含石粉的人工砂对混凝土技术性能的影响研究

李燕军，李鹏程，刘彦树

(山西交通职业技术学院，山西 太原 030006)

含石粉的人工砂对混凝土技术性能的影响研究

李燕军，李鹏程，刘彦树

(山西交通职业技术学院，山西 太原 030006)

通过试验研究，得出人工砂中石粉含量对混凝土技术性质影响应当以混凝土的不同强度等级区别处理，低强度等级的混凝土石粉掺量在16%以内时，随石粉含量的增加，强度、工作性、抗渗能力都逐渐提高，当含量为16%时效果达到最佳，中等强度等级的混凝土，4%～12%的石粉含量使混凝土的工作性和强度呈最佳，对抗渗性能影响不大，高强度等级混凝土的工作性和强度的最佳石粉含量为3%～4%，石粉含量超过7%时，工作性和强度性能劣化。

人工砂；石粉；含量；试验

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

水泥为太原狮头牌P.O42.5、P.O52.5普通硅酸盐水泥，粗集料为5～31.5 mm连续级配碎石，使用的人工砂表面粗糙，细度模数为3.0，表观密度为2.75 g/cm3左右，堆积密度为1.38 g/cm3，孔隙率为43%左右，是从山西省西部地区吕梁山脉开采出，属于表层岩石，无风化，母岩主要成分为石灰岩，岩石强度在65～100 MPa之间，其它成分象SiO2、Fe2O3、SO3、Al2O3、MgO等含量总共不足3%，化学成分稳定，其颗粒级配分布见表1。减水剂为FDN-1高效萘系减水剂，固态，减水率为20%。

表1 人工砂各级颗粒级配分布情况表

1.2 混凝土拌和物性能试验

依据《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》JTG E30-2005来试验，坍落度试验采用T 0522-2005试验方法进行。

1.3 混凝土抗压强度试验

依据《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(JTG E30-2005)进行测试，采用T0553-2005进行试验，混凝土抗压强度试件尺寸为150 mm×150 mm×150 mm立方体试件。

1.4 混凝土NEL氯离子扩散系数法快速试验

采用NEL法测试氯离子在混凝土中的扩散系数。试验所用仪器为NEL-PD型混凝土渗透性检测系统。NEL法的测试步骤如下:首先将混凝土试件切割成100 mm×100 mm×50 mm的试件(被电极接触的两个面不应为混凝土砂浆富集的表面),并将被测试面打磨光滑;其次将待测混凝土试件进行真空饱盐24 h;最后在低电压下测试饱盐混凝土试件的扩散系数。

2 含石粉的人工砂基本性能对水泥技术指标的影响分析

试验首先对含石粉的人工砂在不同石粉掺量条件下，分析了石粉对水泥的标准稠度、凝结时间、安定性、强度进行试验分析，结果如表2所示。

表2 石粉对水泥标准稠度、凝结时间、安定性、强度的影响

从表2的试验结果来看，从零掺量开始，直至掺量达到20%，对胶砂抗压强度没有影响，只是在掺量达到16%以上时，强度降低，分析出机制砂中的石粉是与母岩成分相同的石灰岩粉末，它不对水泥的凝结硬化过程产生影响，可以判断它是一种惰性材料，在水泥凝结硬化过程中只起到了一个掺合作用，并且掺量在12%以内时，对水泥的标准稠度用水量、初终凝时间、安定性和抗折、抗压强度没有明显的作用，随着石粉掺量的逐渐增加，石粉的比表面积加大了整体集料的比表面积，而水泥浆体的数量没有发生变化，对水泥的硬化效果产生影响，掺量达到20%时，强度明显降低，初凝和终凝时间延长。

3 石粉含量对混凝土坍落度和强度的影响

在分析对水泥混凝土技术性质的影响时，各项试验根据混凝土的不同强度等级进行分类，这样便于分别得出针对性的结论，表3是不同石粉含量对不同强度等级的混凝土坍落度和抗压强度的影响。

