體施工過程中根據實際情況做出合理優化和調整。

3.2 機制砂石粉含量控制的技術措施與管理策略

3.2.1 技術措施

為有效控制機制砂石中的石粉含量，可采取嚴格篩選原料、應用先進工藝和加強質量監測等技術措施：選用機制砂石原料時，需認真挑選那些符合規范要求的質地穩定的原材料，保證其石粉含量在可控范圍；可利用改進破碎、篩分等生產工藝，降低機制砂石中的石粉含量；還需定期對石粉含量、顆粒分布等指標進行檢測，保證其與建筑工程需求相符。

3.2.2 管理策略

為了有效提升機制砂石粉含量，可以采取以下管理策略：建立健全質量管理體系，制定質量管理規章制度、建立檢驗檢測機制，以及配備專業人員，對各部門的責任加以明確，保證從原材料采購到混凝土生產的各環節的質量都能進行嚴格控制；對施工人員加強培訓，使其認識到機制砂石粉含量的重要性，保證其能嚴格按照要求執行各項操作；根據混凝土性能變化和施工進度，合理調整機制砂石中的石粉含量以確保混凝土性能達到最佳狀態，并及時進行記錄和總結，為工程項目后續施工提供有價值的參考和指導[5]。

4 實際工程案例分析

4.1 工程基本信息

該高速公路橋梁總長度大約為800m，預計使用期限為100 年，因此對于混凝土的工作性、力學強度以及持久耐用性都有著嚴格要求。因為受原材料和地理位置制約，施工團隊決定選擇機制砂石為主要骨料來源，并對機制砂石粉含量進行嚴格控制，以保障混凝土能夠達到預定的設計性能標準。

4.2 案例工程機制砂石粉含量控制措施

施工團隊選擇了附近一家質量比較穩定的機制砂石生產廠家為供應商，并在原材料進場前進行嚴格的篩選和檢測，力求初步把石粉含量控制在所需范圍內。同時為確保石粉最佳含量，實驗室多次進行了配合比試驗，通過比較混凝土不同石粉含量的工作性能、力學性能和耐久性能，最終確定了最適合的石粉含量。然后，機制砂石生產廠家根據實驗室試驗結果調整了破碎設備的破碎比、篩分設備的篩孔尺寸等生產工藝參數。最后，施工團隊在施工過程中對機制砂石粉含量加強檢測，保證進場的每批機制砂石都符合要求。同時嚴格控制混凝土攪拌、運輸和澆筑等環節，確保混凝土質量穩定。另外，隨著施工的進行，施工團隊還考慮了溫度、濕度等條件及混凝土的性能變化，動態調整和管理了機制砂石粉含量，以保障混凝土性能始終保持在最佳狀態。

4.3 效果評估

該高速公路橋梁施工項目采取了一系列優化和控制措施后，有效保障了混凝土性能。通過檢測，混凝土的各項性能均符合設計和施工要求。另外，因為施工前和施工中及時合理控制了石粉含量，成功降低了混凝土的收縮和開裂風險，提升了結構的完整性和耐久性。最終，該工程順利竣工并通過了驗收，為相關工程提供了重要參考價值。

5 結語

機制砂石粉含量對公路橋梁施工中的混凝土性能有較大影響，適當的石粉含量可使混凝土的工作性能、力學性能和耐久性能得到有效提升，但如果石粉含量過高反而會降低混凝土的性能。所以公路橋梁施工機制砂石粉含量的優化和控制尤其重要。希望在未來的公路橋梁施工中，能對機制砂石粉含量加強研究和應用，以促進混凝土技術的不斷創新及其水平的提高。