论机制砂中石粉含量对水泥混凝土工作性及强度的影响

论机制砂中石粉含量对水泥混凝土工作性及强度的影响

何玉柒

摘要：在工程建设中需要使用大量的水泥混凝土，随着我国基础设施建设进程的加快，混凝土用河砂已难以满足日益增长的需求。为解决河砂供应严重不足的问题，国内部分省份已开始尝试使用机制砂来代替河砂，但由于工程技术人员对石粉在机制砂混凝土中作用研究不够和行业标准对机制砂中的石粉含量限制过严，严重制约了机制砂的推广应用。本文通过对机制砂中的石粉特性和作用机理进行深入探讨，并通过试验确定不同强度等级的水泥混凝土用机制砂最适宜的石粉含量，对加速机制砂的推广应用具有积极的意义。

关键词：机制砂；石粉；工作性能；强度

1 机制砂的定义

按照交通运输部行业标准《公路工程水泥混凝土用机制砂》（JT/T819-2011），机制砂的定义为：机制砂是指经除土处理，由机械破碎，筛分制成的粒径小于4.75mm的岩石颗粒，但不包含软质岩石，风化岩石的颗粒。

2 机制砂的石粉含量严重制约了机制砂的推广应用

机制砂中的石粉，指的是粒径小于0.075mm的颗粒，交通行业标准《公路工程水泥混凝土用机制砂》（JT/T819-2011）中明确了用于配制各等级混凝土用机制砂的石粉含量技术要求。但是在实际工程中，机制砂推广应用困难重重，究其原因是多方面的，其中工程技术人员对石粉在机制砂混凝土中作用研究不够和行业标准对机制砂中的石粉含量限制过严无疑是其中最重要的原因之一，如交通运输部行业标准《公路工程水泥混凝土用机制砂》（JT/T819-2011）规定强度等级小于C30、C30～C60、大于C60的混凝土用机制砂中的石粉含量限值分别为10%、7%、5%，与国外标准相比过于严格，严重地制约了机制砂的应用。

这主要体现在以下三方面：

（1）石粉含量要求过高增加了制砂的成本。通常，未经除尘的机制砂石粉含量一般大于10%以上，高者达到20%左右，而标准中对石粉含量要求分别要达到10%、7%、5%以下，如果要达到标准要求，则需要将大部分除掉除掉，机制砂的有效产量会大幅降低，同时，处理粉尘也需要耗费资金。

（2）除粉过程不仅需要消耗大量资源，也对周边环境造成破坏。目前，机制砂除粉工艺一般采用水洗或旋风除尘，前者需要耗费大量的水资源，后者容易对环境造成污染。

（3）对机制砂的石粉含量要求过于严格，会破坏了机制砂的自然级配，导致混凝土工作性差。机制砂中适量石粉的存在有利于改善机制砂的堆积密度和混凝土的和易性，相反石粉含量过低还容易造成混凝土离析、泌水。值得指出的是，洗砂过程不仅是洗去了有用的石粉，还有部分0.075mm的以上的颗粒也被除去，导致机制砂的级配不良，从而使配制的混凝土和易性更差。

因此，为了保护自然和生态环境，加速机制砂的推广应用，有必要对机制砂中的石粉特性和作用机理进行深入研究和探讨，并通过试验确定配置不同强度等级的水泥混凝土用机制砂最适宜的石粉含量。

3 机制砂中石粉的特性与作用机理

机制砂中石粉，其粒径虽小于0.075mm，但机制砂中石粉与天然砂中的泥粉完全不同，机制砂中石粉的颗粒形貌、细度与水泥接近，比表面积较小；机制砂中石粉不包含粘土、页岩、有机物等有害成分，较为洁净，性能稳定；而天然砂中的泥粉往往包含粘土、甚至有机物等有害成分，这些物质比表面积大，具有膨胀性，性能较差且不稳定。判断机制砂中的石粉质量可以通过MB亚甲蓝试验进行检验，试验会发现石粉的亚甲蓝值不会随石粉含量的变化而变化；而天然砂中泥土亚甲蓝试验发现，亚甲蓝MB值随着泥粉含量增加而增加，相关性明显。这说明机制砂中石粉，没有膨胀性粘土，是非常洁净的；而天然砂中泥粉含有膨胀性粘土，质量较差，性能不稳定。机制砂中的石粉含量一般都超过10%，这个含量对大多数混凝土不会产生有害的影响。而天然砂中的泥粉对混凝土的强度、耐久性和体积稳定性是有害的。石粉在机制砂混凝土中有增粘、润滑、填充、晶核、水化增强等多种效应。

具体来说，石粉的作用体现在以下三方面：

（1）对于级配较差的机制砂，石粉能明显地增加其堆积密度，从而改善其级配。

（2）石粉能促进水泥混凝土水化诱导期和加速期的结束时间提前，并对水泥水化有增强作用。

（3）石粉在某种程度上能代替水泥的作用，使混凝土内部孔径得到一定程度的细化，能够提高混凝土的综合性能。

4 机制砂中石粉含量对水泥混凝土工作性能和强度影响

参照《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2011）分别进行C30和C50机制砂混凝土配合比设计，混凝土的配合比见表1，并按照不同的石粉含量对混凝土的工作性和强度进行试验，结果见表2和表3。

表1 机制砂水泥混凝土配合比一览表

表2 不同石粉含量的C30机制砂混凝土工作性和强度试验结果

表3 不同石粉含量的C50机制砂混凝土工作性和强度试验结果

从以上试验表明，对C30混凝土和C50混凝土，机制砂的最优石粉含量是不同的。在一定的范围内，混凝土拌合物的工作性随石粉含量的增大而而得到明显改善，混凝土的28d标准抗压强度也能达到比较理想的状态。当然，石粉也并不是越多越好，对C30混凝土来说，最优石粉含量为10～15%，对C50混凝土来说，最优石粉含量为5～10%。

5 结束语

由于河砂的不可再生性和保护环境的需要，机制砂代替河砂将是未来一段时间水泥混凝土技术的研究和发展趋势。本文通过对机制砂中的石粉特性和作用机理进行深入探讨，并通过试验确定不同强度等级的水泥混凝土用机制砂最适宜的石粉含量，建议在机制砂加工和使用过程中应注意以下几方面：（1）机制砂的石粉含量对其使用性能影响较大，因此应根据混凝土的标号对机制砂的加工质量进行严格控制。

（2）机制砂中石粉，其与天然砂中的泥粉完全不同，较为洁净，性能稳定，增加石粉，会改善混凝土的离析和泌水现象。因此机制砂的石粉含量并非越低越好；对于低标号混凝土可适当提高石粉含量如10～15%，对于高标号混凝土，石粉含量应取低值，如5～10%。

（3）为加速机制砂的推广应用，建议标准制定部门对机制砂中的石粉含量进行充分的调研和研究，在确保混凝土质量的前提下，适当提高机制砂中的石粉含量标准。