機(jī)制砂中含粉量對混凝土性能的影響分析

鐘 華，錢海洋

(廣西路橋工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530011)

0 引言

在西部大開發(fā)及“一帶一路”國家戰(zhàn)略大背景下，我國中西部地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)正如火如荼進(jìn)行，混凝土的需求量快速上升。由于天然河砂資源日漸稀少，加上運(yùn)輸條件及環(huán)保政策限制，其市場價(jià)格不斷攀升，已出現(xiàn)供不應(yīng)求的狀況。在天然砂缺乏的地區(qū)，機(jī)制砂作為天然河砂的替代品在近年來發(fā)展迅猛，大有完全取代天然河砂的趨勢。機(jī)制砂與天然河砂的主要區(qū)別是存在一定量的細(xì)級配的石粉，因機(jī)制砂中石粉含量對機(jī)制砂混凝土的各項(xiàng)性能影響較大，很多研究和有關(guān)機(jī)制砂標(biāo)準(zhǔn)制定時(shí)都把機(jī)制砂含粉量作為重要內(nèi)容來對待[1-5]。我國的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及各地方標(biāo)準(zhǔn)對機(jī)制砂石粉含量的規(guī)定大都是按照混凝土強(qiáng)度等級的不同來劃分的。我國各地方和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對混凝土用機(jī)制砂中石粉含量限值的規(guī)定和分類標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 我國各地方及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的石粉含量限值表

通過對鐘昭路新制砂機(jī)(南方路機(jī)V7-60)生產(chǎn)情況及機(jī)制砂的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了調(diào)研[6]。該制砂機(jī)生產(chǎn)的機(jī)制砂以最高含粉量10%進(jìn)行控制，但是制砂機(jī)生產(chǎn)線采用日本的標(biāo)準(zhǔn)，將0.15 mm以下的微顆粒歸類為石粉，這與我國各標(biāo)準(zhǔn)中石粉的定義(0.075 mm以下為石粉)不同，所以新制砂機(jī)生產(chǎn)的機(jī)制砂如果換算為我國標(biāo)準(zhǔn)的話，其最高含粉量僅為6%左右。機(jī)制砂生產(chǎn)線將多余的粉料(0.15 mm以下)抽到水泥罐儲(chǔ)存，這些粉料除少部分可以回?fù)降綑C(jī)制砂，其他的大部分因粉料不夠細(xì)、沒有足夠的活性而不能得到有效的利用。

1 試驗(yàn)內(nèi)容

1.1 試驗(yàn)材料

水泥：采用華潤水泥P.O 42.5；

砂：采用桂林市平樂縣源頭鎮(zhèn)燈頭村橫山石場機(jī)制砂，機(jī)制砂的性能指標(biāo)如表2所示，機(jī)制砂篩分試驗(yàn)結(jié)果如表3所示，機(jī)制砂篩分級配曲線如圖1所示；

碎石：采用賀州市昭平縣黃姚湖塘石場(5～31.5 mm)；

水：采用潔凈水；

外加劑：采用重慶市振渝聚羧酸高效減水劑。

表2 機(jī)制砂的性能指標(biāo)表

從表2可以得到：機(jī)制砂成品的含泥量、泥塊含量、亞甲藍(lán)、壓碎指標(biāo)值、表觀密度、堆積密度、空隙率等技術(shù)指標(biāo)均能滿足《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T F50-2011)中的技術(shù)要求。將表3中機(jī)制砂篩分試驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入圖1級配曲線中，可以發(fā)現(xiàn)：該機(jī)制砂的級配曲線位于《建設(shè)用砂》(GBT 14684-2011)級配Ⅱ區(qū)中砂范圍內(nèi)，此類砂也是配制混凝土較為理想的級配區(qū)。

表3 機(jī)制砂篩分試驗(yàn)表

圖1 機(jī)制砂篩分級配曲線圖

1.2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)選用石粉含量分別為5%、7%、10%、12%、14%的石灰石機(jī)制砂配制C20、C40和C50混凝土，研究不同石粉含量對機(jī)制砂混凝土工作性能和力學(xué)性能的影響。由于難以直接得到試驗(yàn)所需要的各種含粉量的機(jī)制砂，本試驗(yàn)首先將機(jī)制砂生產(chǎn)線的成品砂經(jīng)過篩分去除石粉，然后往不含石粉的機(jī)制砂中添加石粉，得到試驗(yàn)所需要的不同含粉量的機(jī)制砂。

試驗(yàn)按照《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50080-2016)對機(jī)制砂混凝土的工作性能進(jìn)行測試；按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50081-2016)研究其抗壓性能。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 石粉含量對機(jī)制砂混凝土工作性能的影響分析

機(jī)制砂混凝土的工作性能包括流動(dòng)性、粘聚性、保水性三方面含義。本試驗(yàn)僅研究當(dāng)機(jī)制砂中石粉含量為5%、7%、10%、12%、14%時(shí)對所配制的C20、C40和C50混凝土坍落度的影響規(guī)律。

