機(jī)制砂石粉含量對(duì)混凝土性能影響的研究

岳麗莎

（鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鶴壁 458030）

1 前言

目前，我國很多地區(qū)可用于混凝土制作的天然砂資源已接近枯竭，導(dǎo)致天然砂的價(jià)格持續(xù)增長(zhǎng)，引發(fā)了一系列不良后果，如亂采、亂挖、毀田、毀河等現(xiàn)象。對(duì)此，我國出臺(tái)了針對(duì)天然砂禁采和限采的規(guī)定。在這種情況下，為了滿足工程建設(shè)市場(chǎng)對(duì)混凝土的需求，機(jī)制砂應(yīng)運(yùn)而生。探討機(jī)制砂石粉含量對(duì)混凝土性能的影響具有積極意義。

2 機(jī)制砂中石粉含量對(duì)混凝土工作性能的影響

目前，世界各國對(duì)機(jī)制砂中石粉含量限值的規(guī)定體現(xiàn)普遍的差異性。在我國，根據(jù)2002年頒布的《建筑用砂》規(guī)定，C30、C60等各個(gè)強(qiáng)度級(jí)別的混凝土石粉含量最高限值為7%、3%等。探討機(jī)制砂中石粉含量對(duì)混凝土性能的影響，可以服務(wù)于工程作業(yè)，精準(zhǔn)把握石粉的最佳用量，獲得性能優(yōu)越的混凝土，同時(shí)，降低生產(chǎn)成本和能耗，減少環(huán)境污染。為了考察機(jī)制砂中石粉含量對(duì)混凝土性能的影響，特別設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，采用石粉含量處于0%～20%的砂配置C30、C40和C60混凝土，并對(duì)其工作性能、力學(xué)性能、耐久性能進(jìn)行分析，如表1所示。

表1 3個(gè)強(qiáng)度等級(jí)混凝土的配合比設(shè)計(jì)

混凝土的工作性能包括流動(dòng)性、黏聚性和保水性，對(duì)硬化混凝土性能有著顯著影響。在實(shí)驗(yàn)過程中，分別對(duì)石粉含量為3%、7%、10%、15%、20%情況下C30、C40和C60三個(gè)強(qiáng)度等級(jí)混凝土的坍落度、黏聚性和保水性的具體情況進(jìn)行了測(cè)試。

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，當(dāng)石粉含量處于10%以下時(shí)，C30強(qiáng)度等級(jí)混凝土的坍落度會(huì)隨著石粉含量的增加而增加；超出10%以后，坍落度則會(huì)隨著石粉含量的增加而減小。分析后得知，石粉的應(yīng)用可以在一定程度上彌補(bǔ)混凝土中漿體材料的不足，能夠彌補(bǔ)機(jī)制砂棱角過多、表面粗糙的問題；當(dāng)含量超出15%之后，混凝土的坍落度下降幅度減緩，因石粉含量過多使總粉體量增加，需水量也會(huì)增高，導(dǎo)致漿體稠度提升，強(qiáng)化混凝土的黏聚性；在石粉含量為20%時(shí)，混凝土的黏聚性達(dá)到最佳。混凝土拌合物的泌水性會(huì)隨著石粉含量的增加得到改善，當(dāng)含量為15%，基本上不會(huì)出現(xiàn)泌水現(xiàn)象。

C40強(qiáng)度等級(jí)的混凝土工作性能隨機(jī)制砂中石粉含量的變動(dòng)規(guī)律與C30強(qiáng)度等級(jí)的混凝土類似，但在含量超出10%之后，隨著含量的增加，坍落度的下降幅度相較于C30混凝土較緩，原因在于C40所使用的膠凝材料量更多。在黏聚性方面，隨著石粉含量的增加，C40混凝土的黏聚性獲得明顯提高，離析泌水現(xiàn)象得到改善。但若石粉含量超出20%，會(huì)導(dǎo)致拌合物過黏，影響施工作業(yè)。

