機制砂石粉含量對混凝土性能影響試驗研究

摘 要：近年來，由于建設力度的持續加大，我國建筑材料資源存在地域性緊張，天然砂石材料供應緊張，人工機制砂的使用成為必然趨勢。機制砂由于其生產工藝原因，帶有一定量的石粉，石粉對混凝土的性能產生一定的影響。為更好地使用機制砂，選擇6種不同石粉摻量，對C30機制砂混凝土的工作性能和力學性能進行試驗研究，分析石粉含量對機制砂混凝土性能的影響。結果表明，適量的石粉能夠提高混凝土的坍落度和擴展度，改善機制砂混凝土的粘聚性和保水性;隨著石粉摻量的提升，機制砂混凝土的7d抗壓強度和28d抗壓強度呈現先上升后下降的規律;石粉摻量為9%時，機制砂混凝土的工作性能和力學性能最佳。

關鍵詞：石粉;機制砂;混凝土;工作性能;力學性能

改革開放以來，我國經濟飛速發展，基礎建設的步伐同樣穩步提升，交通作為全國經濟發展的根本，得到了迅猛發展。如此龐大的建設力度，在有效提升國民生活質量的同時，也消耗了大量的資源。近年建筑行業用砂、石、水泥等原材料價格頻頻突破上限，天然資源緊缺不斷給基礎建設行業敲響警鐘。由于全國各地紛紛限制河沙的開采，天然砂遠遠無法滿足如今工程建設的需要，因此采用機制砂替代天然砂是一個必然的趨勢。

機制砂由巖石經過破碎、篩分等一系列工藝生產而來，生產過程中產生大量的石粉，石粉顆粒細小，其對混凝土的性能將會產生影響。周大慶等[1]對石粉在混凝土中的工作機理進行研究，發現石粉能夠使得混凝土過渡界面區更加密實，對混凝土的強度發展有著一定的積極作用。李北星等[2]通過研究石粉對混凝土性能產生的影響發現，石粉能夠提高混凝土的抗氯離子侵蝕性能，但對混凝土的抗凍性能有著不利影響。曹盛明等[3]對機制砂混凝土配合比進行優化設計，研究發現在機制砂混凝土中，使用石粉替代部分水泥，并加入礦粉和硅灰，能夠提高混凝土性能。范德科等[4]通過研究發現，適量的石粉能夠改善混凝土和易性，提高混凝土強度，但石粉含量過高對混凝土和易性不利。王雨利等[5]認為，隨著石粉含量的提高，中低強度混凝土的工作性能和力學性能先提高后降低，石粉含量存在一個最佳值。

為了進一步了解石粉含量對機制砂混凝土性能的影響，本文通過試驗進行了研究，為機制砂的工程應用提供一定的理論依據。

1 原材料

1.1 水泥

本文所用水泥為海螺牌P.O42.5R型，其基本性能指標見表1。

1.2 骨料

選用機制砂作為混凝土細骨料，機制砂來自貴州省某高速公路項目周邊制砂廠，粒徑為0～5mm，各項物理性能指標見表2。

選用5～25mm粒徑的連續級配碎石作為粗骨料，各項物理性能指標見表3。

試驗用石粉顆粒低于75μm含量大于75%。

2 石粉含量對機制砂混凝土性能影響試驗研究

2.1 石粉含量對混凝土工作性能的影響

本文混凝土配合比設計強度等級為C30，不摻粉煤灰，試驗前，將機制砂清洗曬干，去除自帶石粉。選取石粉摻量分別為0%、3%、6%、9%、12%、15%摻入混凝土中，研究石粉對混凝土工作性能的影響。測試不同石粉摻量下，新拌混凝土的坍落度和擴展度，并觀察其粘聚性和保水性，試驗結果見表4。

由圖1可知，隨著混凝土中石粉含量的不斷提升，混凝土坍落度和擴展度均先增大后減小，混凝土的粘聚性和保水性不斷提高，石粉摻量為9%時，混凝土坍落度和擴展度達到最大值。這是由于機制砂與天然砂不同，機制砂表面粗糙，有棱角，對新拌混凝土的和易性產生不利影響，摻入適量的石粉后，混凝土中漿體增多，減少機制砂之間摩擦，故而提高混凝土的坍落度和擴展度。而當摻入過量的石粉時，混凝土中漿體稠度太大，漿體的流動度迅速減小，影響混凝土的坍落度和擴展度。

2.2 石粉含量對混凝土力學性能的影響

測試不同石粉摻量的機制砂混凝土7d、28d立方體抗壓強度，分析石粉摻量對機制砂混凝土抗壓強度的影響，試驗結果見表5。

由表5可知，隨著石粉摻量的不斷提升，機制砂混凝土的7d、28d抗壓強度先提高后降低，石粉摻量為9%時，混凝土抗壓強度最高，7d抗壓強度達到31.7MPa，28d抗壓強度達到38.9MPa。隨著石粉的摻入，混凝土中漿體增多，漿體稠度增大，而且摻入的石粉能夠有效填充漿砂和漿石界面中的孔洞，使得界面更加密實，因而混凝土的強度得到提高。當石粉摻量過高，混凝土拌和過程中用水量未提高，拌和不充分，可能導致混凝土中產生較多孔洞，影響其強度。

3 結論

適量的石粉能夠提高機制砂混凝土的坍落度和擴展度，提高其粘聚性和保水性，石粉含量過高對混凝土和易性會產生不利影響。石粉摻量為9%時，機制砂混凝土坍落度和擴展度最大。

隨著石粉摻量的提升，機制砂混凝土的7d抗壓強度和28d抗壓強度變化趨勢一致，均呈現先上升后下降的規律。石粉摻量為9%時，混凝土抗壓強度達到最高。

針對混凝土的工作性能和力學性能，機制砂混凝土最佳石粉含量為9%。

參考文獻

[1]周大慶，張道友，趙華耕，周明凱，田建平.機制砂高性能混凝土配合比設計的研究[J].國外建材科技，2005（03）：20-23.

[2]李北星，周明凱.石灰巖機制砂中石粉作摻合料對混凝土工作性和強度的影響[J].公路，2007（12）：141-145.

[3]曹盛明.高性能機制砂混凝土的性能及應用技術研究[D].重慶交通大學，2008.

[4]范德科，馬強，周宗輝，單立福，孔凡勝，王忠浩.石粉對機制砂混凝土性能的影響[J].硅酸鹽通報，2016，35（03）：913-917.

[5]王雨利，王衛東，周明凱，李北星，劉素霞.中低強度機制砂混凝土石粉含量確定的研究[J].土木建筑與環境工程，2012，34（05）：154-158.

作者簡介

周偉（1982-），男，漢族，江蘇淮安人，大專，中級工程師，江蘇省蘇信工程咨詢有限公司工地試驗室主任，主要從事道路橋梁工作。