石粉对C60混合砂混凝土力学性能和徐变的影响

杨剑勇，程晓凯

（山西太旧高速公路管理有限责任公司 平阳管理中心，山西 阳泉 045000）

0 引言

砂作为混凝土的必需原材料之一，用量占到混凝土总体积的30%，其质量对于新拌及硬化混凝土的性能有着重要影响。随着天然砂资源的日趋匮乏及政府部门对环境保护的加强，机制砂逐渐成为我国混凝土用砂的主要来源，部分地区机制砂的应用比例已达50%[1]。机制砂是岩石经机械破碎而成，其区别于天然砂的显著特点是粒形尖锐、表面粗糙、级配不良，且含有一定数量（约10%～20%）的粒径小于75 μm的石粉[2]。机制砂近年来越来越多地被用来与河砂混合使用作为细集料应用于水泥混凝土工业中，配合比设计、石粉含量、级配等因素对混凝土性能都会产生不同的影响[3-4]。因此，本文开展了不同石粉含量的混合砂混凝土的力学试验和徐变试验，探究石粉含量对上述性能的影响，为机制砂、混合砂在实际工程中的应用提供技术支撑。

1 原材料和试验方法

1.1 原材料

a）水泥 华新水泥公司 P·Ⅱ52.5水泥，3 d、28 d 抗压强度为 31.2 MPa、59.5 MPa。

b）粉煤灰 阳逻电厂F类I级粉煤灰，密度2.34 g/cm3，需水量比 93%。

c）矿渣粉 福建罗强建材公司S95级粒化高炉矿渣粉，比表面积403 m2/kg，7 d、28 d混合砂浆活性指数为78%、102%。

表1 原材料的化学组成分析 wt%

d）粗集料 中建商混5～25 mm连续级配花岗岩碎石，表观密度2710 kg/m3，压碎值8.0%。

e）细集料 福建平潭花岗岩机制砂、闽江天然河砂。两者筛分、物理力学性能测定结果见表2和图1。

表2 机制砂与河砂的物理力学性能

图1 机制砂、河砂颗粒级配曲线

f）外加剂 江苏建科院聚羧酸高性能减水剂，固含量18.3%，减水率18.2%；引气剂，固含量4.8%。

g）混凝土按56 d龄期C60强度等级设计，通过改变机制砂/河砂比例调整混合砂混凝土中石粉含量，混凝土配合比如表3。

表3 各组混凝土配合比

1.2 试验程序

新拌混凝土坍落度、扩展度、含气量按照GB/T 50080—2002标准[5]进行测试。硬化混凝土抗压强度、弹性模量、抗折强度按照GB/T 50081—2002标准[6]进行测试，试件尺寸分别为150 mm×150 mm×150 mm，150 mm×150 mm×300 mm，100 mm×100 mm×400 mm。

混凝土徐变试验按照 GB/T 50082—2009标准[7]进行测试。徐变试件规格100 mm×100 mm×400 mm，在标准养护室养护至14 d开始进行徐变测试，徐变加载应力取棱柱体试件抗压强度的40%。

2 结果与讨论

2.1 工作性

表4 新拌混凝土工作性

从表4可以看出，随着细集料中机制砂比例的增加，石粉含量随之增加，混凝土的坍落度有所降低，含气量减小，工作性稍微变差。HHS0、HHS3、HHS5、HHS7中石粉含量分别为 0、3%、5%、7%，石粉粒径细（ 小于 75 μm），比表面积大（ 270 m2/g），导致需水量增加，黏度增大，降低拌合物的流变性能，因此混合砂混凝土的流变性能随石粉含量的增加而降低。另外，由于机制砂颗粒相比河砂更加尖锐、粗糙，因此造成新拌混凝土流动时内摩擦阻力增大，降低流动性。

2.2 力学性能

图2 石粉含量变化对混凝土力学性能的影响

从图2可以看出，随着混合砂中石粉含量的增加，各组混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度、抗折强度、抗压弹性模量均呈现先增加后降低的趋势，其中混合砂中石粉含量为5%时，即：试样HHS5的上述力学性能最优。当石粉含量从0提高到5%时，混凝土28 d龄期立方体抗压强度、轴心抗压强度、抗压弹性模量分别提高9.14%、1.96%、8.96%，混凝土56 d龄期抗压强度、抗折强度分别提高6.21%、16.98%。混合砂混凝土力学性能的提高原因在于：一方面适量的石粉在混凝土体系中能够起到填充效应，使水泥石更加密实，堵塞毛细孔扩散通道，降低孔隙率，使得混凝土内部结构更致密；另一方面，机制砂表面粗糙，可以增大其与水泥石的机械啮合力，提高强度。

2.3 徐变

图3 混合砂混凝土徐变度-龄期曲线

图3给出了各组混凝土龄期与徐变度的关系图。可以看出：各组混凝土徐变度与龄期具有对数函数关系，随着龄期的延长徐变度均呈收敛趋势变化。前3个月，徐变增加较快，90 d龄期各组混凝土徐变度达到180 d龄期徐变度的80%以上，之后徐变度只有微弱增加。对比发现，HHS5与HHS0的徐变度较为接近，180 d徐变度大约为15.0×10-6MPa-1，HHS7的徐变度最大，为16.9×10-6MPa-1。混凝土的徐变受混凝土中骨料的特性和浆体数量的影响比较显著，同时还受到混凝土强度的影响，一方面机制砂中的石粉增加了混凝土中浆体的质量分数，同时机制砂取代河砂使得混凝土的砂率有所提高，总体砂浆量的提高会增加混凝土徐变；另一方面，石粉的存在完善了微细集料的级配，填充了部分空隙，使混凝土结构更加致密，提高了混凝土强度，降低了其变形性能，同时机制砂具有高的弹性模量，更加粗糙的表面和更多的棱角，且长宽比大于天然砂，颗粒之间的啮合力较强，对变形有一定的限制作用。混合砂混凝土的徐变变形受到上述两方面因素的影响，其中石粉含量变化起主要作用。

3 结论

a）混合砂中石粉含量的增加能够降低新拌混凝土的工作性，增加拌合物的黏聚性。

b）随着石粉含量的增加，混合砂混凝土的力学性能先增大后减小，在石粉含量为5%时力学性能最优，主要是由于石粉的填充作用以及机制砂粗糙形貌增大了与水泥石之间的啮合力。

c）混合砂中石粉含量在7%以内时，随着石粉含量的增加，混凝土徐变度随之增大主要是由于石粉增加了混凝土中浆体数量。