王偉，楊善順，徐仁崇

（廈門天潤錦龍建材有限公司，福建廈門361027）

石粉含量對(duì)機(jī)制砂混凝土性能的影響

王偉，楊善順，徐仁崇

（廈門天潤錦龍建材有限公司，福建廈門361027）

本文將石粉和機(jī)制砂按比例混合均勻，形成具有不同梯度石粉含量的機(jī)制砂。研究石粉含量對(duì) C20、C40、C60 混凝土的工作性、強(qiáng)度和抗碳化性能的影響，結(jié)果表明：對(duì) C20 混凝土，石粉含量在10%～15% 時(shí)工作性和強(qiáng)度最佳；對(duì) C40 混凝土，石粉含量在 7%～10% 時(shí)工作性和強(qiáng)度最佳；對(duì) C60 混凝土，石粉含量在5% 時(shí)工作性和強(qiáng)度最佳。

石粉；機(jī)制砂；工作性；抗碳化性能

0 前言

隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，海量的天然砂資源被消耗，帶來一系列的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境問題，各地先后采取了強(qiáng)制措施“禁采河砂”。凈化海砂作為一種質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的建筑用砂，因其含有較多氯離子、貝殼和其他有害物質(zhì)，使用頗受限制[1-2]。固而采用機(jī)制砂配制高性能混凝土必將成為預(yù)拌混凝土行業(yè)今后發(fā)展的趨勢(shì)。機(jī)制砂與天然砂中都含有大量粒徑小于 75μm 的微粉，但二者微粉性質(zhì)完全不同：河砂中的微粉被稱作泥粉，對(duì)混凝土的工作性、強(qiáng)度和耐久性都有不利的影響；機(jī)制砂中的微粉則被稱為石粉，石粉與母巖的物理化學(xué)性質(zhì)完全一樣，且經(jīng)過大量的試驗(yàn)研究表明：適量的石粉含量對(duì)機(jī)制砂混凝土的工作性和強(qiáng)度無不利影響，甚至還可以在一定程度上改善混凝土的性能[3-5]。

表1是一些國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)機(jī)制砂石粉含量的最高限值規(guī)定[6-7]。

表1 一些國家標(biāo)準(zhǔn)中機(jī)制砂石粉含量的最高限值

從表1可以看出我國采取的機(jī)制砂石粉含量限值最為嚴(yán)格，而國外某些國家對(duì)石粉含量限值放地較寬，因此對(duì)我國機(jī)制砂石粉含量的限值是否合理還需進(jìn)一步的討論。

1 原材料和試驗(yàn)方法

1.1 原材料

水泥：福建漳平紅獅水泥股份有限公司 P·O 42.5R，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量26%，3d 抗壓強(qiáng)度29.6MPa，28d 抗壓強(qiáng)度50.2MPa。

礦粉：三鋼集團(tuán)股份有限公司 S95級(jí)，比表面積436m2/kg，28d 活性指數(shù)102%。

粉煤灰：廈門益材粉煤灰有限公司Ⅱ級(jí)，細(xì)度（45μm 篩）14.6%，需水量比 98%，活性指數(shù)（28d）78%。

石粉：廈門某廠家石灰石粉，流動(dòng)度比104%，細(xì)度（45μm 篩）5.2%，28d 抗壓強(qiáng)度比66%。

粗集料：廈門某建材廠，普通碎石二級(jí)配，石1粒徑16～31.5mm，石2 粒徑5～20mm。

外加劑：福建科之杰新材料有限公司 p-400s 聚羧酸高效減水劑，固含量19.2%，減水率30%。

水：自來水，滿足現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JGJ63—2006《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

細(xì)集料：自制機(jī)制砂，具體性能指見表2。

表2 機(jī)制砂性能指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)方法

自制機(jī)制砂產(chǎn)線為干法制砂，產(chǎn)線中設(shè)置有除塵和選粉裝置，成品機(jī)制砂中的石粉含量很小，可以忽略不計(jì)。為研究石粉含量對(duì)混凝土性能的影響，試驗(yàn)前將石粉和機(jī)制砂按設(shè)定比例混合，形成石粉含量具有不同梯度的機(jī)制砂。

