掺石粉与石屑砂对碾压混凝土工作性和强度的影响

掺石粉与石屑砂对碾压混凝土工作性和强度的影响

张勇1董芸2李响2

(1.新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐830000；

2.长江科学院 水利部水工程安全与病害防治工程技术研究中心，湖北 武汉430010)

【摘要】对掺有石屑砂与石粉的碾压混凝土拌和物性能和力学性能进行了研究。结果表明：为保证碾压混凝土拌和物性能在设计要求范围内，石粉含量每增加4%，需减少0.5%~1%的砂率，混凝土用水量基本不变。石屑砂掺量每增加20%，需增加1%~2%的砂率，同时用水量也相应增加1~2kg/m3。随着砂中石粉含量的增加碾压混凝土的强度先增后降，与抗压强度相比，掺石粉后，碾压混凝土劈裂抗拉强度的增长更为明显，石粉的适宜掺量在8%~16%之间。随着石屑砂替代天然砂比例的提高，碾压混凝土的强度不同程度地降低，在相同的石粉掺量下，石屑砂替代比例20%左右对碾压混凝土强度影响最小，石屑砂全部替代天然砂时，碾压混凝土强度最低。

【关键词】碾压混凝土；石粉；石屑砂；VC值；抗压强度

中图分类号：TV42+3

Influence of mixed stone powder and stone chip sand on

RCC workability and strength

ZHANG Yong1, DONG Yun2, LI Xiang2

(1.XinjiangWaterConservancyandHydropowerSurveyandDesignInstitute,Urumqi830000,China;

2.YangtzeRiverAcademyofSciences,MinistryofWaterResourcesWaterProjectSafetyandDiseaseControl

EngineeringTechnologyResearchCenter,Wuhan430010,China)

Abstract:Performance and mechanical properties of RCC mixture mixed with stone chip sand and stone powder are studied. The results shows that sand rate should be reduced by 0.5%~1% if stone powder content can be increased by each 4%, and concrete water consumption is basically unchanged in order to ensure that the performance of RCC mixture is within the scope of design requirements. Stone chip sand mixing amount is increased by each 20%, sand rate should be increased by 1%~2%. Meanwhile, water consumption also can be increased by 1~2kg/m3 correspondingly. Concrete strength is increased firstly followed by decrease with the increase of stone powder content in sand. Splitting tensile strength of RCC is increased more apparently compared with compressive strength after stone powder is mixed, and suitable mixed amount of stone powder is between 8% and 16%. The strength of RCC is reduced in different degrees with the increase of proportion of replacing natural sand with stone chip sand. Stone chip sand replacement proportion of about 20% has the minimum impact strength on RCC under the same stone powder content. If natural sand is replaced with stone chip sand completely, RCC has the lowest strength.

Key words: RCC; stone powder; stone chip sand;VCvalue; compressive strength

石粉主要指石灰岩或其他原岩经机械加工后颗粒小于0.16mm的微细粒[1]。石粉作为砂中的微细颗粒，对碾压混凝土的性能有不容忽视的影响[2]。由于碾压混凝土的用水量和胶凝材料用量较少，而石粉的细度和粉煤灰相当，可以与胶凝材料一同起到填充空隙和包裹砂粒表面的作用。现有的研究和工程实践表明[3-6]：适当增加石粉含量，相当于增加了胶凝材料浆体量，能在一定程度上改善灰浆量较少的碾压混凝土拌和物的和易性，增进碾压混凝土的均质性、密实性、抗渗性，提高碾压混凝土的强度和断裂韧性，改善施工层面的胶结性能。

在天然砂作为细骨料的碾压混凝土的配制中，往往会碰到天然砂含泥量高、级配不良且砂中细颗粒较少的情况。为改善碾压混凝土的工作性，国内相关研究和工程[7-8]已经考虑采用石屑砂代替天然砂，这样就可以充分利用碎石加工所余石屑，提高骨料加工效率和产量，降低成本，增加工程的经济效益。本文通过适当掺加人工石粉和石屑砂的技术，研究掺加石粉和石屑砂对碾压混凝土拌和物及强度的影响。

1实验

1.1原材料

a.水泥为42.5中热硅酸盐水泥，其品质检测结果见表1。

b.粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰，其品质检测结果见表2，胶凝材料的化学成分组成见表3。

c.砂为两种：天然砂和石屑砂，其品质检测和筛分试验结果分别见表4和表5；石为花岗岩人工碎石，其品质检测结果见表6。

表1　水泥基本性能检测结果

表3　胶凝材料化学组成　%

表4　砂子品质检测结果

表5　砂子筛分试验结果

表6　碎石品质检测结果

d.通过球磨机对花岗岩碎石及石屑砂进行粉磨加工制成花岗岩石粉，石粉粒径大部分小于0.032mm，且90%的石粉粒径小于0.0158mm，其等效直径平均为0.008236mm，与粉煤灰的粒径相当。

e.外加剂采用缓凝高效减水剂PMS、引气剂PMS—NEA3，其各项性能指标符合《水工混凝土外加剂技术规程》(DL/T 5100—1999)分别对缓凝高效减水剂和引气剂的要求。

