摘 要：本文針對水泥混凝土在應(yīng)用到具體工程項目中存在抗壓強度弱，無法滿足工程實際所需的問題，研究了機制砂石粉含量對水泥混凝土的影響。通過原材料準(zhǔn)備、試驗設(shè)計等步驟，對不同機制砂石粉含量下水泥混凝土的性能表現(xiàn)進行具體分析。通過分析可知，當(dāng)機制砂中的石粉摻量約為20%時，可有效地提高水泥混凝土的強度，當(dāng)機制砂中的石粉摻量過多時，會引起強度的負(fù)面影響。在高強度混凝土中，石粉摻入率對其影響較大，對其不利影響也較大。在具體施工中須結(jié)合實際合理配制水泥混凝土，便于施工順利進行。

關(guān)鍵詞：機制砂；石粉；含量；水泥；混凝土

中圖分類號：TU 753 " " " " " 文獻標(biāo)志碼：A

在制備混凝土的過程中，為確保配制的水泥混凝土在實際應(yīng)用中可以達到工程使用標(biāo)準(zhǔn)，通常情況下，施工方會使用機制砂材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的河砂或天然砂，但機制砂在應(yīng)用中，會產(chǎn)生一定量的石粉，根據(jù)工程項目的建設(shè)需求，水泥混凝土配制中的機制砂用量需要控制在10%以內(nèi)。根據(jù)大量的研究與實踐成果，機制砂并不是越“純凈”越好，在機制砂中摻入適量的石粉，不僅可以優(yōu)化水泥混凝土的綜合性能，還可以降低混凝土配制的成本[1]。因此，明確機制砂中石粉摻入量的臨界值，對于指導(dǎo)水泥混凝土生產(chǎn)制造單位來說，具有十分現(xiàn)實的意義與顯著的經(jīng)濟價值。

在深入水泥混凝土生產(chǎn)制造的研究中發(fā)現(xiàn)，石粉屬于一種粒徑＜75μm的細(xì)粉，在大氣環(huán)境中，以顆粒物的形式存在。根據(jù)《建筑用砂》規(guī)范等相關(guān)文件對水泥混凝土制備提出的要求，明確了一定量石粉對水泥混凝土的力學(xué)性能尤其是強度有一定的改善作用[2]。當(dāng)石粉用量超出某一限度時，將導(dǎo)致其工作性能與強度下降，甚至對混凝土的綜合使用效果產(chǎn)生負(fù)面影響。為落實這方面工作，優(yōu)化生產(chǎn)中的混凝土配合比，本文將對此進行研究。

1 原材料準(zhǔn)備

由于水泥混凝土在使用中的塑性、耐久性較好，成本較低，且可以在工程中根據(jù)需求被加工成任何形狀，因此，相關(guān)水泥混凝土的研究一直受到廣大施工單位的青睞，并在建筑工程領(lǐng)域廣泛使用。在我國環(huán)境保護政策越來越嚴(yán)格的情況下，天然河砂日漸減少，混凝土制備中所需的砂石已經(jīng)出現(xiàn)了短缺的情況。全國各地仍在不斷地進行各類工程基本建設(shè)工作[3]。在此背景下，人工砂、機制砂將逐步取代河流砂，作為一種重要的混凝土組分。但是，機制砂是用礦石中的細(xì)碎石塊磨成的，其中不可避免地夾雜著石粉[4]。在混凝土的制備過程中，必須要考慮石粉的作用，并對其進行定量分析，以確定其對混凝土的作用機理。試驗前，應(yīng)準(zhǔn)備水泥混凝土，制備原材料，根據(jù)工程項目的具體需求，選用P.042.5R水泥、II級粉煤灰、連續(xù)級配碎石（碎石粒徑在5mm～25mm）、機制砂以及減水劑作為原材料。為保證原材料的質(zhì)量，排除并避免試驗中相關(guān)因素對混凝土綜合性能測定結(jié)果的影響，參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對水泥混凝土制備中原材料各項物理性能指標(biāo)進行檢測，相關(guān)內(nèi)容見表1～表5。

