石粉摻量對水工混凝土性能的影響研究

吳方志

（江門市蓬江區水利水電工程質量管理站）

0 引言

21 世紀以來，我國水利事業蓬勃發展，為經濟社會發展提供了有力支撐。隨著水利工程項目數量及規模不斷增大，對砂等建筑材料的需求日益增大，加之受生態環境保護及河道禁采等因素影響，導致天然河砂資源短缺、價格猛增。因此人工砂開始進入建材市場。人工砂中的石粉與天然河砂中的泥作用價值不同，對混凝土的性能具有顯著的提升作用[1-2]。因此研究石粉摻量對混凝土的性能有助于提高混凝土性能，節約建筑資源，為高性能水工混凝土的配合比設計提供有利的幫助。

研究者已經開展了石粉對混凝土性能影響的相關研究[3-6]。李遠等人分析了人工砂中石粉對混凝土的抗壓強度和抗凍性的影響，粉摻量16%時混凝土的抗壓強度及抗凍性達到最佳效果[3]。徐飛等人認為石粉摻量超過20%，對混凝土的性能不再具有提升作用[4]。此外，也有研究者認為混凝土強度等級越低，最佳的石粉摻量越小[5,6]。綜上，一定量的石粉可以有效提升混凝土的力學性能、使用性能及耐久性能。因此，本文結合江門市西江潭江跨界重點支流綜合治理工程（一期）（蓬江項目區）項目混凝土質量檢測工作，深入開展了養護齡期、石粉摻量對水工混凝土的力學性能和耐久性能影響的研究，為高性能水工混凝土配合比優化設計提供一定參考，助推水利高品質工程建設。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

⑴粗骨料。天然碎石為石灰巖碎石，5～20mm 粒徑范圍，級配合格，表觀密度為2.68g/cm3，堆積密度為1.51g/cm3；

⑵細骨料。細骨料為機制砂，最大粒徑為2.98mm，級配合格，表觀密度為2.51g/cm3，細度模數為2.4。

⑶水泥為強度等級42.5 級普通硅酸鹽水泥，初凝和終凝時間分別為190min 和250min，其他指標符合標準要求。

⑷試驗用水為自來水，減水劑采用的材料為RSD-8引氣減水劑，減水率≥40%。

1.2 試驗方案

根據JGJ55-2011《普通混凝土配合比設計規程》中的要求進行不同石粉摻量的混凝土配合比設計，混凝土配合比見表1。

1.3 試驗方法

混凝土力學性能依據GB/T 50081-2019《混凝土物理力學性能試驗方法標準》中規定的進行，分別養護至7d、14d 及28d 齡期后進行抗壓強度及劈裂抗拉強度試驗。

耐久性依據GB/T 50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》中規定的進行，對抗氯離子滲透性能和抗碳化性能進行試驗。

2 石粉摻量對混凝土力學性能的影響研究

2.1 抗壓強度

水工混凝土抗壓強度隨齡期及石粉摻量的變化規律試驗結果如表2 所示。從表2 中可以看出，水工混凝土立方體抗壓強度與養護齡期成正相關關系。水工混凝土的抗壓強度與石粉摻量先呈正相關關系后呈負相關關系。這是由于當石粉摻量較少時，石粉可以改善混凝土中細砂的級配并且有效填充混凝土內部的聯通空隙，有效提高了其抗壓強度。但是當石粉摻量過高時，顆粒粒徑的砂比例降低，骨料填充效應下降，填充空隙提升的強度不足以彌補骨料效應下降降低的強度，因此，其抗壓強度開始有所下降。

表2 混凝土抗壓強度隨石粉摻量演變規律

2.2 抗拉強度

水工混凝土劈裂抗拉強度隨齡期及石粉摻量的變化規律如表3 所示。從表3 中可以看出，不論什么條件下，水工混凝土劈裂抗拉強度與養護齡期成正相關關系。水工混凝土的抗拉強度與石粉摻量先呈正相關關系后呈負相關關系。與水工混凝土立方體抗壓強度與石粉摻量的相關關系保存一致。

表3 混凝土劈裂抗拉強度隨石粉摻量演變規律

3 石粉摻量對混凝土耐久性能的影響研究

3.1 石粉摻量對混凝土抗氯離子滲透性的影響研究

水工混凝土抗氯離子滲透性隨齡期及石粉摻量的變化規律試驗結果如表4 所示。從表4 中可以看出，隨著石粉摻量的增加，水工混凝土抗氯離子擴散系數不斷降低，抗滲透性開始增強。原因是石粉摻入混凝土中，有效填充了混凝土內部的聯通空隙，使其變成半聯通及封閉空隙，造成混凝土密實度增強，液體粒子滲透通道開始減少，提高了混凝土的抗滲透性。但是當石粉摻量增加20%時，石粉增強混凝土抗滲透性的作用開始變得穩定。這是由于石粉對混凝土細砂級配的改善作用達到飽和，并且不再能填充空隙。

表4 混凝土抗氯離子滲透性隨石粉摻量演變規律

3.2 石粉摻量對混凝土抗碳化性能的影響研究

水工混凝土抗碳化性隨齡期及石粉摻量的變化規律試驗結果如表5 所示。從表5 中可以看出，在本文水灰比條件下，水工混凝土的碳化深度與養護齡期成反比；無論何種齡期，水工混凝土的碳化深度與石粉摻量先成負相關關系然后趨于穩定，當石粉摻量為20%時，碳化深度趨于穩定。石粉摻入混凝土中，有效填充了混凝土內部的聯通空隙，使其變成半聯通及封閉空隙，造成混凝土密實度增強，二氧化碳與混凝土的反應買面積減少，提高了混凝土的抗碳化性能。

表5 混凝土抗碳化性能隨石粉摻量演變規律

4 結語

⑴任何條件下，水工混凝土立方體抗壓強度和劈裂抗拉強度均與養護齡期成正相關關系。水工混凝土的抗壓強度及抗拉強度與石粉摻量先呈正相關關系后呈負相關關系。

⑵隨著石粉摻量的增加，水工混凝土抗氯離子擴散系數不斷降低，抗滲透性開始增強，當石粉摻量為20%時，混凝土抗滲透性趨于穩定。

⑶水工混凝土的碳化深度與養護齡期成反比；無論何種齡期，水工混凝土的碳化深度與石粉摻量先成負相關關系然后趨于穩定，當石粉摻量為20%時，混凝土的碳化深度趨于穩定。