1.2试验方法

混凝土的拌和、成型和养护均按《水工混凝土试验规程》(DL/T 5150—2001)的有关方法进行。采用100L强制式搅拌机拌和，拌和时间为干拌30s、再拌120s。二级配骨料组合比为55∶45，三级配骨料组合比则采用30∶40∶30。混凝土的引气剂掺量以使含气量达到3.5%～5.5%为准，设计的碾压混凝土VC值为3～7s。采用绝对体积法确定碾压混凝土各组成材料比例，碾压混凝土配合比参数列于表7。

表7　碾压混凝土配合比参数

2结果与分析

碾压混凝土拌和物性能以及力学性能试验结果见表8。

表8　碾压混凝土拌和物性能和力学性能试验结果

2.1拌和物性能

从表8可以看出，为满足碾压混凝土的施工和易性，保持混凝土拌和物的VC值和含气量在设计要求范围内，石粉含量每增加4%，需减少0.5%~1%的砂率，混凝土用水量基本不变，从拌和物外形可明显发现石粉掺量越多，灰浆越饱满，但由于试验条件限制，拌和物的性状差别难以通过拌和物的VC值确切反映；石屑掺量每增加20%，需增加1%~2%的砂率，同时用水量也相应增加1~2kg/m3。当全部使用石屑砂时，三级配碾压混凝土的用水量增加到95kg/m3左右，要比全部使用天然砂多8kg/m3左右。使用石屑砂，为使碾压混凝土达到相同的含气量还需相应增加引气剂的用量。

2.2强度

石粉掺量对碾压混凝土(不掺石屑砂)抗压强度和劈裂抗拉强度的影响规律分别如图1和图2所示。从表8、图1和图2中可以看出，随砂中石粉含量的增加，碾压混凝土的强度先增加后降低，与抗压强度相比，掺石粉后，碾压混凝土劈裂抗拉强度的增长明显。这是因为碾压混凝土的密实性对抗拉强度的影响甚于对抗压强度的影响，随着石粉掺量的增加，碾压混凝土中灰浆/砂浆比增大，抗拉强度提高。但当石粉含量过大时，碾压混凝土强度呈现出下降的趋势。

图1　石粉掺量对碾压混凝土抗压强度的影响

图2　石粉掺量对碾压混凝土劈裂抗拉强度的影响

结合碾压混凝土的强度性能和拌和物性能试验结果，可以看出适量掺入石粉可以改善碾压混凝土拌和物的施工和易性，相应增加混凝土的强度尤其是抗拉强度，对混凝土的抗裂有利。石粉的适宜掺量在8%~16%之间，掺量太小对拌和物施工和易性的改善不明显，经济性差，掺量太大则会对碾压混凝土强度产生不良影响。

图3　石屑砂掺量对碾压混凝土抗压强度的影响

固定石粉掺量(16%)，逐步用石屑砂替代天然砂，石屑砂掺量对碾压混凝土抗压强度的影响规律如图3所示。从图3和表8中可以看出，随着石屑砂替代天然砂比例的提高，碾压混凝土的强度不同程度地降低，在相同的石粉掺量下，石屑砂替代比例20%左右对碾压混凝土强度影响最小，石屑砂完全替代天然砂时，碾压混凝土强度最低。因此，如需利用石屑砂，其替代天然砂比例不宜超过20%。

3结论

a.为满足碾压混凝土的施工和易性，保持混凝土拌和物的VC值和含气量在设计要求范围内，石粉含量每增加4%，需减少0.5%~1%的砂率，混凝土用水量基本不变。石屑砂掺量每增加20%，需增加1%~2%的砂率，同时用水量也相应增加1~2kg/m3。当全部使用石屑砂时，三级配碾压混凝土的用水量增加到95kg/m3左右，要比全部使用天然砂多8kg/m3左右。使用石屑砂，为使混凝土达到相同的含气量还需相应增加引气剂的用量。

b.随着砂中石粉含量的增加碾压混凝土的强度先增后降，与抗压强度相比，掺石粉后，碾压混凝土抗拉强度的增长明显。石粉的适宜掺量在8%~16%之间，掺量太小对拌和物施工和易性的改善不明显，经济性差；掺量太大则会对碾压混凝土强度产生不良影响。

c.随着石屑砂替代天然砂比例的提高，碾压混凝土的强度不同程度地降低，在相同的石粉掺量下，石屑砂替代比例20%左右对碾压混凝土强度影响最小，石屑砂全部替代天然砂时，碾压混凝土强度最低。

参考文献

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