人工砂石粉含量对混凝土性能的影响

■罗灿亮 ■三台县波特兰商品砼有限公司，四川 绵阳 621000

人工砂是指加工前经除土处理，由机械破碎、筛分制成的，公称粒径小于5mm 的岩石颗粒。加工后形成粒径小于80μm 颗粒为石粉，且其矿物组成和成分与被加工母岩物质相同。人工砂石粉与天然砂中的泥成分不同、粒径分布不同，在混凝土中所起的作用亦不同。天然砂中的泥对混凝土是有害的，必须严格控制其含量。而人工砂中适量的石粉对混凝土是有益的，有适量石粉的存在，弥补了人工砂配制混凝土和易性差的缺陷。同时，它的掺入对改善混凝土特细骨料的级配、提高混凝土密实性都有益处，进而起到提高混凝土综合性能的作用。随着天然砂资源的逐渐枯竭，砂石生产也因资源的变化而有所改变，建筑用砂的数量对建筑市场的影响日益明显，人工砂的研究并规范利用势在必行。

关于人工砂的标准，建设部行业标准《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》中人工砂的种类和技术要求，其将C30 以下的混凝土石粉含量放宽到10%，不承认人工砂或洗走石粉的现象将随着该标准的实施而改变。但随着人工砂的逐步应用，目前生产实践对标准又提出了新的问题，这个问题，同样反映在国标上。即按标准规定，C60 及以上的混凝土的石粉含量应小于5%，C30～C55 的石粉含量应小于7%，小于C30 混凝土的石粉含量应小于10%。定这样的指标，当初的考虑点是出于我国地域广阔、矿产复杂、各地生产和使用人工砂的水平相差很大，对全国来讲人工砂才处于刚刚起步阶段，各地应用人工砂石粉的工程经验还不多。因此，标准中对人工砂石粉含量的要求还是按传统限制含泥量的思路来对待石粉含量，采用了比较谨慎的态度和较严的指标。人工砂中的石粉绝大部分是母岩被破碎的细粒，与天然砂中的泥不同，它们在混凝土中的作用也有很大区别。我国倡导建设资源节约型、环境友好型社会，然而混凝土的大量使用，使自然资源遭受到前所未有的破坏。机制骨料也是一种自然资源，其开采是对环境的一种破坏，为了使人工砂石粉含量满足规范要求，而盲目地将石粉洗掉，不仅增加了污染物的排放量，而且造成很大的资源浪费。其实，人工砂石粉中粒径小于0.16mm 的颗粒可以视为一种掺合料，是否表现为一定的活性尚待研究，选择适当的石粉含量可以改善混凝土和易性和提高混凝土密实性，对提高混凝土性能有利。本文采用石粉含量14%左右的人工砂作为基准砂，通过机制添加石粉配制成试验预定石粉含量，石粉含量变化范围为6%～22%，机制翻拌均匀，将其作为研究对象。

1 混凝土原材料及基本性能

试验采用红狮P·O42.5R 级水泥，其物理性能指标见表1;采用宏远建材Ⅱ级粉煤灰，其物理性能见指标见表2;细骨料采用涪江卵石破碎机制砂做为基准砂，其物理性能指标见表3;粗骨料采用涪江卵石破碎碎石，其物理性能指标见表4;减水剂采用晋深建材科技有限公司JS-B 缓凝高效减水剂，其性能指标见表5。

表1 水泥物理性能

表2 粉煤灰物理性能

表3 细骨料物理性能

表4 粗骨料物理性能

表5 缓凝高效减水剂性能

2 试验方案

2.1 人工砂石粉含量、泥粉含量亚甲基蓝标定曲线

通过对人工砂作筛分，以人工砂石粉含量14%样品为基准样，分别调整石粉和泥粉的比例制作不同泥粉含量的样品，通过试验亚甲基蓝吸附作曲线标定，从而确定人工砂中石粉含量与含泥量的组成，试验步骤按《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》方法进行，试验结果如表6:

表6 不同比例石粉含量与含粉含量亚甲基蓝吸附量

由图1 可知:人工砂含泥量与亚甲基蓝消耗相关性较好。随着人工砂含泥量的增加，亚甲基蓝的消耗量逐渐增大。根据所测数据线性拟合得到的标定曲线，对混凝土生产用人工砂样品检测的亚甲蓝吸附值，从而可以推算人工砂的石粉含量和泥粉含量，以控制人工砂的含泥量满足规范要求。

