機制砂石粉在混凝土中的應用

黃振興，曹養華，林錫安

（1. 溫州吉邦科技有限公司，浙江 溫州 325000；2. 浙江元本檢測技術股份有限公司，浙江 溫州 325036）

0 前言

我國基本建設的突飛猛進，尤其是房地產飛速發展的這 20 多年，作為主要建筑原材料的砂需求量十分巨大，近些年每年用砂量接近 200 億噸，而且很快將會突破 200 億噸。巨大的砂需求量，可觀的經濟利益驅使，導致全國天然河砂資源接近枯竭。巨大的需求量和資源枯竭的矛盾，又導致了河砂價格飛漲，這給用砂大戶——混凝土企業和砂漿企業帶來了巨大壓力。在這種大環境下，迫使這些用砂量巨大的企業開始使用機制砂；但是機制砂生產過程中會產生大約 20% 的石粉，如果不有效處理，會造成資源浪費和環境污染。同時，由于環保治理大量高污染、高能耗的中小鋼型廠被迫關閉，導致礦粉資源短缺，價格飛漲。本文通過對大量試驗的總結，探討能否用機制砂石粉取代一部分礦粉，這樣就可以就可以消耗掉石粉，同時變廢為寶、降低混凝土成本。

1 試驗方案

首先，選擇溫州地區目前常用的三種質量比較穩定的水泥，先做常規檢驗，在各項指標滿足國家規范要求后，分別用這三種水泥在 C20～C40 各個強度等級上做摻與不摻石粉的試驗，觀察使用不同品種水泥摻加石粉混凝土的坍落度、和易性、流動性、工作性、尤其是強度與不摻石粉的混凝土有什么區別。

其次，檢測礦粉、粉煤灰、石粉的活性，為石粉取代礦粉或粉煤灰尋找理論依據。

第三，此次試驗計劃在 C20～C40 各個強度等級上用 30kg 石粉取代 10kg 礦粉與不摻石粉的混凝土對比混凝土的坍落度、和易性、流動性、工作性，以及 3 天、7 天、14 天、28 天強度；并用三種水泥反復驗證。

最后，通過對試驗數據的總結，得出混凝土中是否可以摻加石粉，如果可以摻加，確定摻加的方式和比例。

2 試驗用水泥檢測數據及礦粉、粉煤灰、石粉活性

2.1 水泥檢測數據

本試驗采用蘭溪紅獅水泥、樂清海螺水泥和遼寧冀東水泥，檢測數據見表 1。

表1 水泥性能

通過對上述三種水泥試驗數據分析可以看出，試驗用的三種水泥全部符合國家規范要求。但是也可以看出，這三種水泥的性能是不同的，從強度上看，蘭溪紅獅在這三種水泥中早期強度高、后期強度也高；樂清海螺水泥早期強度雖不如蘭溪紅獅高，但也不低，后期 28 天強度略低于蘭溪紅獅水泥，但是比冀東水泥都高；冀東水泥在這三種水泥中早期強度最低，但后期 28 天強度還可以，與樂清海螺 28 天強度接近，但略低于蘭溪紅獅 28 天強度。三種水泥的比表面積各不相同，凝結時間也各異，說明這三種水泥的水化過程和水化速度各不相同。因此，選用這三種性能不同的水泥，在各個不同強度等級用相同的配合比來驗證摻與不摻石粉對混凝土的影響，就非常有意義，如果三種不同水泥的試驗結論一致，就可以得出準確的結論。

2.2 摻合料活性

在混凝土行業傳統的習慣性思維上一般認為：石粉是惰性材料，是沒有活性的。那么石粉到底有沒有活性？如果有活性，那么活性能達到多少？與目前混凝土中常用摻合料礦粉和粉煤灰的活性相比，活性高、還是低？相差多少？只有先了解清楚以上問題，才能為石粉在混凝土中的應用找到理論依據，以及確定石粉的摻加方法和摻量。

為此，先按照規范測定了礦粉和粉煤灰的活性，然后按照粉煤灰活性檢驗方法，測定了石粉的活性。具體檢測數據見表 2。

表2 S95 級礦粉活性

從以上三種摻合料活性檢測數據看，礦粉活性最高，28 天活性達到了 105%；粉煤灰活性次之，28 天活性達到 73%；石粉也是有活性的，28 天活性達到64%，石粉 28 天的活性大約是礦粉活性的 60%，粉煤灰活性的 90% 左右。

由活性試驗結果可知，石粉是有活性的，石粉的活性能達到粉煤灰活性的 90%，也就是說石粉有可能完全取代粉煤灰；石粉的活性能達到礦粉活性的 60%，也就是說石粉有可能可以超量取代礦粉。

由于目前溫州市場礦粉價格昂貴，達到了 400 元/噸，而石粉價格只有 60 元/噸，因此，從石粉取代礦粉入手，這樣如果能成功，可以取得更大的經濟效益。為了謹慎起見，先試驗用 30kg 石粉取代 10kg 礦粉。

3 試驗數據

3.1 使用蘭溪紅獅 P·O42.5水泥各強度等級混凝土摻與不摻石粉對比試驗結果

以我公司常用泵送系列 C20、C25、C30、C35、C40 為基準配合比，水泥用蘭溪紅獅 P·O42.5，然后在保持各等級混凝土配合比用水量、水泥用量、粉煤灰用量、砂率、容重不變的前提下，用 30kg 石粉取代 10kg礦粉，觀察和對比各等級摻與不摻石粉混凝土的坍落度、和易性、流動性，以及 3、7、14、28 天強度。摻與不摻石粉混凝土試驗數據見表 3，強度對比曲線見圖1。