對(duì)于C60等級(jí)強(qiáng)度的混凝土，其坍落度達(dá)到最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的石粉含量為5%左右，其余規(guī)律與C30、C40基本類似。在5%以內(nèi)，坍落度會(huì)隨著石粉含量增加而增加；超過5%，坍落度則會(huì)隨著石粉含量增加而降低。但在黏聚性方面，即使石粉含量不高，C60混凝土也具有良好的黏聚性，不會(huì)出現(xiàn)泌水或離析現(xiàn)象。而在石粉含量很高的情況下，C60混凝土成型效果受到的影響也相對(duì)更小。因此，為了保障C60混凝土的工作性能，其機(jī)制砂中石粉含量最好控制在8%以內(nèi)。

3 機(jī)制砂中石粉含量對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響

混凝土的力學(xué)性能包括抗壓、抗拉、抗彎、抗剪等部分，由于在現(xiàn)代工程建設(shè)中混凝土主要應(yīng)用于承受壓力，因此，對(duì)抗壓性能的要求最為嚴(yán)格。抗壓性能可以對(duì)混凝土其他方面性能的優(yōu)劣作出判斷。因此，在本次研究中僅選取抗壓性能進(jìn)行測(cè)試考察。

實(shí)驗(yàn)中分別選擇特定的時(shí)間點(diǎn)，對(duì)不同石粉含量下機(jī)制砂制作的C30、C40、C60強(qiáng)度等級(jí)混凝土抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了檢測(cè)。根據(jù)結(jié)果顯示，C30混凝土的抗壓強(qiáng)度會(huì)隨著機(jī)制砂石粉含量的增加而增強(qiáng)，石粉含量為3%時(shí)抗壓強(qiáng)度最低，20%時(shí)抗壓強(qiáng)度最高。通過分析可知，石粉之所以能提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，原因在于石粉含量的增加會(huì)使混凝土中粉體材料總量增長(zhǎng)，相應(yīng)的體量也會(huì)增長(zhǎng)，如此就可以更好地增加包括集料、砂與漿體之間的黏接強(qiáng)度，增強(qiáng)抗壓性能。而且，適量的石粉可以有效彌補(bǔ)機(jī)制砂存在的棱角性突出、表面粗糙等問題，提高砂的堆積密度，獲得良好的填充效應(yīng)，同樣有利于提升混凝土抗壓強(qiáng)度。

結(jié)合C40強(qiáng)度等級(jí)的機(jī)制砂混凝土不同齡期的抗壓強(qiáng)度值變動(dòng)情況來看，其中7d齡期的混凝土，當(dāng)石粉含量為10%時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度最高；在10%以內(nèi)，其強(qiáng)度會(huì)隨著石粉含量的增加而提高；超出10%后，石粉含量越高，混凝土抗壓強(qiáng)度反而越低。而28d齡期的混凝土在機(jī)制砂中石粉含量為15%時(shí)強(qiáng)度最高；在15%以內(nèi)，石粉含量越高，抗壓強(qiáng)度也就越高。在C40混凝土中，石粉所發(fā)揮的作用機(jī)制與在C30混凝土中是相同的，值得一提的是，石粉顆粒可對(duì)混凝土存在的空隙進(jìn)行填充，提高界面過渡區(qū)的密度，增強(qiáng)其強(qiáng)度；當(dāng)石粉含量超過15%時(shí)，C40混凝土的抗壓強(qiáng)度會(huì)隨著含量的增加呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，原因在于石粉含量過多會(huì)導(dǎo)致粉體材料超量，而多余的石粉并不能發(fā)揮填充作用，反而會(huì)因過量堆積破壞混凝土的堆積結(jié)構(gòu)，造成強(qiáng)度下降。

對(duì)于C60強(qiáng)度等級(jí)的機(jī)制砂混凝土，當(dāng)石粉含量為8%時(shí)，其抗壓強(qiáng)度最高；在8%以內(nèi)，石粉含量越高，混凝土抗壓強(qiáng)度越高；超出8%以后，抗壓強(qiáng)度同樣會(huì)隨著石粉含量增加而降低。這說明當(dāng)石粉含量較低時(shí)，可對(duì)混凝土的抗壓性能起到強(qiáng)化效果，但若是過多，則會(huì)破壞混凝土的堆積結(jié)構(gòu)。由于C60混凝土所使用的膠凝材料多于C40，因此，在機(jī)制砂石粉含量相同的情況下，C60中堆積的石粉更多。