表3 不同石粉含量对水泥混凝土技术性质影响

注：高强混凝土采用P.052.5水泥，外加剂FDN-1高效萘系减水剂，掺量按胶凝材料质量的0.3%计。

在C30和C50混凝土中，较细颗粒的含量有可加大的空间，填充混合材料的空隙，这时人工砂中<0.075 mm的石粉过来进行了补充，这样正好使得混凝土的坍落度得到了加强，随着石粉含量的进一步增加，拌合物出现坍落度减少的现象，这是因为石粉含量的提高导致，从数据看C30混凝土人工砂中石粉含量以不超过16%为佳；对于C50混凝土，拌合物中的石粉含量为4%～12%时坍落度和强度最好；但这一结论对于C80混凝土来说不适用，随着石粉用量的增加，工作性基本变化不大，从数据知道石粉含量为7%时，工作性减小显著，随着石粉用量的加大抗压强度逐渐下降，石粉含量在4%时抗压强度最大。从中也可以这样进行分析，中低强度拌合物中水泥浆相对偏少，但这时石粉增加了拌合物的胶凝物的数量，对拌合物的坍落度改善良好。高强混凝土里胶凝材料自身含量就大，石粉进一步增加了拌合物中<0.075颗粒物的总量，导致拌合物中自由水含量减小，从而也就使得拌合物的工作性减小。从抗压强度角度分析，因为石粉是惰性材料，所以它主要是填充空隙，又因为颗粒较小，所以还可以提高产浆量。在高强度混凝土中，石粉除了上述作用外，它在水化的过程中可以与水泥中的铝酸三钙和铁铝酸四钙发生反应，生成水化碳铝酸钙，水化碳铝酸盐继续又与其他水化产物发生进一步的反应，对水泥混凝土强度的提高起到不多的增长。但是随着石粉含量到达某个高限点时，使得混凝土的胶骨比偏离最佳值，同时影响水化反应，导致混凝土抗压强度明显下降。

4 石粉含量对混凝土抗渗性能的影响

经分析(见表4)，在低强度混凝土中，当石粉含量>4%时，水泥混凝土抵抗氯离子渗透的能力迅速增强，石粉含量较小时，抗渗能力也小，随着石粉含量的进一步提高，在石粉含量达到16%时，抗渗能力达到最大。产生这一现象的原因不难理解，石粉含量较小时，胶凝材料产生的水泥浆少，混凝土结构中空隙多，所以抗渗能力弱，随着石粉的进一步提高，结构中密实度提高，空隙率减少，强度提高的同时，抗渗能力增强。对于C60混凝土，本身强度高，水泥用量大，水泥浆本身就多，需要石粉来填充的空隙不多，水胶比较低，其整体的抗渗性较好，所以石粉对抵抗氯离子渗透性能影响不明显。对于高强度C80混凝土来说，混凝土抗渗能力本身非常强，其内部结构已达到一个非常密实的状态，随着石粉含量的提高，影响了原有的致密状态，抗渗能力稍有减小，所以对于低强度水泥混凝土，掺入石粉可以提高混凝土的抗渗能力，掺量达到16%为上限，对于中高强度混凝土来说，石粉的抗渗能力提高空间不大。

表4 石粉含量对混凝土抗渗性能的影响

5 结 论

(1)对于中低强度的混凝土，人工砂中石粉含量为8%～16%时，混凝土的工作性和抗压强度，对于C50混凝土，石粉含量为在4%～12%时工作性和抗压强度为最好效果，对于C80混凝土，石粉含量对混凝土坍落度的影响不显著，但石粉含量达到7%时，工作性明显下降，混凝土强度随石粉含量增加是逐渐减小的状态，石粉含量在4%时为理想含量。适量石粉的存在，可以改善和提高致密程度，调整混合材料的级配，从而改善工作性和使用性。

(2)砂中石粉有利于提高胶凝材料少、强度等级低的混凝土的抗渗性，对于强度较高的混凝土来说，提高的空间有限，幅度不大，16%的石粉含量是中低强度等级混凝土的最佳抗渗掺量，从石粉含量对混凝土工作性能、抗压强度、氯离子扩散系数影响的试验结果可以得出，机制砂的石粉含量最佳值可以根据实际混凝土强度不同呈不同的规律。

(3)含有适量石粉的人工砂混凝土可延长混凝土的凝结时间，最有利于泵送和大体积混凝土施工，可增加混凝土的坍落度，特别是水泥用量较少时的情况下更为明显，这有利于泵送混凝土施工。但随水泥用量的增加，混凝土坍落度的增加量在减少。

[1] 周中贵.高石粉人工砂在黄丹电站工程中的应用[J].四川水力发电，1997,16(增刊)：93-96.

[2] 路文典. 人工砂石粉含量超标时对常态混凝土性能的影响实验研究[J]. 山西水利科技，2004，(4)：63-67.

[3] 李婷婷，王樱良，郑国荣.机制砂中石粉含量对混凝土抗渗性能的影响[J].混凝土，2009,(3).

Adissertationontheartificialsandcontainingpowdereffectresearchonthetechnicalperformanceofconcrete

LI Yan-jun，LI Peng-cheng,LIU Yan-shu

(Shanxi Traffic Vocational and Technical College,Taiyuan,Shanxi 030006,China)

The paper through experimental study that effect of artificial sand stone powder content on the properties of concrete technology should be treated with different concrete strength grade difference, low strength grade of concrete mixing quantity of powder is less than 16%, with increase of stone powder content, strength, work, anti infiltration capacity increase gradually, when the content for 16% effect to achieve the best medium strength grade of concrete, 4%～12% of stone powder content enable work and strength of the concrete was the best, and the impermeability of little effect on performance, high strength grade of concrete workability and strength of the best stone powder content is up to 3%～4%, the content of stone powder more than 7%, work and strength performance deterioration.

artificial sand; stone powder；content; test

2017-03-10

李燕军(1974-)，男，山西清徐人，高级工程师，从事公路材料检测与教学工作。

U412

：B

：1008-3383(2017)07-0001-02