混凝土拌合物性能試驗(yàn)按 GB/T50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測(cè)試；混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)按照 GB/T50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測(cè)試?；炷量箟涸嚰叽鐬?50mm×150mm×150mm 立方體，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)到規(guī)定齡期進(jìn)行試驗(yàn)。

碳化深度測(cè)試按照 JGJ/T23—2011《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程成型》進(jìn)行，成型100mm×100mm×100mm 立方體試塊，拆模之后自然養(yǎng)護(hù)，到規(guī)定的齡期之后破碎進(jìn)行碳化深度試驗(yàn)。

1.3 試驗(yàn)配合比

試驗(yàn)用配合比見表3。

2 石粉含量對(duì)混凝土性能的影響

由于不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土中膠凝材料的用量、水膠比和用水量不同，石粉含量對(duì)混凝土性能的影響規(guī)律也不同，因此試驗(yàn)設(shè)計(jì)了三個(gè)系列的試驗(yàn)，對(duì)比研究了機(jī)制砂中石粉含量對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土性能的影響。石粉含量對(duì)混凝土性能的影響結(jié)果見表 4和圖1～6。

表3 試驗(yàn)用配合比

2.1 石粉含量對(duì)混凝土工作性的影響

圖1和圖2 分別給出了石粉含量對(duì)混凝土坍落度和坍落拓展度的影響。從圖1和圖2 可以看出，對(duì) C20混凝土，石粉含量在10%～15% 時(shí)工作性最佳；對(duì) C40混凝土，石粉含量在 7%～10% 時(shí)工作性最佳；對(duì) C60混凝土，石粉含量在5% 時(shí)工作性最佳，石粉含量超過5%，工作性變差，尤其是坍落度擴(kuò)展度。分析認(rèn)為：對(duì)低強(qiáng)度等級(jí)混凝土而言，水泥強(qiáng)度等級(jí)高，混凝土強(qiáng)度低，因此混凝土用水量較大，水膠比大，而膠凝材料用量較少，混凝土拌合物和易性較差，石粉的存在可以彌補(bǔ)低強(qiáng)度混凝土中膠凝材料較少的缺陷，從而增加了漿體量，可以改善機(jī)制砂混凝土的工作性。高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，用水量較小，水膠比小，混凝土膠凝材料用量相對(duì)較大，混凝土拌合物的和易性較好。然而，引入石粉之后，石粉細(xì)度與膠凝材料相近，增加了混凝土中粉體的體量，間接提升了混凝土的需水量，真實(shí)水膠比降低，導(dǎo)致混凝土變得粘稠，工作性變差[8]。

表4 石粉含量對(duì)機(jī)制砂混凝土性能的影響

圖1 石粉含量對(duì)混凝土坍落度的影響

圖2 石粉含量對(duì)混凝土擴(kuò)展度的影響

2.2 石粉含量對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

圖3和圖 4分別給出了石粉含量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響，其結(jié)果基本與其對(duì)工作性的影響相同。對(duì)低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土而言，一定的石粉含量能夠增強(qiáng)其抗壓強(qiáng)度，如石粉含量15% 的 C20 機(jī)制砂混凝土，其28d抗壓強(qiáng)度比 C20 基準(zhǔn)混凝土高了16.5%；對(duì)高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土而言，石粉含量大于一定限值時(shí)抗壓強(qiáng)度下降很快，即石粉含量10% 的 C60 機(jī)制砂混凝土比石粉含量 7% 的 C60 機(jī)制砂混凝土28d 抗壓強(qiáng)度下降了 7%，石粉含量15% 的 C60 機(jī)制砂混凝土比石粉含量 7% 的C60 機(jī)制砂混凝土28d 抗壓強(qiáng)度下降了11%。

