石粉含量对C55机制砂混凝土性能的影响

郭 维 媛

(山西长城路桥建设开发有限公司，山西 太原 030006)

1 概述

山西省境内多为山地丘陵地形，天然河砂资源比较缺乏，本地河砂含泥量普遍超标，质量波动大。如果从其他地方采购河砂进行供应，远距离运输势必会导致运费等成本大大增加。若采用机制砂替代河砂，则可以有效解决天然河砂资源匮乏地区优质细集料的供应难题，而且与天然河砂相比，机制砂具有料源充足且广泛，质量稳定以及级配粒形可控等优点。许多研究表明，石粉含量对机制砂的品质有着很大的影响。

目前，国内外针对机制砂混凝土的研究主要集中在石粉对混凝土各性能影响的研究。石粉作为机制砂最主要的特性参数，对混凝土的工作性能、力学性能、体积稳定性能以及耐久性能等均有着极大影响。本文通过试验研究石粉含量对C55机制砂混凝土的工作性能和力学性能的影响规律，确定了配制C55机制砂混凝土时石粉含量的最佳工作区间，为机制砂在高强度等级混凝土中的生产应用提供了一些指导。

2 原材料

2.1 水泥

采用威顿水泥有限公司生产的P.O42.5水泥，主要性能指标见表1。

表1 水泥主要性能指标

2.2 粉煤灰

采用恒鑫达有限公司生产的Ⅰ级粉煤灰，主要性能指标见表2。

表2 粉煤灰主要性能指标

2.3 粗骨料

采用诚磊石料有限公司生产的5 mm～20 mm连续级配碎石，主要性能指标见表3。

表3 碎石主要性能指标

2.4 细骨料

采用宝泰矿石场生产的机制砂，该机制砂为Ⅱ区中砂，主要性能指标见表4。

表4 机制砂主要性能指标

2.5 外加剂

采用上海华登建材有限公司生产的HP400型聚羧酸高性能减水剂，其减水率为28%。

3 试验依据及方法

3.1 试验依据

1)混凝土的工作性能试验按GB/T 50080—2002普通混凝土拌合物性能试验方法进行；

2)混凝土的抗压强度试验按GB/T 50081—2002普通混凝土力学性能试验方法进行。

3.2 试验方法及配合比

按照表5中的配合比进行混凝土试验，在其他条件一致的情况下，研究不同石粉含量(4%，7%，10%和12%)对C55机制砂混凝土的工作性能及各龄期抗压强度的影响。

表5 C55机制砂混凝土配合比 kg/m3

4 试验结果及分析

4.1 石粉含量对混凝土拌合物工作性能的影响

按照表5中确定的配合比，采用不同石粉含量(4%，6%，8%和12%)进行混凝土对比试验，测试混凝土拌合物的坍落度，坍落扩展度，表观密度，含气量，离析情况，泌水情况，粘聚性能等工作性指标，结果如表6所示。

表6 不同石粉含量对混凝土工作性能的影响

从表6可以看出，石粉含量在6%时，混凝土工作性能最好。另外，混凝土的离析、泌水情况随着石粉含量的增加而逐渐得到改善，这是因为石粉含量越高，拌合物中的浆体量越多，包裹性越好，离析、泌水情况相应减弱。

从试验结果可以看出，随着石粉含量的增加，混凝土坍落度和扩展度经时损失、表观密度以及含气量几乎没有变化，这说明石粉含量对坍落度和扩展度经时损失、表观密度以及含气量等工作性能指标的影响并不显著。

当石粉含量低于6%时，C55机制砂混凝土的坍落度和坍落扩展度随石粉含量的增大而增大。石粉细度与水泥相当，可作为粉体材料增加混凝土拌合物中的浆体总量，改善混凝土的流动性能。当石粉含量高于8%时，C55机制砂混凝土的坍落度和扩展度随石粉含量的增大而减小。这是因为C55机制砂混凝土的胶材用量比较大，因而在继续增加石粉的含量对改善混凝土的工作性能没有非常显著的作用，相反，过量的石粉将造成混凝土拌合物中的粉体材料过多，需水量增加，导致拌合物粘度增加。从表6中可以看出，当石粉含量达到12%时，拌合物变得较为粘稠，混凝土的工作性能开始变差。

综上所述，从工作性能上来看，石粉含量在6%～8%范围内时，C55机制砂混凝土的工作性能最佳。

4.2 石粉含量对混凝土强度的影响

按照表5中确定的混凝土合比，采用不同石粉含量(4%,6%,8%和12%)进行对比试验，检测不同龄期混凝土抗压强度(3 d,7 d,28 d和56 d)，结果如表7所示。

从表7可以看出，随着石粉含量的增加，C55机制砂混凝土的各龄期抗压强度(3 d，7 d，28 d和56 d)均呈现出先增加后降低的变化规律。当石粉含量为8%时，混凝土抗压强度达到最大值。

石粉含量低于8%时，随着石粉含量的增加，混凝土强度逐渐增大。这是因为石粉的加入有利于增加体系中的浆体总量，弥补机制砂级配“两头多，中间少”的缺陷，填充集料间的孔隙，改善界面过渡区的密实性，增加硬化后混凝土的抗压强度。

石粉含量超过8%时，随着石粉含量的增加，混凝土强度逐渐降低。虽然石粉可以增加混凝土中的浆体总量，但是石粉并非胶凝材料，作为一种惰性填充材料，过量的石粉反而会破坏混凝土结构的完整性，使得混凝土抗压强度降低。同时，石粉过多，需水量增加，混凝土拌合物变得粘稠，浆体流动性变差，混凝土中孔隙得不到有效填充，密实性变差，这也会对混凝土各龄期抗压强度产生不利影响。

表7 不同石粉含量对各龄期混凝土强度的影响

经过试验分析可以得到，在实际施工中用水量一定的情况下，为保证混凝土的抗压强度，石粉含量宜控制在6%～8%。

5 结语

1)随着石粉含量的增大，C55机制砂混凝土的坍落度和扩展度呈先增大后降低的规律，石粉含量在6%时，混凝土工作性能最好。当石粉大于6%时，混凝土的工作性能逐步降低。

2)随着石粉含量的增大，C55机制砂混凝土的各龄期抗压强度呈先增大后降低的规律，石粉含量在8%时，混凝土抗压强度最高。当石粉大于8%时，混凝土各龄期抗压强度逐步降低。

3)综合混凝土的工作性能、力学性能，机制砂的最佳石粉含量为6%～8%，C55机制砂混凝土可以获得良好的工作性能和力学性能。