2.2 为探明机制砂中的石粉对水泥性能的影响

按内掺法将粒径小于80μm 的石粉掺入水泥中试验。按照水泥胶砂强度检验方法，对不同石粉掺量下进行水泥胶砂强度试验:分别在胶砂试验水泥中按5%、10%、15%、20%、25%掺入预先准备的石粉样品，检测其不同掺量下对胶砂强度的影响。

图1

图2 不同石粉掺量下水泥胶砂强度

试验结果表明:石粉取代部分水泥后，对凝结时间和安定性均无影响。当取代量小6%时，水泥强度无明显降低，其原因可能是石粉中的碳酸盐在水泥水化过程中与水泥的铝硅酸盐形成碳铝酸盐，使水泥强度得以提高;当取代量大于12%时，随取代量的增加水泥强度呈明显下降，原因是水泥的铝成分有限，过多的石粉只能起惰性料的填充作用，反而降低水泥的活性。

2.3 人工砂石粉含量对混凝土拌合物及抗压强度的影响

采用不同石粉含量的人工砂进行混凝土拌合物试验研究，混凝土落度控制在170～210mm，扩展度控制在450～510mm。混凝土配合比参数及拌合物试验结果见表7。

表7 混凝土配合比参数及拌合物试验结果

图3

试验结果表明:在保证坍落度、扩展度、相同的的情况下，减水剂掺量随着石粉含量的增加而增大，所得同一水胶比不同石粉含量拌制的混凝土标准养护条件28 天、60 天龄期抗压强度，当石粉含量6～14%范围变化时，随石粉含量的增大强度呈增加趋势;当石粉含量14～22%范围变化时，随石粉含量的增大强度呈略微下降;当粉体量超过460KG/M3时，拌合物流动速率降低。

图4

试验结果表明:在保证坍落度、扩展度、相同的的情况下，所得同一水粉比不同水胶比拌制的混凝土标准养护条件28 天、60 天龄期抗压强度，随石粉含量的增大、粉煤灰掺量逐渐降低时，强度变化不大;减水剂掺量随着石粉含量的增加而增大，石粉对减水剂的吸附略大于粉煤灰;拌合物流动速率无明显变化。

3 石粉含量对预拌混凝土的重要性

每个预拌混凝土企业所在的地区不同、原材料的来源不同，需要根据地材的情况作相应试验，同时还要根据生产的各种强度等级的混凝土比重选择相对应的原材料:

图5 本地连续5 年混凝土柏拉图分析

由图5 可知:中低强度等级的混凝土占总生产量的80%以上，因此控制质量和成本的重点在中低强度等级混凝土，在保证质量情况下，石粉含量是影响混凝土拌合物和易性及降低成本的一个重要因素。

4 总结

通过人工砂石粉含量对混凝土性能的影响试验研究，得出以下结论:(1)随着人工砂石粉含量的增加，保持混凝土水胶比、砂率、拌合物和易性相同、混凝土的单位体积用水量不变时。从试验成果分析，减水剂掺量随着石粉含量的增加而增大;石粉对减水剂的吸附略大于粉煤灰;适当比例的石粉掺入混凝土中，可以调整中低强度等级混凝土的和易性，黏聚性和保水性，同时适当比例的石粉掺入混凝土中，石粉具有微集料填充效应、能增加部分强度等级混凝土的抗压强度。(2)人工砂中石粉在水泥胶砂强度试验和混凝土试验结果表明，其掺量对强度影响有一定差异。(3)通过混凝土拌合物性能试验结果表明，要达到比较好的施工和易性，混凝土拌合物中粉体物质(水泥、矿物掺和材、石粉)的总量宜控制在420～480Kg，既能得到比较好的拌合物，同时也有利于混凝土的体积稳定性。若中低强度等级混凝土用量大，可适当保留人工砂中石粉的含量，石粉含量宜控制在12～18%。(4)随着天然砂资源的逐渐枯竭，砂石生产也因资源的变化而有所改变，建筑用砂的数量对建筑市场的影响日益明显，人工砂的研究并规范利用势在必行，系统地研究人工砂对混凝土的作用与影响，特进行其机理研究很重要。比如，像石粉中特细级配的组成研究及其对混凝土密实度的影响、石粉在骨料与水泥界面中的作用等。

［1］李晶.石灰石粉掺量对混凝土性能影响的试验研究［D］.大连理工大学.2007.

［2］赵长军，董斌，于敬海.石粉对机制砂混凝土性能影响试验研究［J］.低温建筑技术，2009(04).

［3］王卫东，王雨利.石粉对机制砂混凝土性能影响的研究现状［J］.商品混凝土，2010(05).