4 機(jī)制砂中石粉含量對(duì)混凝土耐久性能的影響

4.1 機(jī)制砂中石粉含量對(duì)混凝土收縮性能的影響

機(jī)制砂中石粉含量對(duì)混凝土的主要收縮性能——干燥收縮的影響主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是石粉含量的增加會(huì)使混凝土漿體總量出現(xiàn)增長(zhǎng)，加大混凝土的收縮。二是機(jī)制砂中石粉可以填充混凝土孔隙，提高其結(jié)構(gòu)密實(shí)度，抑制干燥收縮的發(fā)生。結(jié)合不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土在不同齡期的干燥收縮率變動(dòng)數(shù)據(jù)來看，C30混凝土在不同石粉含量下1d的干燥收縮率基本相同，但隨著時(shí)間的推移，不同石粉含量下干燥收縮率的差異性也就越大，其中石粉含量為10%時(shí)，機(jī)制砂混凝土的干縮率最大；在10%以內(nèi)，石粉含量的增加會(huì)導(dǎo)致干縮率的增大；而在10%以上，石粉含量的增加同樣會(huì)使干縮率增大。

對(duì)于C40混凝土，其整體干縮率要高于C30混凝土，原因在于其體量更大。當(dāng)石粉含量為7%時(shí)，C40混凝土的干縮率最高；含量超過10%以后，C40混凝土的干縮率則會(huì)隨著石粉含量的增加而減小。此外，石粉含量的增加會(huì)使C40混凝土的1d干縮率增長(zhǎng)。

基于不同石粉含量下C60混凝土的干縮率測(cè)試結(jié)果來看，其干縮率隨石粉含量的變動(dòng)受到齡期的影響，不同齡期下干縮率的變化規(guī)律存在差異性。隨著石粉含量的增加，C60混凝土的1d和3d干縮率會(huì)出現(xiàn)增長(zhǎng)，而隨著時(shí)間推移，混凝土的干縮率則會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)石粉含量為8%時(shí)，后面齡期混凝土的干縮率最高；在8%以內(nèi)，石粉含量越高，干縮率越大；超出8%，石粉含量越高，干縮率越小。

4.2 機(jī)制砂中石粉含量對(duì)混凝土早期抗裂的影響

機(jī)制砂中的石粉含量越高，混凝土的粉體總量也就越高，需水量越大，相應(yīng)的漿體總量也會(huì)增加，這些對(duì)混凝土早期抗裂均會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響。結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，三種強(qiáng)度等級(jí)的混凝土所產(chǎn)生的裂縫均會(huì)隨著機(jī)制砂中石粉含量的增加而增加。在條件不變的情況下，通過三種強(qiáng)度等級(jí)混凝土失水量隨時(shí)間變化的規(guī)律來看，混凝土的開裂情況與失水量之間存在緊密聯(lián)系。失水量越大，混凝土出現(xiàn)裂縫的寬度越大。而石粉含量越高，混凝土的失水量也就越大?；炷恋脑缙诳沽押退窒蛲膺w移的速率相關(guān)，當(dāng)水分向外遷移不及時(shí)，使水分不足以補(bǔ)充外部散失的水分時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)裂縫。因此，水分向外遷移速率越小，出現(xiàn)裂縫的風(fēng)險(xiǎn)越高，且時(shí)間越早寬度越大。

5 結(jié)語

綜上所述，機(jī)制砂中石粉含量對(duì)混凝土的工作性能、力學(xué)性能、耐久性能均有著明顯的影響。因此，在工程項(xiàng)目施工中，施工單位應(yīng)根據(jù)施工要求和現(xiàn)場(chǎng)條件，通過嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)確定機(jī)制砂中石粉的最佳用量，提高混凝土的綜合性能，為施工作業(yè)奠定基礎(chǔ)。