2.1.1 C20配合比試驗(yàn)

表4 石粉含量對C20混凝土工作性能的影響(坍落度)對比表

注：每盤拌36 L

從表4中可以看出，石粉含量≤12%時(shí)，坍落度受石粉含量的影響較小；當(dāng)石粉含量>12%時(shí)，混凝土的坍落度下降較為明顯。造成這種現(xiàn)象的原因可能是在低強(qiáng)度等級機(jī)制砂混凝中加入一定量的石粉，以彌補(bǔ)混凝土中漿體材料的不足，同時(shí)也可彌補(bǔ)機(jī)制砂棱角性、表面粗糙的缺陷，減少砂與砂之間的摩擦。但石粉含量過高時(shí)，拌合物中的粉體材料增加過多，導(dǎo)致用水量增加，混凝土的粘聚性增強(qiáng)，從而坍落度降低。

2.1.2 C40配合比試驗(yàn)

表5 石粉含量對C40混凝土工作性能的影響(坍落度)對比表

注：每盤拌36 L

從表5中可以看出，當(dāng)石粉含量為10%～12%時(shí)，坍落度達(dá)到最大。C40機(jī)制砂混凝土相較于C30機(jī)制砂混凝土所用的膠凝材料要多一些，其形成的漿體材料也要多一些，機(jī)制砂與機(jī)制砂之間的摩擦力要小一些，其總體坍落度比C30混凝土要大。同樣對于C40混凝土，當(dāng)石粉含量>12%時(shí)，因漿體材料變稠，其坍落度也會(huì)降低。

2.1.3 C50配合比試驗(yàn)

表6 石粉含量對C50混凝土工作性能的影響(坍落度)對比表

注：每盤拌36 L

從表6中可以看出，石粉含量≤10%時(shí)，坍落度受石粉含量的影響較小，同時(shí)C50混凝土坍落度達(dá)到最大時(shí)的機(jī)制砂中含粉量更低，僅為7%；而當(dāng)石粉含量>10%時(shí)，混凝土的坍落度下降較快。對于C50混凝土，當(dāng)石粉含量較高時(shí)，混凝土拌合物的粘聚性較強(qiáng)，但會(huì)對坍落度造成不利影響。

2.2 石粉含量對機(jī)制砂混凝土抗壓強(qiáng)度的影響分析

關(guān)于機(jī)制砂石粉含量與機(jī)制砂混凝土抗壓強(qiáng)度相關(guān)性的試驗(yàn)研究結(jié)果見表7。

表7 混凝土配合比及抗壓強(qiáng)度對比度表

從圖2中可以看出，機(jī)制砂中石粉含量≤12%時(shí)，混凝土的5 d、7 d和28 d 抗壓強(qiáng)度基本呈現(xiàn)上升的趨勢，且上升的趨勢基本一致；石粉含量>12%時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度隨石粉含量的增加而降低；28 d 強(qiáng)度在石粉含量為10%～12%之間時(shí)達(dá)到最大；就抗壓強(qiáng)度而言，C20機(jī)制砂混凝土的最佳石粉含量約為12%。

從圖3～4中可以看出，機(jī)制砂石粉含量在10%時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度最高；當(dāng)石粉含量<10%時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度隨石粉含量的增加而增加；當(dāng)石粉含量>10%時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度隨石粉含量的增加而降低；對于機(jī)制砂混凝土的抗壓強(qiáng)度而言，C40、C50機(jī)制砂混凝土中石粉含量的最佳值為10%。

圖2 含粉量對C20混凝土抗壓強(qiáng)度的影響曲線圖

圖3 含粉量對C40混凝土抗壓強(qiáng)度的影響曲線圖

圖4 含粉量對C50混凝土抗壓強(qiáng)度的影響曲線圖

3 結(jié)語

本文結(jié)合鐘昭路的機(jī)制砂生產(chǎn)線項(xiàng)目，采用石粉含量5%、7%、10%、12%、14%的石灰石機(jī)制砂配制C20、C40和C50混凝土，研究石粉含量對機(jī)制砂混凝土工作性能(坍落度)和力學(xué)性能(抗壓強(qiáng)度)的影響，得到以下結(jié)論：

(1)對于C20機(jī)制砂混凝土，石粉含量接近12%時(shí)，混凝土拌合物的坍落度和混凝土抗壓強(qiáng)度表現(xiàn)較為理想。

(2)對于C40機(jī)制砂混凝土，當(dāng)石粉含量為10%～12%時(shí)，坍落度達(dá)到最大；石粉含量在10%時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度最高，機(jī)制砂中石粉含量的最佳值為10%。

(3)對于C50機(jī)制砂混凝土，石粉含量不超過10%時(shí)，坍落度較大，能較好地滿足施工要求；石粉含量在10%時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度最高，C50機(jī)制砂混凝土的最佳石粉含量約為10%。