圖3 石粉含量對(duì)混凝土 7d 強(qiáng)度的影響

圖4 石粉含量對(duì)混凝土28d 強(qiáng)度的影響

石粉對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響主要因素有：（1）石粉細(xì)度較小，比表面積的跨度在200～700m2/kg，與水泥、粉煤灰和礦粉能夠很好的混合，可以優(yōu)化膠凝材料的顆粒級(jí)配，填充混凝土的孔隙，混凝土變得更加密實(shí)，增強(qiáng)了混凝土的強(qiáng)度；（2）石粉在混凝土的硬化過程中具有成核效應(yīng)，石灰石粉顆粒可以誘導(dǎo)水化產(chǎn)物析晶，加快 C3S 和 C3A 的水化，但這種作用在早期較明顯，即可以促進(jìn)早期強(qiáng)度的快速增長，而后期作用并不明顯；（3）石灰石粉具有一定的水化增強(qiáng)作用，石灰石粉中的 CaCO3可以參與水泥中的 C3A 和 C4AF 的水化反應(yīng)，生成水化碳鋁酸鈣，改善了水泥基材料的性能，防止 AFt 向 AFm 轉(zhuǎn)化，使混凝土結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，從而提高了混凝土的強(qiáng)度。上述都是石粉對(duì)混凝土強(qiáng)度影響的正效應(yīng)，石灰石粉對(duì)混凝土的強(qiáng)度也存在負(fù)影響，石灰石粉雖然具有一定的活性，但是石粉含量大于臨界值之后，致使膠凝材料的粘結(jié)力下降，包裹性變差，混凝土強(qiáng)度會(huì)降低[9-10]。

2.3 石粉含量對(duì)混凝土碳化深度的影響

圖5和圖6分別給出了石粉含量對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土28d 和60d 碳化深度的影響。從圖中可以看出，隨著機(jī)制砂中石粉含量的增加，28d 碳化深度和60d 碳化深度都呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；石粉摻量相同時(shí)，強(qiáng)度等級(jí)越高的混凝土，同齡期的碳化深度越低；強(qiáng)度等級(jí)越低，石粉對(duì)混凝土密實(shí)性的改良作用越明顯。主要是由于低強(qiáng)度等級(jí)混凝土中膠凝材料用量較少，水灰比較大，硬化后，混凝土中存在大量的孔隙，致使混凝土的密實(shí)性不良，但隨石粉含量的增加，豐富了混凝土的漿量，使硬化后混凝土中的孔隙減少，提高了混凝土的密實(shí)性，也提高了混凝土的抗碳化性能。對(duì)于 C40 混凝土而言，混凝土中膠凝材料用量較高，水膠比較低，其整體的密實(shí)性較好，當(dāng)機(jī)制砂中石粉含量提高時(shí)，對(duì) C40 混凝土密實(shí)性的改善并沒有對(duì) C20 混凝土密實(shí)性的改善明顯。對(duì)于 C60 混凝土而言，混凝土中膠凝材料用量很高，水膠比很低，其整體的密實(shí)性很好，抗碳化能力較強(qiáng)，石粉的摻入對(duì)其密實(shí)性影響較小。

圖5 石粉含量對(duì)混凝土28d 碳化深度的影響

圖6 石粉含量對(duì)混凝土60d 碳化深度的影響

3 結(jié)論

（1）石灰石粉對(duì)機(jī)制砂混凝土工作性和強(qiáng)度的影響隨石粉含量的變化而變化，且對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土而言，石粉的最佳含量不同。對(duì) C20 混凝土，石粉含量在10%～15% 時(shí)工作性和強(qiáng)度最佳；對(duì) C40 混凝土，石粉含量在 7%～10% 時(shí)工作性和強(qiáng)度最佳；對(duì)C60 混凝土，石粉含量在5% 時(shí)工作性和強(qiáng)度最佳。

（2）石粉對(duì)低強(qiáng)度機(jī)制砂混凝土的密實(shí)性改善較明顯，對(duì)高強(qiáng)度混凝土密實(shí)性的影響較小。

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王偉（1988—），男，工程師，福建廈門，主要從事新型混凝土及建筑材料研究工作。

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