研究探索：機制砂中石粉含量對混凝土性能的影響

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本文選自《商品混凝土》雜志2024年第1期

機制砂中石粉含量對混凝土性能的影響

戴偉，郭鋒，羅厚俊，嚴林，曹帥帥

［摘 要］本文采用資料匯總與試驗分析方法，探討了機制砂中石粉含量對混凝土性能的影響。研究結果表明，機制砂中石粉含量的增加會對混凝土的性能產生一定影響，需要在生產和使用中進行合理控制。深入了解機制砂中石粉含量對混凝土拌合物、力學性能的影響，對于優(yōu)化混凝土配合比、提高混凝土質量具有一定的指導意義。

［關鍵詞］機制砂；石粉含量；混凝土性能

0 引言

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，人們對混凝土材料的需求越來越大。天然砂是傳統(tǒng)混凝土用砂的主要來源，而混凝土作為最大的建筑材料，大量使用消耗了大量的天然砂資源。隨著天然砂資源的減少，天然河砂開采行為對自然環(huán)境的破壞越來越嚴重。因此，有必要尋找一種可以替代天然河砂的材料用于混凝土中。機制砂在混凝土中的應用正好滿足了這一要求。機制砂是由天然碎石經過多次破碎、篩分、洗滌等工藝加工而成的，它的石粉含量對混凝土有較大的影響^[1]。因此，本文通過機制砂中不同石粉含量對不同強度等級的混凝土性能的影響設計并進行了試驗。

1 試驗

1.1 試驗材料

（1）混凝土拌合水：為20℃的恒溫水。

（2）水泥：華新水泥有限公司PO42.5水泥，其性能指標如表1所示。

（3）礦粉：南通康凱建材有限公司S95級礦渣微粉，28d的活性指數(shù)95%。

（4）粉煤灰：華能國電南通實業(yè)開發(fā)有限公司F類Ⅱ級灰。粉煤灰的細度為18.6%，需水量比為92%，28天的強度活性70%。

（5）外加劑：尼高科技有限公司高性能減水劑JKPC-I，減水率達到26.2%，28d抗壓強度比為136%。

（6）機制砂：采用的是具有良好級配的Ⅱ區(qū)砂，細度模數(shù)為2.9，壓碎指標為16.8%。將砂子進行反復清洗烘干，直至水變得清澈后，將砂子烘干。在清洗過程中所得到的石粉也烘干，然后將石粉按照0、5%、10%、15%、20%的比例摻入洗凈的機制砂中備用（用S、S、S₁₀、S₁₅、S₂₀作為編號）。

1.2 試驗方案

為了驗證機制砂中不同石粉含量對不同強度等級混凝土的影響，設計了C25、C30、C35、C40這四種不同等級的混凝土。然后將上述材料進行拌合，此過程依據GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》，所得到的混凝土試塊的抗壓強度測試依據GB/T 50081—2019《普通混凝土力學性能試驗方法標準》。制備試件過程中采用標準試件模具150mm×150mm× 150mm，且在標準養(yǎng)護條件下養(yǎng)護28d。

設計的四組（C25、C30、C35、C40）混凝土的基礎配合比如表2所示。

2 結果與分析

2.1 試驗結果

2.1.1 石粉含量對混凝土工作性的影響

經過觀察，混凝土拌合物狀態(tài)如表3所示。從表3中可以清楚地看到，當混凝土的強度等級為C25和C30，石粉含量小于5%時，混凝土出現(xiàn)少量的泌水情況，其他三組工作性能較好，且不泌水。當石粉含量超過10%時，隨著石粉含量的逐漸增多，C40混凝土呈現(xiàn)出較大的粘聚性，坍落度的損失量和混凝土中石粉含量成反比（如圖1所示），說明隨著石粉含量的增加，混凝土的流動性能變差，這樣的現(xiàn)象不利于大方量混凝土的泵送和澆筑。

2.1.2 石粉含量對混凝土強度的影響

將拌制好的混凝土放入標準試模，第二天拆模，試件經過28d的標準養(yǎng)護后進行抗壓強度測試，測試的強度結果見表4和圖2、圖3。

從表4中可以看出，C25和C30等級混凝土28d抗壓強度隨著石粉含量的增加而增大；C35和C40混凝土的抗壓強度，隨石粉含量的增加，呈現(xiàn)先增后減的趨勢，且抗壓強度的增加量較少。C35混凝土在石粉摻量為15%時抗壓強度達最大值，C40混凝土在石粉摻量為10%時抗壓強度達最大值。

