石粉含量對(duì)機(jī)制砂混凝土性能影響的研究

何小清

(福建省建筑科學(xué)研究院,福建 福州 350000)

近年來,由于我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大規(guī)模開展,河砂作為混凝土中重要的組成部分,已被過度開采并使用。隨著河砂資源的日漸枯竭,使用機(jī)制砂替代河砂應(yīng)用到混凝土中,已受到廣泛的重視和推廣。機(jī)制砂有別于河砂的一個(gè)特點(diǎn)是其在加工過程中會(huì)產(chǎn)生的粒徑小于0.075mm的石粉。適量的石粉能夠填充骨料之間的空隙,增加混凝土的密實(shí)性,從而改善混凝土的和易性。但是過量的石粉會(huì)造成混凝土拌合物需水量的增加,使拌合物變得干稠,嚴(yán)重影響混凝土的性能。本文通過配制C25、C40、C60三種強(qiáng)度等級(jí)的混凝土,改變機(jī)制砂中的石粉含量(其中C25調(diào)配石粉含量為4%、7%、10%、13%,C40調(diào)配石粉含量為5%、8%、11%、14%,C60調(diào)配石粉含量為3%、6%、9%、12%),研究不同石粉含量對(duì)同一強(qiáng)度等級(jí)混凝土和易性、抗壓強(qiáng)度、抗氯離子滲透性能、早期開裂的影響程度和規(guī)律,確定這三種強(qiáng)度等級(jí)混凝土中機(jī)制砂石粉含量的合理范圍并分析其機(jī)理。

1 試驗(yàn)原材料

(1)水泥：選用海螺P·O42.5水泥,3d抗壓強(qiáng)度24.3MPa,28d抗壓強(qiáng)度47.1MPa,比表面積341m2/kg。

(2)機(jī)制砂：選用花崗巖機(jī)制砂,符合I區(qū)連續(xù)級(jí)配,細(xì)度模數(shù)為2.9,石粉含量為6.2%,緊密堆積密度為1660kg/m3。試驗(yàn)過程中,根據(jù)所需的石粉含量進(jìn)行篩除石粉或者添加石粉。

(3)碎石：選用粒徑為(5-25)mm連續(xù)級(jí)配碎石,表觀密度2670kg/m3,針片狀含量為7.0%,壓碎指標(biāo)為8.0%。

(4)粉煤灰：選用福建新源粉煤灰開發(fā)有限公司生產(chǎn)的II級(jí)粉煤灰,各項(xiàng)性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

(5)外加劑：選用廈門科之杰生產(chǎn)的緩凝高效減水劑,各項(xiàng)性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 試驗(yàn)配合比

本次試驗(yàn)配合比如表1所示。

表1 各強(qiáng)度等級(jí)試驗(yàn)配合比

3 試驗(yàn)方法

混凝土拌合物和易性試驗(yàn)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50080-2016)[1]進(jìn)行；混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50081-2002)[2]進(jìn)行；

混凝土抗氯離子滲透性能(RCM法)及早期開裂試驗(yàn)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50082-2009)[3]進(jìn)行。

4 試驗(yàn)結(jié)果與性能分析

4.1 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 不同石粉含量混凝土的各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果

4.2 性能分析

4.2.1 石粉含量對(duì)混凝土拌合物性能的影響

從表2可以看出：石粉含量對(duì)C25、C40、C60混凝土和易性方面影響的規(guī)律是一致的,適量的石粉是可以改善混凝土的和易性,過少或過量都會(huì)對(duì)混凝土產(chǎn)生不利的影響。對(duì)C25來說,石粉含量在7%-13%范圍內(nèi),混凝土拌合物的和易性較好；對(duì)C40來說,石粉含量在8%-11%范圍內(nèi)混凝土拌合物和易性較好；對(duì)C60來說,石粉含量在3%-6%范圍內(nèi)時(shí)混凝土拌合物和易性較好。

原因分析：在中、低強(qiáng)度混凝土中,膠凝材料用量較少,石粉的加入恰好能夠彌補(bǔ)機(jī)制砂表面粗糙、空隙率大對(duì)混凝土流動(dòng)性產(chǎn)生的不利影響,石粉在混凝土中形成了漿體,起到了潤滑劑的作用,一定程度上增加了混凝土的流動(dòng)性,并改善了混凝土的粘聚性及保水性。在高強(qiáng)混凝土中,由于水膠比較低,豐富的膠凝材料足以使混凝土達(dá)到較好的流動(dòng)性、粘聚性及保水性,過多的石粉反而會(huì)吸收一部分自由水,造成漿體的粘稠度過大,減小了混凝土的流變性能,使混凝土的流動(dòng)性降低。

