機制砂石粉含量對不同強度等級混凝土性能的影響探究

陳志劍

（福建省宏實建設工程質量檢測有限公司，福建 泉州 362122）

0 引言

隨著我國工程建設規模的不斷擴大，對商品混凝土的需求量也在不斷增大，進而對砂的需求也越來越大。由于天然河砂資源不斷減少，已遠遠滿足不了工程建設的用砂要求。機制砂的生產與推廣應運而生。經過十多年的高速發展，機制砂在商品混凝土中得到了廣泛的應用。機制砂以巖石、卵石、礦山廢石和尾礦等為原料，經除土處理，由機械破碎、整形、篩分、粉控等工藝制成的級配、粒形和石粉含量滿足要求且粒徑小于4.75mm 的顆粒[1]。機制砂一般就地取材，母巖經破碎后一部分制成碎石，一部分進一步加工成機制砂。

而石粉絕大部分是由母巖被破碎的小于75μm 以下的細粒，與天然砂的泥粉完全不同。眾所周知，天然砂中的泥粉是有害物質，是因為泥粉具有很強的粘結性及吸附性，會吸附減水劑的分子，從而影響減水劑的減水效果，造成混凝土坍落度降低，坍落度經時損失變大，嚴重影響混凝土的和易性、力學性能及耐久性。相比于天然砂，機制砂本身具有表面棱角多，表面粗糙，拌制混凝土時需水量大的特點，容易造成混凝土的泌水離析情況的發生。石粉的存在將大大避免泥粉的危害及機制砂易泌水離析的不足，進而提高混凝土整體工作性能及強度。本文將針對機制砂石粉含量的不同對不同強度等級的混凝土產生的影響進行試驗探究，以找到適宜混凝土拌制的最佳石粉含量。

1 混凝土原材料

（1）拌合物用水：拌合物用水采用在試驗環境20℃下放置一晝夜的恒溫水。

（2）水泥：采用福建安砂建福水泥有限公司生產的P·O42.5普通硅酸鹽水泥。其物理力學性能見表1。

表1 水泥物理力學性能

（3）粉煤灰：采用福建新源粉煤灰開發有限公司生產的F 類Ⅱ級灰，細度為15.6%，吸水量比為99%，強度活性指數79%。

（4）碎石：碎石采用（5～31.5）mm 連續級配碎石，含泥量為0.2%，泥塊含量為0%，含水率為0.3%，壓碎值指標為5%。

（5）外加劑：外加劑使用科之杰新材料集團福建有限公司生產的Point-430HS（HWR-R）高效減水劑（緩凝型），減水率為22%，28d抗壓強度比為122%。

（6）機制砂：機制砂選用具有良好級配的Ⅱ區砂，細度模數為3.1，壓碎指標值為13%，石粉含量為0（經反復水洗）。將水洗出來的石粉烘干后按一定比例添入機制砂中，從而得到添加0、5%、10%、15%、20%的石粉的五級機制砂備用。

2 試驗方案

利用上述原材料，設計C25、C35、C45、C55四個強度等級的混凝土。保持基準配合比不變，僅調整機制砂的石粉含量，觀察及測試拌制后的混凝土工作性能，并根據《混凝土物理力學性能試驗方法標準》（GB/T 50081-2019）測試28d混凝土立方體抗壓強度，從而探究機制砂石粉含量對不同強度等級混凝土性能的影響。

四組C25、C35、C45、C55 混凝土基準配合比如表2所示。

表2 各強度配合比原材用量（單位：kg/m3）

3 試驗結果及分析

3.1 石粉含量對混凝土工作性能的影響

3.1.1 混凝土工作性能分析

觀察所拌制的混凝土性能如表3所示，石粉含量小于5%時的C25混凝土出現了輕微泌水的情況，其余4組C25的混凝土均表現出了較好的工作性能。5組C35混凝土均表現出良好的工作性能，拌合物的坍落度隨著石粉含量的增大呈減小趨勢。而C45 的混凝土組當石粉含量為15%時，混凝土拌合物流動性明顯減弱，坍落度經時損失隨著石粉含量的增大而增大。C55的混凝土組則是隨著石粉含量的逐步加大，混凝土黏聚性增加，坍落度減小，流動性逐步變差。