2.2 試驗結果分析

2.2.1 石粉含量對混凝土拌合物工作性的影響分析

通過上述試驗結果可以得出，石粉含量對混凝土的泌水性能的影響是通過改變混凝土內部的結構和孔隙度來實現(xiàn)的。石粉的加入可以填充混凝土中的微觀空隙，減少混凝土的孔隙度，從而降低混凝土的泌水性。當混凝土強度較低時（C25、C30）添加較多的石粉能夠較好地改善混凝土的泌水性能，這可能是由于水泥用量較少，而機制砂的用量較多，使得拌合后的混凝土具有較多的微觀空隙，而石粉的加入正好填充到微觀空隙中，可改善低強度混凝土的泌水性能，進而可提高混凝土的抗?jié)B性，使混凝土具有較好的耐久性。對于強度等級較高的混凝土（C35、C40），所使用的水泥量較多，混凝土內部結構較緊密，過高的石粉含量就會影響混凝土的流動性，降低混凝土的工作性能。因此在實際的混凝土的配比中，需要合理的控制機制砂中石粉的含量，從而使得不同強度的混凝土能達到最好的工作性能。

2.2.2 石粉含量對混凝土強度的影響分析

通過上述的試驗結果分析可以看出，石粉對混凝土試塊的強度有影響。石粉在混凝土中，首先，作為細顆粒能夠填充混凝土中的孔隙，提高混凝土的密實性。當石粉含量增加時，混凝土中的孔隙結構逐漸減少，使得混凝土的密實度增加，從而提高了混凝土的抗壓強度和抗拉強度。另外，混凝土中的主要組成物質是CaCO、Ca(OH)等，這些物質能和石粉發(fā)生水化反應，產生水化產物，水化產物析晶加速了水泥水化，同時提高了混凝土的強度^[2]。但是并不是石粉含量越多，混凝土的強度就越高。當混凝土強度較低時，其中水泥的用量較少，而砂石的用量較多，使得混凝土中有較多的微觀孔隙，石粉正好填充了這些孔隙，增加了混凝土的粘聚性和密實性，從而提高了混凝土的強度。但是當混凝土的強度較高時，混凝土中的水泥含量增加，而砂石的用量變少，而混凝土中的孔隙減少，石粉含量的摻入，對于混凝土的強度增加較小，且在一定石粉含量下達到峰值。此外，由于石粉含量的增加導致混凝土的粘性增大，流動性降低^[3]。此外，石粉中的細顆粒會影響混凝土的內部結構，降低混凝土的抗凍融性和抗硫酸鹽侵蝕性能。所以，當機制砂中的石粉含量過高時，混凝土的耐久性會受到影響，容易出現(xiàn)滲水、開裂、脫落等問題。因此，合理控制機制砂中的石粉含量對于確?；炷恋牧己霉ぷ餍阅苤陵P重要。

3 總結

綜上所述，機制砂中石粉含量的大小對混凝土工作性能影響具有較大的影響，具體如下：

（1）當石粉含量在20%以內，混凝土強度小于C30時，機制砂中石粉含量越大，混凝土的工作性能越好，且隨著石粉含量的增加，其強度也隨之增加。

（2）當混凝土強度大于C30時，機制砂中石粉含量在一定比例時，不同強度的混凝土達到峰值，而且強度增加較小。

在混凝土配合比設計和施工過程中，需要根據具體工程要求和施工條件，合理調整機制砂中石粉的含量，以保證混凝土具有良好的流動性和可塑性，從而提高施工效率和施工質量。深入研究機制砂中石粉含量對混凝土工作性能的影響，有助于指導工程實踐，優(yōu)化混凝土配合比設計，提高施工效率和質量。

參考文獻

[1] 劉小兵，朱祥，陳福松，等．石粉含量對機制砂混凝土性能的影響[J]．粉煤灰，2011,23(6): 29-31．

[2] 潘菲，姜觀榮．石粉粒徑對機制砂混凝土性能的影響[J]．粉煤灰綜合利用，2017(2): 29-31．

[3] 張如林，陳玉前，劉書童，等．機制砂石粉含量對混凝土的性能影響研究[J]．混凝土，2016(3): 84-85．

供稿人：戴偉，郭鋒，羅厚俊

編輯員：李海亮

審核人：孫繼成，寧夏

【標準規(guī)范】

《建筑固廢再生砂粉應用技術規(guī)范》行標

《建筑物綠色拆除與建筑垃圾綜合利用技術規(guī)程》CECS

《預拌混凝土使用說明書》團標

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