4.2.2 石粉含量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

從表2可以看出：在適量的石粉含量范圍內(nèi),混凝土28d抗壓強(qiáng)度值是隨著石粉含量的增加而增大,超過一定的范圍后,抗壓強(qiáng)度會(huì)有所降低。從C25來看,石粉含量10%時(shí)混凝土28d抗壓強(qiáng)度值最大,；從C40來看,石粉含量為8%時(shí)混凝土28d抗壓強(qiáng)度值最大；從C60來看,石粉含量為6%時(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值。

原因分析：本次試驗(yàn)所用的花崗巖石粉是一種非活性的惰性材料,它本身不參與水泥的水化,石粉在其中主要起到微集料填充作用,增加了混凝土的密實(shí)度,改善混凝土中孔隙特征以及漿-集料界面[4],從而提高了混凝土的強(qiáng)度。而過多的石粉會(huì)造成混凝土中骨料顆粒級(jí)配不合理,減弱了水泥漿與骨料所形成的骨架作用,反而使混凝土密實(shí)性降低,混凝土強(qiáng)度也隨之降低。

4.2.3 石粉含量對(duì)混凝土抗氯離子滲透性的影響

從表2可以看出：C25混凝土抗氯離子滲透性能均一般,但會(huì)隨石粉含量的增加有所提高；C40混凝土中當(dāng)石粉含量為11%時(shí),抗氯離子滲透性能最好；C60混凝土中石粉含量為6%時(shí),抗氯離子滲透性能最好。

原因分析：低強(qiáng)度等級(jí)混凝土中膠凝材料用量較少且水灰比較大,石粉含量的增加,豐富了混凝土的漿體量,填充了一部分空隙,增強(qiáng)了混凝土的密實(shí)程度,從而提高了混凝土的抗?jié)B性能。較高強(qiáng)度等級(jí)混凝土膠凝材料豐富,混凝土內(nèi)部相對(duì)密實(shí),連通毛細(xì)管道較少,適量的石粉有利于水泥石結(jié)構(gòu)和界面的粘結(jié),增強(qiáng)了混凝土內(nèi)部的結(jié)構(gòu),使得混凝土的抗?jié)B性能得到提高。當(dāng)石粉含量的超過一定范圍時(shí),造成混凝土中粉體漿量過多、骨料顆粒級(jí)配不合理,因此混凝土抗?jié)B性會(huì)開始降低。

4.2.4 石粉含量對(duì)混凝土早期開裂性能的影響

從表2可以看出,各強(qiáng)度等級(jí)混凝土中,隨著石粉含量的增加,混凝土早期開裂現(xiàn)象均有所加劇。在C25混凝土中,混凝土早期開裂現(xiàn)象受石粉含量變化的影響較?。辉贑40混凝土中,當(dāng)混凝土石粉含量超過11%時(shí),混凝土早期開裂現(xiàn)象加劇嚴(yán)重；在C60混凝土中,當(dāng)混凝土石粉含量超過6%時(shí),混凝土早期裂紋增長迅速。

原因分析：石粉吸附了混凝土中的自由水,隨著石粉含量的增加,吸附比例也隨之增加。混凝土在風(fēng)的作用下水分流失迅速,使混凝土變干,加劇了混凝土的干縮現(xiàn)象,混凝土開裂面積增大。

5 結(jié)論

適量的石粉對(duì)于機(jī)制砂混凝土是有益的,當(dāng)石粉含量在合理的范圍內(nèi)時(shí),混凝土拌合物和易性得到改善,粘聚性和保水性得到提高,流動(dòng)性變大；適量的石粉填充了混凝土中的內(nèi)部孔隙,增加了混凝土的密實(shí)性,使混凝土抗壓強(qiáng)度及抗氯離子滲透性能得到一定的提高；石粉含量增加,會(huì)造成混凝土需水量增大,加劇混凝土干縮現(xiàn)象,從而引發(fā)早期裂紋的產(chǎn)生。

綜合上述試驗(yàn)結(jié)果可知：低強(qiáng)度等級(jí)混凝土(C25)的合理石粉含量在10%～13%之間；中等強(qiáng)度等級(jí)混凝土(C40)的合理石粉含量在8%～11%之間；高強(qiáng)混凝土(C60)的合理石粉含量在6%～9%之間。

[1]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 50080-2016)[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2016．

[2]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 50081-2002)[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2003．

[3]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 50082-2009)[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2009．

[4]林毅文.淺析高性能機(jī)制砂混凝土的性能及應(yīng)用技術(shù)[J].江西建材,2016(3)：98．