從表5中的內(nèi)容可以看出，本次試驗準(zhǔn)備的水泥混凝土制備原材料各項物理性能指標(biāo)符合技術(shù)規(guī)范，即滿足本次試驗需求。

2 試驗設(shè)計

在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，對試驗步驟進行設(shè)計，根據(jù)本次試驗?zāi)康?，分別制備C30、C35和C40水泥混凝土，將其作為本次試驗的研究對象。將C30、C35和C40這3種強度的水泥混凝土制備中，機制砂石粉含量作為控制變量，設(shè)置每種強度混凝土中機制砂石粉含量：15%、20%和25%，同時，在對應(yīng)強度的混凝土下，設(shè)置1個機制砂石粉摻入量為0的組別，將此組別作為對照組。根據(jù)機制砂石粉的不同摻入量，制備水泥混凝土試驗塊，試驗塊的長度×寬度×高度為150mm×150mm×150mm，將制備完成的水泥混凝土塊按照標(biāo)準(zhǔn)分別養(yǎng)護3天、7天和28天。對達到設(shè)計齡期的試驗塊進行試驗，試驗中，使用壓力機測試，進行試驗塊強度的檢測，通過此種方式，觀察并記錄試驗塊是否發(fā)生裂縫或裂縫的發(fā)育情況，從而得到試驗塊的強度值[5]。

3 機制砂石粉含量對水泥混凝土的影響分析

3.1 原料數(shù)據(jù)

對試驗中使用的機制砂進行篩分，并將篩分?jǐn)?shù)據(jù)以及細(xì)度模數(shù)等參數(shù)記錄，見表6。

從機制砂篩分?jǐn)?shù)據(jù)及細(xì)度模數(shù)記錄表中內(nèi)容可以看出，此次試驗所選擇的機制砂的細(xì)度模數(shù)為2.94。結(jié)合表7中記錄的當(dāng)前對機制砂細(xì)度模數(shù)與水泥混凝土工作性能的影響研究成果，進行具體分析。對表7中記錄的內(nèi)容進行分析，當(dāng)機制砂細(xì)度模數(shù)≤2.7時，隨著細(xì)度模數(shù)增加，坍 落度和坍落擴展度都逐漸遞增；當(dāng)機制砂細(xì)度模數(shù)大于2.7時，隨著細(xì)度模數(shù)增加，坍落度和坍落擴展度均呈現(xiàn)逐漸遞減的變化趨勢，流動性、保水性和黏聚性都逐漸變差[6]。結(jié)合該表中的內(nèi)容對上述機制砂篩分?jǐn)?shù)據(jù)及細(xì)度模數(shù)記錄進行分析得出，試驗中所選擇的機制砂細(xì)度模數(shù)大于2.7，小于3.0，具備良好的流動性、保水性和黏聚性，有利于工程施工[7]。同時，對水泥混凝土的抗壓強度等力學(xué)性能進行分析，所選擇機制砂能夠使水泥混凝土達到最佳狀態(tài)。綜上所述，所選擇的機制砂基本性能指標(biāo)良好，對于后續(xù)壓力試驗及對試驗結(jié)果均能夠提供更有利的保障條件。

3.2 壓力試驗與試驗數(shù)據(jù)分析

針對所選擇的試驗試塊，對其進行壓力試驗，如圖1所示。

從圖1可以看出，試塊在壓力測試過程中共經(jīng)歷了4個階段，分別為試塊起壓初始階段、試塊出現(xiàn)裂縫階段、試塊上裂縫進一步發(fā)展階段、試塊被壓碎階段。在此基礎(chǔ)上記錄試塊被壓碎時的強度數(shù)值，并得到在不同強度條件下試塊的抗壓數(shù)值，見表8。

