石粉含量對機制砂混凝土性能影響的研究

何小清

(福建省建筑科學研究院,福建 福州 350000)

近年來,由于我國基礎設施建設的大規(guī)模開展,河砂作為混凝土中重要的組成部分,已被過度開采并使用。隨著河砂資源的日漸枯竭,使用機制砂替代河砂應用到混凝土中,已受到廣泛的重視和推廣。機制砂有別于河砂的一個特點是其在加工過程中會產(chǎn)生的粒徑小于0.075mm的石粉。適量的石粉能夠填充骨料之間的空隙,增加混凝土的密實性,從而改善混凝土的和易性。但是過量的石粉會造成混凝土拌合物需水量的增加,使拌合物變得干稠,嚴重影響混凝土的性能。本文通過配制C25、C40、C60三種強度等級的混凝土,改變機制砂中的石粉含量(其中C25調(diào)配石粉含量為4%、7%、10%、13%,C40調(diào)配石粉含量為5%、8%、11%、14%,C60調(diào)配石粉含量為3%、6%、9%、12%),研究不同石粉含量對同一強度等級混凝土和易性、抗壓強度、抗氯離子滲透性能、早期開裂的影響程度和規(guī)律,確定這三種強度等級混凝土中機制砂石粉含量的合理范圍并分析其機理。

1 試驗原材料

(1)水泥：選用海螺P·O42.5水泥,3d抗壓強度24.3MPa,28d抗壓強度47.1MPa,比表面積341m2/kg。

(2)機制砂：選用花崗巖機制砂,符合I區(qū)連續(xù)級配,細度模數(shù)為2.9,石粉含量為6.2%,緊密堆積密度為1660kg/m3。試驗過程中,根據(jù)所需的石粉含量進行篩除石粉或者添加石粉。

(3)碎石：選用粒徑為(5-25)mm連續(xù)級配碎石,表觀密度2670kg/m3,針片狀含量為7.0%,壓碎指標為8.0%。

(4)粉煤灰：選用福建新源粉煤灰開發(fā)有限公司生產(chǎn)的II級粉煤灰,各項性能符合標準要求。

(5)外加劑：選用廈門科之杰生產(chǎn)的緩凝高效減水劑,各項性能符合標準要求。

2 試驗配合比

本次試驗配合比如表1所示。

表1 各強度等級試驗配合比

3 試驗方法

混凝土拌合物和易性試驗依據(jù)標準《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》(GB/T50080-2016)[1]進行；混凝土抗壓強度試驗依據(jù)標準《普通混凝土力學性能試驗方法標準》(GB/T50081-2002)[2]進行；

混凝土抗氯離子滲透性能(RCM法)及早期開裂試驗依據(jù)標準《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》(GB/T50082-2009)[3]進行。

4 試驗結果與性能分析

4.1 試驗結果

試驗結果如表2所示。

表2 不同石粉含量混凝土的各項試驗結果

4.2 性能分析

4.2.1 石粉含量對混凝土拌合物性能的影響

從表2可以看出：石粉含量對C25、C40、C60混凝土和易性方面影響的規(guī)律是一致的,適量的石粉是可以改善混凝土的和易性,過少或過量都會對混凝土產(chǎn)生不利的影響。對C25來說,石粉含量在7%-13%范圍內(nèi),混凝土拌合物的和易性較好；對C40來說,石粉含量在8%-11%范圍內(nèi)混凝土拌合物和易性較好；對C60來說,石粉含量在3%-6%范圍內(nèi)時混凝土拌合物和易性較好。

原因分析：在中、低強度混凝土中,膠凝材料用量較少,石粉的加入恰好能夠彌補機制砂表面粗糙、空隙率大對混凝土流動性產(chǎn)生的不利影響,石粉在混凝土中形成了漿體,起到了潤滑劑的作用,一定程度上增加了混凝土的流動性,并改善了混凝土的粘聚性及保水性。在高強混凝土中,由于水膠比較低,豐富的膠凝材料足以使混凝土達到較好的流動性、粘聚性及保水性,過多的石粉反而會吸收一部分自由水,造成漿體的粘稠度過大,減小了混凝土的流變性能,使混凝土的流動性降低。