表3 混凝土拌合物工作性能

3.1.2 試驗結果分析

對于以上試驗結果，是由于在混凝土拌合物中，砂率對混凝土的工作性能起到至關重要的作用。而機制砂制備過程中通常出現兩頭多，中間少，即粗顆粒（2.36mm 以上）和細顆粒（0.05mm 以下）較多，但中間顆粒（尤其是1.18～0.30mm之間）較少，拌制混凝土時容易出現泌水離析的情況[2]。而石粉作為機制砂很好的補充，在混凝土拌合物中既對粗骨料進行填充，又與水和水泥相互作用形成水泥砂漿，對粗骨料進行包裹，形成具有一定工作性能及強度的混凝土。但石粉又是在母巖破碎過程中產生的小于75μm細小顆粒，比表面積大，需水量高。在中低強度等級的混凝土中，混凝土水膠比相對較大，一定含量的石粉可以調整漿骨比，降低了泌水及離析情況的發生，從而對混凝土工作性能起到改善的作用。而在中高強度等級的混凝土，在外加劑作用下，其本身用水量較小，當石粉含量較大時，將影響混凝土原有的漿骨比，水量嚴重不足的情況下，出現了黏聚性大，流動性較差的情況。

3.2 石粉含量對混凝土強度的影響

3.2.1 混凝土抗壓強度分析

根據上述所拌制的混凝土性能，成型混凝土抗壓強度試件，經過28d標準養護后，測試其28d混凝土抗壓強度結果如表4、圖1～圖4所示。

圖2 C35混凝土強度

圖3 C45混凝土強度

表4 28d混凝土抗壓強度及變化率

通過表4、圖1～圖4可知，強度等級為C25的混凝土組，其混凝土強度隨著石粉含量的增大而增大，且石粉含量為20%的混凝土強度比石粉含量為0 的增長達117%；強度等級為C35的混凝土組，其混凝土強度隨著石粉含量的增大表現出先增大后減小的情況，并在石粉含量為15%時，強度達到峰值，是石粉含量為0的111%；強度等級為C45的混凝土組，其混凝土強度也是隨著石粉含量的增大表現出來的先增大后減小的情況，但峰值相對于C35的混凝土組來的更早一些，即當石粉含量為10%時，強度達到峰值，為初始值的108%；強度等級為C55的混凝土組，混凝土強度則是隨著石粉含量的增大略有增長，但增長幅度不大。

3.2.2 試驗結果分析

對于以上試驗結果，是由于機制砂制備過程中雖然有經過整形，但相對于河砂而言，表面仍比較粗糙。而石粉含量的存在，剛好可以有效的填充機制砂與碎石之間的孔隙，改善顆粒級配，提高混凝土的密實性；加上石粉在水泥水化早期對Ca(OH)2和C-S-H的形成起到晶核作用，誘導水泥的水化產物析晶，加速水泥水化[2-3]；此外機制砂的高吸水性，進一步影響混凝土原有的水膠比，出現了一定量的石粉對機制砂混凝土的強度起到促進的作用。然而，并不是意味石粉含量越大，混凝土強度會不斷增大。究其原因在于，中低強度等級的混凝土，其水泥用量相對較低，石粉的存在充當著填充孔隙，改善顆粒級配的作用，增大了混凝土的密實性；而高強度等級的混凝土，其配合比中本身膠凝用量較大，混凝土相對較密實，石粉的摻入對混凝土強度的影響相對較小。相反，由于石粉的摻入，將增大混凝土的黏聚性，影響混凝土的流動性，不利于施工。

4 結束語

綜上所述，機制砂中石粉含量會影響機制砂混凝土的工作性能及抗壓強度，具體為：

（1）對于C25 及以下的混凝土，石粉含量為15%～20%時能夠改善拌合物的工作性能，減少泌水情況的發生，混凝土抗壓強度提升近120%；

（2）對于C30～C50 等中等強度等級的混凝土，石粉含量在10%～15%時，混凝土拌合物展現了良好的工作性能，混凝土抗壓強度提升約為110%，而當石粉含量過高時，將影響混凝土工作性能；

（3）對于C55 及以上的混凝土，石粉含量宜控制在5%以下，石粉含量對混凝土強度的影響較小，但過高的石粉含量增大了混凝土的黏聚性，降低混凝土的流動性，不利于混凝土的施工需求。

生產及試驗過程中，應根據所拌制的混凝土強度等級及機制砂細度模數，合理控制及選取機制砂石粉含量，這對提高混凝土的整體性能至關重要。