結(jié)合表中記錄的內(nèi)容可以看出，在摻入不同的石粉量中，摻入量為20%前后對比分別形成了正效應(yīng)和負(fù)效應(yīng)，隨著石粉摻入量減少，混凝土的強度呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢，而20%石粉摻入量可以作為1個臨界點，在該臨界點上水泥混凝土試塊的抗壓強度最高[8]。結(jié)合上述結(jié)果，對強度等級為C30的水泥混凝土試塊進行橫向比較，探究不同石粉摻入量條件下水泥混凝土試塊的抗壓強度變化，如圖2所示。

對強度等級為C35的水泥混凝土試塊進行橫向比較，探究不同石粉摻入量條件下，水泥混凝土試塊的抗壓強度變化，如圖3所示。

對比圖2和圖3可以看出，水泥混凝土試塊的強度變化趨勢基本相同。

對強度等級為C30的水泥混凝土試塊進行橫向比較，探究不同石粉摻入量條件下，水泥混凝土試塊的抗壓強度變化，如圖4所示。

與石粉摻入量為0的對照組相比，當(dāng)石粉用量約為15%時，其強度顯著低于空白對照，但隨著石粉用量增加，其強度會逐漸提高，當(dāng)石粉用量為20%時，其強度與空白對照基本相同，當(dāng)石粉用量大于20%時，會產(chǎn)生不利影響，使其強度顯著降低。造成這種負(fù)面效果的原因如下：當(dāng)石粉含量過高時，將會破壞混凝土中緊密的堆積結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重影響了混凝土的強度。分析上述試驗結(jié)果產(chǎn)生的具體原因，可以從以下2個方面來解釋：從前人的試驗結(jié)果來看，采用機制砂時，填充密實度最高；研究中所用機制砂細(xì)度模數(shù)為2.9，密實度好，且加入適量石粉，可使機制砂微孔充填，使其密實度更高，使初期流動性更好；同時，由于水泥漿硬化，使過渡界面處的密實度更高，因此可提高其強度，進而得知，后期抗?jié)B性及耐久性也將得到顯著提升。另一方面，石粉還能在水泥水化反應(yīng)中產(chǎn)生“成核”效果，取代水泥、礦粉等膠體物質(zhì)作為“成核”，從而使水泥中的活性物質(zhì)能夠充分參與到水化反應(yīng)中，在水化反應(yīng)初期促進C-S-H凝膠和氫氧化鈣的生成，促進水泥水化反應(yīng)進行，提高水泥水化反應(yīng)初期的強度。

4 結(jié)語

現(xiàn)有的研究成果大多基于定性角度分析混凝土的生產(chǎn)、制備與作用。雖然已有一些技術(shù)人員提出了優(yōu)化水泥混凝土制備的策略，但是大多數(shù)是粗略的、原則性的，缺乏定量成果作為支撐。同時，對于混凝土強度等問題，也有一些學(xué)者進行論述，但都是淺嘗輒止，沒有進行更深層次的探索。對水泥混凝土生產(chǎn)制備的過程中，機制砂中石粉含量的臨界值（最優(yōu)值）進行研究，得到以下2個結(jié)論：1）在機制砂中，當(dāng)石粉摻量約為20%時，可有效地提高水泥混凝土的強度，但過多時，會導(dǎo)致強度的負(fù)面影響。2）高強混凝土對石粉摻入量的變化表現(xiàn)更明顯，同時負(fù)效應(yīng)也更明顯。通過本次研究，認(rèn)證了“適當(dāng)石粉有助于優(yōu)化混凝土工作性能”的結(jié)論，本次研究的成果，可以用于指導(dǎo)混凝土企業(yè)與工廠的生產(chǎn)作業(yè)。但要對此方案在相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)進一步推廣應(yīng)用，還將持續(xù)對這方面內(nèi)容進行研究，采用此種方式提高混凝土施工企業(yè)的經(jīng)濟效益，進而保證水泥混凝土施工項目的質(zhì)量。

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