研究探索：機(jī)制砂中石粉含量對(duì)混凝土性能的影響

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本文選自《商品混凝土》雜志2024年第1期

機(jī)制砂中石粉含量對(duì)混凝土性能的影響

戴偉，郭鋒，羅厚俊，嚴(yán)林，曹帥帥

［摘 要］本文采用資料匯總與試驗(yàn)分析方法，探討了機(jī)制砂中石粉含量對(duì)混凝土性能的影響。研究結(jié)果表明，機(jī)制砂中石粉含量的增加會(huì)對(duì)混凝土的性能產(chǎn)生一定影響，需要在生產(chǎn)和使用中進(jìn)行合理控制。深入了解機(jī)制砂中石粉含量對(duì)混凝土拌合物、力學(xué)性能的影響，對(duì)于優(yōu)化混凝土配合比、提高混凝土質(zhì)量具有一定的指導(dǎo)意義。

［關(guān)鍵詞］機(jī)制砂；石粉含量；混凝土性能

0 引言

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)混凝土材料的需求越來(lái)越大。天然砂是傳統(tǒng)混凝土用砂的主要來(lái)源，而混凝土作為最大的建筑材料，大量使用消耗了大量的天然砂資源。隨著天然砂資源的減少，天然河砂開(kāi)采行為對(duì)自然環(huán)境的破壞越來(lái)越嚴(yán)重。因此，有必要尋找一種可以替代天然河砂的材料用于混凝土中。機(jī)制砂在混凝土中的應(yīng)用正好滿足了這一要求。機(jī)制砂是由天然碎石經(jīng)過(guò)多次破碎、篩分、洗滌等工藝加工而成的，它的石粉含量對(duì)混凝土有較大的影響^[1]。因此，本文通過(guò)機(jī)制砂中不同石粉含量對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土性能的影響設(shè)計(jì)并進(jìn)行了試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

（1）混凝土拌合水：為20℃的恒溫水。

（2）水泥：華新水泥有限公司PO42.5水泥，其性能指標(biāo)如表1所示。

（3）礦粉：南通康凱建材有限公司S95級(jí)礦渣微粉，28d的活性指數(shù)95%。

（4）粉煤灰：華能國(guó)電南通實(shí)業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司F類Ⅱ級(jí)灰。粉煤灰的細(xì)度為18.6%，需水量比為92%，28天的強(qiáng)度活性70%。

（5）外加劑：尼高科技有限公司高性能減水劑JKPC-I，減水率達(dá)到26.2%，28d抗壓強(qiáng)度比為136%。

（6）機(jī)制砂：采用的是具有良好級(jí)配的Ⅱ區(qū)砂，細(xì)度模數(shù)為2.9，壓碎指標(biāo)為16.8%。將砂子進(jìn)行反復(fù)清洗烘干，直至水變得清澈后，將砂子烘干。在清洗過(guò)程中所得到的石粉也烘干，然后將石粉按照0、5%、10%、15%、20%的比例摻入洗凈的機(jī)制砂中備用（用S、S、S₁₀、S₁₅、S₂₀作為編號(hào)）。

1.2 試驗(yàn)方案

為了驗(yàn)證機(jī)制砂中不同石粉含量對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土的影響，設(shè)計(jì)了C25、C30、C35、C40這四種不同等級(jí)的混凝土。然后將上述材料進(jìn)行拌合，此過(guò)程依據(jù)GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，所得到的混凝土試塊的抗壓強(qiáng)度測(cè)試依據(jù)GB/T 50081—2019《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》。制備試件過(guò)程中采用標(biāo)準(zhǔn)試件模具150mm×150mm× 150mm，且在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)28d。

設(shè)計(jì)的四組（C25、C30、C35、C40）混凝土的基礎(chǔ)配合比如表2所示。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 石粉含量對(duì)混凝土工作性的影響

經(jīng)過(guò)觀察，混凝土拌合物狀態(tài)如表3所示。從表3中可以清楚地看到，當(dāng)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C25和C30，石粉含量小于5%時(shí)，混凝土出現(xiàn)少量的泌水情況，其他三組工作性能較好，且不泌水。當(dāng)石粉含量超過(guò)10%時(shí)，隨著石粉含量的逐漸增多，C40混凝土呈現(xiàn)出較大的粘聚性，坍落度的損失量和混凝土中石粉含量成反比（如圖1所示），說(shuō)明隨著石粉含量的增加，混凝土的流動(dòng)性能變差，這樣的現(xiàn)象不利于大方量混凝土的泵送和澆筑。

2.1.2 石粉含量對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

將拌制好的混凝土放入標(biāo)準(zhǔn)試模，第二天拆模，試件經(jīng)過(guò)28d的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試，測(cè)試的強(qiáng)度結(jié)果見(jiàn)表4和圖2、圖3。

從表4中可以看出，C25和C30等級(jí)混凝土28d抗壓強(qiáng)度隨著石粉含量的增加而增大；C35和C40混凝土的抗壓強(qiáng)度，隨石粉含量的增加，呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，且抗壓強(qiáng)度的增加量較少。C35混凝土在石粉摻量為15%時(shí)抗壓強(qiáng)度達(dá)最大值，C40混凝土在石粉摻量為10%時(shí)抗壓強(qiáng)度達(dá)最大值。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.2.1 石粉含量對(duì)混凝土拌合物工作性的影響分析