4.2.2 石粉含量對混凝土抗壓強度的影響

從表2可以看出：在適量的石粉含量范圍內(nèi),混凝土28d抗壓強度值是隨著石粉含量的增加而增大,超過一定的范圍后,抗壓強度會有所降低。從C25來看,石粉含量10%時混凝土28d抗壓強度值最大,；從C40來看,石粉含量為8%時混凝土28d抗壓強度值最大；從C60來看,石粉含量為6%時混凝土抗壓強度達到最大值。

原因分析：本次試驗所用的花崗巖石粉是一種非活性的惰性材料,它本身不參與水泥的水化,石粉在其中主要起到微集料填充作用,增加了混凝土的密實度,改善混凝土中孔隙特征以及漿-集料界面[4],從而提高了混凝土的強度。而過多的石粉會造成混凝土中骨料顆粒級配不合理,減弱了水泥漿與骨料所形成的骨架作用,反而使混凝土密實性降低,混凝土強度也隨之降低。

4.2.3 石粉含量對混凝土抗氯離子滲透性的影響

從表2可以看出：C25混凝土抗氯離子滲透性能均一般,但會隨石粉含量的增加有所提高；C40混凝土中當石粉含量為11%時,抗氯離子滲透性能最好；C60混凝土中石粉含量為6%時,抗氯離子滲透性能最好。

原因分析：低強度等級混凝土中膠凝材料用量較少且水灰比較大,石粉含量的增加,豐富了混凝土的漿體量,填充了一部分空隙,增強了混凝土的密實程度,從而提高了混凝土的抗?jié)B性能。較高強度等級混凝土膠凝材料豐富,混凝土內(nèi)部相對密實,連通毛細管道較少,適量的石粉有利于水泥石結構和界面的粘結,增強了混凝土內(nèi)部的結構,使得混凝土的抗?jié)B性能得到提高。當石粉含量的超過一定范圍時,造成混凝土中粉體漿量過多、骨料顆粒級配不合理,因此混凝土抗?jié)B性會開始降低。

4.2.4 石粉含量對混凝土早期開裂性能的影響

從表2可以看出,各強度等級混凝土中,隨著石粉含量的增加,混凝土早期開裂現(xiàn)象均有所加劇。在C25混凝土中,混凝土早期開裂現(xiàn)象受石粉含量變化的影響較小；在C40混凝土中,當混凝土石粉含量超過11%時,混凝土早期開裂現(xiàn)象加劇嚴重；在C60混凝土中,當混凝土石粉含量超過6%時,混凝土早期裂紋增長迅速。

原因分析：石粉吸附了混凝土中的自由水,隨著石粉含量的增加,吸附比例也隨之增加。混凝土在風的作用下水分流失迅速,使混凝土變干,加劇了混凝土的干縮現(xiàn)象,混凝土開裂面積增大。

5 結論

適量的石粉對于機制砂混凝土是有益的,當石粉含量在合理的范圍內(nèi)時,混凝土拌合物和易性得到改善,粘聚性和保水性得到提高,流動性變大；適量的石粉填充了混凝土中的內(nèi)部孔隙,增加了混凝土的密實性,使混凝土抗壓強度及抗氯離子滲透性能得到一定的提高；石粉含量增加,會造成混凝土需水量增大,加劇混凝土干縮現(xiàn)象,從而引發(fā)早期裂紋的產(chǎn)生。

綜合上述試驗結果可知：低強度等級混凝土(C25)的合理石粉含量在10%～13%之間；中等強度等級混凝土(C40)的合理石粉含量在8%～11%之間；高強混凝土(C60)的合理石粉含量在6%～9%之間。

[1]中華人民共和國國家標準.普通混凝土拌合物性能試驗方法標準(GB/T 50080-2016)[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2016．

[2]中華人民共和國國家標準.普通混凝土力學性能試驗方法標準(GB/T 50081-2002)[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2003．

[3]中華人民共和國國家標準.普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準(GB/T 50082-2009)[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2009．

[4]林毅文.淺析高性能機制砂混凝土的性能及應用技術[J].江西建材,2016(3)：98．