陳富山，王思謙，楊俊飛，艾永忠

（1. 中鐵十五局集團第三工程有限公司，重慶 402282；2. 河南四通工程檢測有限公司，河南 洛陽 471002；3. 陜西基業(yè)長青新材料有限公司，陜西 西安 712000；4. 榆林市建設工程質量安全監(jiān)督中心站，陜西 榆林 719000）

0 前言

隨著我國的鐵路、公路、市政等基建項目的大量開工，混凝土用量也快速增長，砂作為混凝土的重要原材料之一，其需求量越來越大。天然砂具有短期不可再生的特點，過量開采會破壞河道，危及生態(tài)環(huán)境，很多地區(qū)已經(jīng)限制或直接禁止了天然砂的開采。在我國西部貴州、重慶、四川等省份，受地理條件限制，天然砂資源極度匱乏。這使得建設用砂的供需矛盾日益突出。

機制砂的使用，可以避免河砂濫開濫采，保護河道，減少運輸成本，在混凝土中用機制砂替代天然砂是一個必然的趨勢。開展機制砂混凝土配合比研究工作，對混凝土質量控制具有重要的指導意義。

機制砂也叫人工砂，是通過制砂機、除塵設備等將巖石經(jīng)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。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。

由于生產企業(yè)選用的制砂機和生產工藝不同，市場上機制砂的質量差異較大。優(yōu)秀的生產廠家，可以做到對機制砂的級配、粒型、石粉含量、MB 值進行精準地控制，并保持穩(wěn)定。但受各方面因素制約，這種機制砂短期內難以普及。目前市場上絕大多數(shù)的機制砂都存在顆粒級配、粒型、石粉含量波動范圍較大的缺陷，這就給機制砂混凝土的質量控制帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

本文在保證混凝土的強度、耐久性滿足設計要求的前提下，根據(jù)機制砂石粉含量的多少，對混凝土的單方用水量進行了量化調整，以供大家參考。

1 混凝土用原材料

（1）水泥：重慶華新地維水泥有限公司采用新型干法旋窯工藝生產的 P·O42.5，其主要指標見表1。

表1 水泥性能指標

（2）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(shù) 76%。

（3）機制砂 1：重慶喆松鑫磊建材有限公司，石灰?guī)r質，符合Ⅰ區(qū)粗砂級配范圍，細度模數(shù) 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(yè)有限公司，石灰?guī)r質，符合Ⅰ區(qū)粗砂級配范圍，細度模數(shù) 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(yè)有限公司，石灰?guī)r質，符合Ⅰ區(qū)粗砂級配范圍，細度模數(shù) 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?guī)r質，符合Ⅰ區(qū)粗砂級配范圍，細度模數(shù) 3.2，MB 值0.8g/kg，石粉含量 5.0%，壓碎值 21%。

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

（5）碎石：重慶市長壽區(qū)生產的石灰?guī)r質 5～25mm 連續(xù)級配碎石，含泥量 0.8%，壓碎值 8%。

（6）石粉：重慶渝勝礦業(yè)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。

（7）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(jīng)時變化量 20mm。

（8）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的影響

選用 C35 配合比來進行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。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。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，同工作性混凝土的單方用水量與河砂基本一致，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(qū)別開來，不將石粉做為機制砂的全部，以區(qū)別通常意義上的砂率。石粉含量對混凝土工作性的影響，可以通過等效砂率來體現(xiàn)，在一定含量石粉時混凝土已具有良好工作性的情況下，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(xù)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，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。試配過程及混凝土工作性能詳見表3。

表2 石粉含量對 C35 混凝土工作性的影響

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，通過計算機制砂中石粉含量超過 7.0% 的含量，采用同水膠比對該部分石粉進行用水量補充，調整后的混凝土性能能夠滿足工作性要求，其坍落度實測值略大于石粉含量 7.0% 的配合比，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，要達到同樣工作性的混凝土，就應該增加同樣水膠比所對應粉體的用水量。

2.2 硬化混凝土抗壓強度及電通量

試驗結果見表4。

表4 混凝土抗壓強度及電通量

機制砂 1、機制砂 2、機制砂 3 石粉含量分別在7.0%、14.9%、17.1%，通過表4 對比，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(yōu)于河砂混凝土。主要原因是適量的石粉具有良好的微集料填充效應，石灰石粉使砂漿連通孔變少，降低了混凝土內部的孔隙，提高了混凝土的密實性，從而提高了其強度及耐久性能。石粉顆粒具有改善膠凝材料級配的作用，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的進一步增大，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。主要為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(lián)，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 結論

（1）通過計算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的調整方法，使混凝土工作性差的問題得到了解決，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。