通過(guò)上述試驗(yàn)結(jié)果可以得出，石粉含量對(duì)混凝土的泌水性能的影響是通過(guò)改變混凝土內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和孔隙度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。石粉的加入可以填充混凝土中的微觀空隙，減少混凝土的孔隙度，從而降低混凝土的泌水性。當(dāng)混凝土強(qiáng)度較低時(shí)（C25、C30）添加較多的石粉能夠較好地改善混凝土的泌水性能，這可能是由于水泥用量較少，而機(jī)制砂的用量較多，使得拌合后的混凝土具有較多的微觀空隙，而石粉的加入正好填充到微觀空隙中，可改善低強(qiáng)度混凝土的泌水性能，進(jìn)而可提高混凝土的抗?jié)B性，使混凝土具有較好的耐久性。對(duì)于強(qiáng)度等級(jí)較高的混凝土（C35、C40），所使用的水泥量較多，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)較緊密，過(guò)高的石粉含量就會(huì)影響混凝土的流動(dòng)性，降低混凝土的工作性能。因此在實(shí)際的混凝土的配比中，需要合理的控制機(jī)制砂中石粉的含量，從而使得不同強(qiáng)度的混凝土能達(dá)到最好的工作性能。

2.2.2 石粉含量對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響分析

通過(guò)上述的試驗(yàn)結(jié)果分析可以看出，石粉對(duì)混凝土試塊的強(qiáng)度有影響。石粉在混凝土中，首先，作為細(xì)顆粒能夠填充混凝土中的孔隙，提高混凝土的密實(shí)性。當(dāng)石粉含量增加時(shí)，混凝土中的孔隙結(jié)構(gòu)逐漸減少，使得混凝土的密實(shí)度增加，從而提高了混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。另外，混凝土中的主要組成物質(zhì)是CaCO、Ca(OH)等，這些物質(zhì)能和石粉發(fā)生水化反應(yīng)，產(chǎn)生水化產(chǎn)物，水化產(chǎn)物析晶加速了水泥水化，同時(shí)提高了混凝土的強(qiáng)度^[2]。但是并不是石粉含量越多，混凝土的強(qiáng)度就越高。當(dāng)混凝土強(qiáng)度較低時(shí)，其中水泥的用量較少，而砂石的用量較多，使得混凝土中有較多的微觀孔隙，石粉正好填充了這些孔隙，增加了混凝土的粘聚性和密實(shí)性，從而提高了混凝土的強(qiáng)度。但是當(dāng)混凝土的強(qiáng)度較高時(shí)，混凝土中的水泥含量增加，而砂石的用量變少，而混凝土中的孔隙減少，石粉含量的摻入，對(duì)于混凝土的強(qiáng)度增加較小，且在一定石粉含量下達(dá)到峰值。此外，由于石粉含量的增加導(dǎo)致混凝土的粘性增大，流動(dòng)性降低^[3]。此外，石粉中的細(xì)顆粒會(huì)影響混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，降低混凝土的抗凍融性和抗硫酸鹽侵蝕性能。所以，當(dāng)機(jī)制砂中的石粉含量過(guò)高時(shí)，混凝土的耐久性會(huì)受到影響，容易出現(xiàn)滲水、開(kāi)裂、脫落等問(wèn)題。因此，合理控制機(jī)制砂中的石粉含量對(duì)于確?；炷恋牧己霉ぷ餍阅苤陵P(guān)重要。

3 總結(jié)

綜上所述，機(jī)制砂中石粉含量的大小對(duì)混凝土工作性能影響具有較大的影響，具體如下：

（1）當(dāng)石粉含量在20%以內(nèi)，混凝土強(qiáng)度小于C30時(shí)，機(jī)制砂中石粉含量越大，混凝土的工作性能越好，且隨著石粉含量的增加，其強(qiáng)度也隨之增加。

（2）當(dāng)混凝土強(qiáng)度大于C30時(shí)，機(jī)制砂中石粉含量在一定比例時(shí)，不同強(qiáng)度的混凝土達(dá)到峰值，而且強(qiáng)度增加較小。

在混凝土配合比設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，需要根據(jù)具體工程要求和施工條件，合理調(diào)整機(jī)制砂中石粉的含量，以保證混凝土具有良好的流動(dòng)性和可塑性，從而提高施工效率和施工質(zhì)量。深入研究機(jī)制砂中石粉含量對(duì)混凝土工作性能的影響，有助于指導(dǎo)工程實(shí)踐，優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)，提高施工效率和質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉小兵，朱祥，陳福松，等．石粉含量對(duì)機(jī)制砂混凝土性能的影響[J]．粉煤灰，2011,23(6): 29-31．

[2] 潘菲，姜觀榮．石粉粒徑對(duì)機(jī)制砂混凝土性能的影響[J]．粉煤灰綜合利用，2017(2): 29-31．

[3] 張如林，陳玉前，劉書(shū)童，等．機(jī)制砂石粉含量對(duì)混凝土的性能影響研究[J]．混凝土，2016(3): 84-85．

供稿人：戴偉，郭鋒，羅厚俊

編輯員：李海亮

審核人：孫繼成，寧夏

【標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范】

《建筑固廢再生砂粉應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》行標(biāo)

《建筑物綠色拆除與建筑垃圾綜合利用技術(shù)規(guī)程》CECS

《預(yù)拌混凝土使用說(shuō)明書(shū)》團(tuán)標(biāo)

《砂漿和混凝土用石屑》團(tuán)標(biāo)

《預(yù)拌混凝土產(chǎn)品質(zhì)量追溯規(guī)范》團(tuán)標(biāo)

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