​机制砂石粉含量对高强混凝土性能的影响

​机制砂石粉含量对高强混凝土性能的影响

刘强、都增延等

摘要

试验以机制砂在预拌高强混凝土中的应用为例，对不同石粉含量的机制砂在高强混凝土中的应用进行了研究，并以工作性能、抗压强度和混凝土抗渗性能表征机制砂石粉含量对混凝土性能的影响。结果表明：机制砂中石粉含量不超过5%时，对于高强混凝土的工作性能几乎没影响，当机制砂中石粉含量超过10%时，混凝土的扩展度明显降低。机制砂中石粉含量在10%以内对于高强混凝土的抗压强度没有影响，当石粉含量超过10%时能够在一定程度上提高混凝土的抗压强度。机制砂石粉含量对于混凝土抗渗性能的影响规律与抗压强度类似，当石粉含量超过10%时能够一定程度地增加混凝土的抗渗性。

关键词：机制砂；石粉；高强混凝土；工作性能；抗压强度

0 前言

混凝土是一种被广泛使用的大宗建筑材料，其中砂作为混凝土的主要组成部分，可占到混凝土体积的20%～40%。砂在混凝土中的主要作用在于和水泥形成水泥砂浆包裹混凝土中的石子，同时也是混凝土的主要骨架组成部分。传统混凝土中的砂子主要是采用河砂和山砂，随着混凝土用量的大量增加，砂子消耗越来越大，自然的河砂几乎消耗殆尽。同时，天然河砂存在分布不均，分布靠近湖泊河流等特点，更加限制了天然河砂的大量使用。因此，机制砂逐渐开始在混凝土中被广泛使用，欧美国家和日本等对机制砂在混凝土中的应用进行了早期研究，目前日本混凝土中天然砂和机制砂使用的比例已经达到1：2。国内在大型基建项目中机制砂也逐渐被大范围应用，如三峡大坝中的花岗岩机制砂、涪陵某乌江大桥、北京世纪财富中心等。机制砂主要是指经过除土处理，由机械破碎、筛分制成的粒径小于4.75mm的岩石、矿山尾矿或工业废渣颗粒，且不包括软质、风化的颗粒，由专门的制砂机生产，其中石粉含量一般在10%～15%，机制砂的颗粒形态一般呈现多角形，表面粗糙。由于机制砂的棱角明显且含石粉，因此，一般对混凝土的工作性能有较大影响。吴明威的研究表明机制砂中粒径小于0.08mm的石粉能够改善混凝土的和易性。PedroNelQuirogal的试验结果表明机制砂的级配和粒径会明显影响混凝土的工作性能。A.KSahu的研究指出合理使用高效减水剂能够弥补机制砂中石粉带来的负面影响。B.P.Hudso认为机制砂中石粉含量在5%～10%时，对于混凝土工作性能的影响可忽略不计。周明凯等认为机制砂中的石粉对于混凝土的强度有正面影响。安文汉的研究表明机制砂中的石粉能够填充混凝土中的孔隙，从而增加混凝土的密实性提高混凝土的强度。本文结合机制砂中不同的石粉含量，研究了机制砂中石粉对于C60高强混凝土的工作性能、抗压强度和抗渗性能的影响，以期为预拌混凝土实际生产中提供一定的指导。

1 试验原材料及试验方法

1.1 试验原材料

本试验采用海螺P·O42.5Ｒ水泥，其物理性能如表1所示。水泥、粉煤灰和矿粉的化学成分如表2所示。减水剂采用西卡高性能减水剂，减水率为25%。

表1 水泥物理性能

表2 水泥、粉煤灰和矿粉化学成分

机制砂：机制砂母岩为石灰石，细度模数2.7，表观密度2670千克每立方米。碎石：采用5～25mm连续级配碎石，表观密度2720千克每立方米。

1.2 试验方法

按国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081—2002)制备C60混凝土试件。混凝土试件成型24h后放入标准养护室养护至相应龄期测试其抗压强度、抗渗性能。试验分组及混凝土配合比见表3。试验中采用的机砂中石粉含量分为5种，含量分别为3%、5%、7%、10%和13%。抗渗性能采用氯离子扩散系数试验，采用NEL法测试。

表3 混凝土配合比（千克每立方米）

2 试验结果及讨论

2.1 工作性能试验

测试了不同机砂石粉含量下新拌混凝土的工作性能，结果见图1。石粉含量对于新拌混凝土的坍落度影响较小，主要影响新拌混凝土的扩展度。机砂中石粉含量在3%～5%时，对于新拌混凝土的整体工作性能几乎没有影响。当机砂中石粉含量超过5%时，新拌混凝土的扩展度出现明显降低。当机砂中石粉含量过高时，会大幅度增加新拌混凝土的用水量，同时由于石粉的存在，也会降低减水剂的减水效果，因此，会造成新拌混凝土工作性能的快速降低。

图1 不同石粉含量新拌混凝土工作性能
 

2.2 抗压强度

分别测试了5种机砂石粉含量下混凝土7、28d的抗压强度，结果见图2。机砂中石粉含量在10%以内对于混凝土的抗压强度几乎没有影响，特别是在3%～7%时，混凝土的抗压强度几乎没有变，而在石粉含量10%时，混凝土抗压强度出现了少许的降低；当机砂中石粉含量在13%时，混凝土抗压强度则出现了明显增长。当机砂中石粉含量增加到一定含量时，由于石粉的细度小，能够一定程度上填充混凝土的内部孔隙，因此能够增加混凝土的抗压强度。此外，石粉的主要成分为碳酸钙，碳酸钙在水泥水化中具有一定的晶核效应，能够加快C3S的水化，从而有利于混凝土的强度发展。

图2 不同石粉含量混凝土抗压强度
 

2.3 抗渗性能

采用氯离子扩散系数测试了机制砂中不同石粉含量对28d龄期C60高强混凝土抗渗性能的影响，结果如图3所示。从图3中可看出，在石粉含量10%以内随机制砂中石粉含量的增加，混凝土的氯离子扩散系数逐渐增高；但当石粉含量超过10%时，混凝土抗氯离子扩散系数出现降低。混凝土抗氯离子扩散系数越高表明混凝土渗透性越高。图3表明在石粉含量10%以内，石粉含量的增加不利于混凝土的致密性，当石粉含量超过10%时则能起到填充作用，与上文中的抗压强度数据吻合。

图3 不同石粉含量混凝土抗渗性能影响
 

3 结论

本文试验了5种石粉含量的机制砂对于C60高强混凝土工作性能、抗压强度和抗渗性能的影响，结果如下。

1)机制砂中石粉含量对于C60高强混凝土的坍落度影响不明显，但石粉含量超过5%时会明显降低混凝土的扩展度，不利于混凝土的工作性能。

2)机制砂中石粉含量在10%以内对于C60高强混凝土的抗压强度没有影响，当石粉含量超过10%时，则能够改善混凝土的抗压强度。

3)机制砂中石粉含量在10%以内随石粉含量的增加，混凝土的抗渗性逐渐降低，当石粉含量超过10%时，则能够增加混凝土的抗渗性，试验结果与抗压强度吻合。