石灰巖機制砂混凝土用水量的量化調整試驗

聶建省

（蘭州鐵路技師學院，甘肅 蘭州 730050）

0 引言

機制砂也叫人工砂，是通過制砂機、除塵設備等將巖石經逐級破碎、篩分、除塵加工成的粒徑不大于4.75mm 的顆粒，用于替代混凝土中天然砂的材料。通過對機制砂的使用，能夠在一定程度上避免河砂的濫開濫采，對于河道保護、減少運輸成本有著積極作用。因此，在混凝土中使用機制砂來替代天然砂已經成為了一個必然的趨勢。

石粉是指機制砂中粒徑小于75μm的顆粒，其成分與母巖一致。許德興[1]等人認為，石粉對混凝土的影響較大，適量的石粉可以改善混凝土的工作性能、力學性能和耐久性，石粉含量過大和過小都會顯著影響混凝土的工作性能。

在機制砂生產中，因制砂機以及生產工藝的不同，市場上大多數機制砂的顆粒級配、粒型、石粉含量等都存在著較大范圍波動，這對機制砂混凝土的質量控制帶來了挑戰。本文介紹了在保證混凝土的強度、耐久性滿足設計要求的前提下，根據機制砂石粉含量的多少，對混凝土的單方用水量進行調整，使得混凝土的最終工作性能滿足要求。

1 混凝土原材料選擇

水泥：重慶華新地維水泥有限公司生產的P·O42.5普硅水泥，其主要指標見表1。

表1 P·O42.5水泥物理力學性能指標

粉煤灰：重慶華珞粉煤灰有限公司F類Ⅱ級，45μm方孔篩余量22.1%，燒失量3.10%，需水量比98%，28d強度活性指數76%。

機制砂1：重慶喆松鑫磊建材有限公司，石灰巖質，符合I區粗砂級配范圍，細度模數3.2，MB 值0.8g/kg，石粉含量7.0%，壓碎值22%。

機制砂2：重慶渝勝礦業有限公司，石灰巖質，符合I 區粗砂級配范圍，細度模數3.1，MB 值1.0g/kg，石粉含量14.9%，壓碎值21%。

機制砂3：重慶渝勝礦業有限公司，石灰巖質，符合I 區粗砂級配范圍，細度模數3.1，MB 值1.0g/kg，石粉含量17.1%，壓碎值22%。

機制砂4：重慶喆松鑫磊建材有限公司，石灰巖質，符合I區粗砂級配范圍，細度模數3.2，MB 值0.8g/kg，石粉含量5.0%，壓碎值21%。

河砂：湖南洞庭湖天然砂，屬于I區粗砂級配范圍，細度模數3.1，表觀密度2670kg/m3，含泥量2.1%。

碎石：重慶市長壽區生產的石灰巖質5～25mm 連續級配碎石，含泥量0.8%，壓碎值8%。

石粉：重慶渝勝礦業有限公司，45μm 方孔篩余量12.6%，碳酸鈣含量83%，MB 值0.9g/kg，流動度比102%，28d抗壓強度比71%，標準稠度用水量28.0%，比表面積358m2/kg。

減水劑：江蘇蘇博特新材料股份有限公司，PCA-I聚羧酸緩凝型高性能減水劑，與水泥、粉煤灰之間具有良好的相容性，減水率26%，含氣量2.5%，坍落度1h 經時變化量20mm。

拌合水：可飲用地下水。

2 配合比設計及結果分析

2.1 石粉含量對混凝土工作性能的影響

選用C35 強度等級配合比來開展不同機制砂石粉含量的混凝土性能試驗，分析不同石粉含量對混凝土工作性能的影響，機制砂細度模數統一控制在3.1。配制機制砂混凝土時，砂率在河砂配合比基礎上提高2%，使混凝土拌合物的性能基本保持一致。試驗結果見表2。

表2 石粉含量對混凝土工作性的影響

由表2可以看出，當機制砂石粉含量在7.0%以內，水膠比在0.38 時，同工作性能的混凝土單方用水量與河砂混凝土單方用水量基本一致，此時，河砂的砂率可作為機制砂的等效砂率；等效砂率可以將石粉從砂中區別開來，不將石粉全部作為機制砂，以區別通常意義上的砂率。石粉含量對混凝土工作性能的影響可以通過等效砂率來體現，在一定含量石粉時混凝土已具有良好工作性能的情況下，隨著石粉含量的增加，坍落度因混凝土拌合物稠度的增加而減小，故在調整配合比選取砂率或等效砂率時，需要兼顧石粉含量。

當石粉含量繼續增大，石粉含量分別在8%、10%時，混凝土的流動性隨之變差，要達到相同工作性能，混凝土的用水量或減水劑用量將相應增大。因此將機制砂石粉含量7.0%作為一個界限，對超過該界限部分的石粉進行量化計算，采用同水膠比來進行混凝土單方用水量補充，從而使混凝土的工作性能滿足要求。選用目前普遍使用的C40、C35、C30 配合比來進行試配，試配混凝土工作性能見表3。

表3 混凝土配合比設計與調整

由表3 可以看出，機制砂石粉含量超過7.0%時，對超過7.0%的石粉含量部分應補充的用水量進行計算，調整用水量后的混凝土性能能夠滿足工作性能要求，其坍落度實測值略大于石粉含量7.0%混凝土的坍落度，由于該石粉的標準稠度用水量與水泥的標準稠度用水量基本一致，混凝土的粘聚性無太大差異。同理，隨著粉體材料總量的增加，要制成同樣工作性能的混凝土，就應該增加同樣水膠比所對應粉體所需的用水量。

2.2 硬化混凝土抗壓強度及電通量

機制砂1、機制砂2、機制砂3石粉含量分別為7.0%、14.9%、17.1%，其混凝土抗壓強度及電通量見表4。

表4 混凝土抗壓強度及電通量

從表4可知，機制砂石粉含量在7.0%時，各齡期混凝土的抗壓強度值最高、電通量最小，且優于河砂混凝土。其主要原因在于適量的石粉能夠產生良好的微集料填充效應，可以讓砂漿連通孔變少，從而降低混凝土內部空隙，有效提高混凝土的密實性，使混凝土強度及耐久性能得到提升。石粉顆粒具有完善膠材級配的作用，通過減小空隙率來減小用水量的需求。

隨著機制砂石粉含量進一步增大，混凝土的早期強度增長逐漸放緩。石粉含量為17.1%時，混凝土7d抗壓強度只達到同齡期河砂混凝土強度的70%左右。后期隨著齡期的增長，該影響逐步縮小，至120d 齡期時，抗壓強度趨于一致。56d 與120d 齡期的混凝土電通量隨著石粉含量的增大有微增，但增幅不大，處于同一水平。而大粉煤灰摻量的混凝土，漿體中過量的石粉在混凝土結構中造成過度填充，增大了水泥顆粒間的距離，影響水泥水化膠結后的交聯，混凝土的早期強度增長緩慢。隨著齡期的增長，膠凝材料會充分水化與石粉一起形成致密結構，后期強度與耐久性有快速增長。

3 結束語

本文研究結論如下：

（1）針對混凝土中機制砂石粉含量超過7.0%的部分，采用同水膠比來對混凝土的單方用水量進行補充調整，解決了混凝土工作性能差的問題，對混凝土的最終強度和耐久性影響很小；

（2）采用大石粉含量的機制砂進行混凝土配制時，建議混凝土抗壓強度的驗收齡期宜為56d以上；

（3）對早期強度增長要求較高的混凝土，機制砂石粉含量控制不宜過大。