從表 3 和圖 1 可以直觀地看出，摻與不摻石粉的混凝土坍落度、和易性、流動性沒有什么差別，同時各等級、各齡期混凝土強度摻與不摻石粉的結果非常接近，特別是 28 天強度摻加石粉的混凝土各個強度等級的強度都高于不摻石粉的混凝土強度。

3.2 使用海螺 P·O42.5 水泥各強度等級混凝土摻與不摻石粉對比試驗結果

使用海螺 P·O42.5 水泥重復上述試驗。摻與不摻石粉混凝土試驗數據見表 4，強度對比圖見圖 2。

從表 4 和圖 2 可以直觀地看出，使用各項物理性能和強度與蘭溪紅獅 P·O42.5 不同的海螺 P·O42.5 水泥摻與不摻石粉的混凝土坍落度、和易性、流動性沒有什么差別，同時各等級、各齡期混凝土強度摻與不摻石粉的結果非常接近，特別是 28 天強度摻加石粉的混凝土各個強度等級的強度都高于不摻石粉的混凝土強度。

表3 使用蘭溪紅獅 P·O42.5水泥各強度等級混凝土摻與不摻石粉混凝土試驗數據

圖1 使用蘭溪紅獅水泥，摻與不摻石粉強度對比曲線

3.3 使用遼寧冀東 P·O42.5 水泥各強度等級混凝土摻與不摻石粉對比試驗結果

使用遼寧冀東 P·O42.5 水泥重復上述試驗，摻與不摻石粉混凝土試驗數據見表 5。強度對比曲線見圖 3。

從表 5 和圖 3 可以直觀的看出，使用遼寧冀東P·O42.5 水泥摻與不摻石粉的混凝土坍落度、和易性、流動性沒有什么差別，同時各等級、各齡期混凝土強度摻與不摻石粉的結果非常接近，特別是 28 天強度摻加石粉的混凝土各個強度等級的強度都高于不摻石粉的混凝土強度。

表 4 使用海螺 P·O42.5水泥各強度等級混凝土摻與不摻石粉混凝土試驗數據

圖2 使用海螺水泥，摻與不摻石粉強度對比曲線

4 試驗結論

通過用三種各項物理性能和強度都不同的水泥反復試驗驗證，可以發現，無論使用哪種水泥，摻與不摻石粉的混凝土坍落度、和易性、流動性沒有什么差別，同時各等級、各齡期混凝土強度摻與不摻石粉的結果非常接近，特別是 28 天強度摻加石粉的混凝土各個強度等級的強度都高于不摻石粉的混凝土強度。尤其是 C35、C40 強度等級較高的混凝土摻加石粉后混凝土強度反而比不摻石粉的混凝土強度高。經過查找相關資料，了解到這是石粉起到了“晶核效應”，石粉代替了一部分水泥、礦粉、粉煤灰等活性較高的膠材來充當晶核，使得水泥、礦粉、粉煤灰等活性較高的、原本充當晶核不參與水化的膠材被替換出來，得到充分水化。從而提高了強度。

通過上面的大量試驗數據，可以得出結論：石粉是可以取代混凝土中一部分摻合料的，取代后對混凝土的各項性能及強度沒有影響。

表 5 使用遼寧冀東 P·O42.5 水泥各強度等級混凝土摻與不摻石粉混凝土試驗數據

圖3 使用遼寧冀東水泥，摻與不摻石粉強度對比曲線

5 經濟效益

目前溫州地區礦粉市場價為 400 元/噸左右，石粉價格為 60 元/噸，10kg 礦粉為 4 元，30kg 石粉為 1.8元，每立方混凝土用 30kg 石粉取代 10kg 礦粉可以降低成本 2.2 元，按照我公司每年 70 萬方混凝土產量計算，將為公司節約 154 萬元。既消耗了機制砂副產品，又為公司降低了成本，還不影響混凝土質量和施工性能，有很大的經濟效益。

6 機制砂石粉用于混凝土時的注意事項

（1）在混凝土中使用機制砂石粉時，混凝土生產線要配備專用石粉倉，并做好明顯、醒目的標示，要嚴格預防石粉與其他粉料打錯倉的嚴重質量事故。

（2）不同石材生產機制砂時產生的石粉各項物理性能及活性是不同的，更換石材時，要重新檢驗石粉的各項物理性能及活性，并根據檢驗數據來確定替代方式和摻量。

（3）更換石材時，要重新復試摻加石粉各強度等級混凝土的配合比，確認沒有問題后再投入使用。

（4）首次在混凝土中使用石粉時，摻量不要太大，成功后，再通過試驗增加摻量。

（5）機制砂石粉對混凝土的耐久性有什么影響還不清楚，還需要同行們進一步研究和探索。

7 結語

綜上所述，由于機制砂石粉價格較低，取代礦粉既降低混凝土成本，還消耗了生產機制砂時產生的多余石粉，同時還不影響混凝土各項性能及強度，能給混凝土生產廠家帶來可觀的經濟效益。

隨著天然砂資源的日益枯竭，全國各地使用機制砂的公司越來越多，機制砂石粉的資源非常豐富；因此，機制砂石粉在自然原材緊缺的情況下，必將替代部分礦物摻合料，逐漸成為混凝土中不可或缺的一種礦物摻合料。

本文只是拋磚引玉，提出了機制砂石粉在混凝土應用的方法和思路。本文的試驗是非常謹慎的，只使用了少量的石粉代替少量的礦粉，我們計劃在這次成功的基礎上進一步加大摻量和取代量進行試驗，以期取得更好的結果。從石粉活性試驗結果看，石粉活性與粉煤灰活性接近；因此石粉取代部分或全部粉煤灰在理論上也是可行的，這需要同行們一起努力，進一步探索和研究。