机制砂中含粉量对混凝土性能的影响分析

钟 华，钱海洋

(广西路桥工程集团有限公司，广西 南宁 530011)

0 引言

在西部大开发及“一带一路”国家战略大背景下，我国中西部地区的基础设施建设正如火如荼进行，混凝土的需求量快速上升。由于天然河砂资源日渐稀少，加上运输条件及环保政策限制，其市场价格不断攀升，已出现供不应求的状况。在天然砂缺乏的地区，机制砂作为天然河砂的替代品在近年来发展迅猛，大有完全取代天然河砂的趋势。机制砂与天然河砂的主要区别是存在一定量的细级配的石粉，因机制砂中石粉含量对机制砂混凝土的各项性能影响较大，很多研究和有关机制砂标准制定时都把机制砂含粉量作为重要内容来对待[1-5]。我国的国家标准、行业标准以及各地方标准对机制砂石粉含量的规定大都是按照混凝土强度等级的不同来划分的。我国各地方和行业标准对混凝土用机制砂中石粉含量限值的规定和分类标准见表1。

表1 我国各地方及行业标准规定的石粉含量限值表

通过对钟昭路新制砂机(南方路机V7-60)生产情况及机制砂的各项指标进行了调研[6]。该制砂机生产的机制砂以最高含粉量10%进行控制，但是制砂机生产线采用日本的标准，将0.15 mm以下的微颗粒归类为石粉，这与我国各标准中石粉的定义(0.075 mm以下为石粉)不同，所以新制砂机生产的机制砂如果换算为我国标准的话，其最高含粉量仅为6%左右。机制砂生产线将多余的粉料(0.15 mm以下)抽到水泥罐储存，这些粉料除少部分可以回掺到机制砂，其他的大部分因粉料不够细、没有足够的活性而不能得到有效的利用。

1 试验内容

1.1 试验材料

水泥：采用华润水泥P.O 42.5；

砂：采用桂林市平乐县源头镇灯头村横山石场机制砂，机制砂的性能指标如表2所示，机制砂筛分试验结果如表3所示，机制砂筛分级配曲线如图1所示；

碎石：采用贺州市昭平县黄姚湖塘石场(5～31.5 mm)；

水：采用洁净水；

外加剂：采用重庆市振渝聚羧酸高效减水剂。

表2 机制砂的性能指标表

从表2可以得到：机制砂成品的含泥量、泥块含量、亚甲蓝、压碎指标值、表观密度、堆积密度、空隙率等技术指标均能满足《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T F50-2011)中的技术要求。将表3中机制砂筛分试验数据导入图1级配曲线中，可以发现：该机制砂的级配曲线位于《建设用砂》(GBT 14684-2011)级配Ⅱ区中砂范围内，此类砂也是配制混凝土较为理想的级配区。

表3 机制砂筛分试验表

图1 机制砂筛分级配曲线图

1.2 试验方法

本试验选用石粉含量分别为5%、7%、10%、12%、14%的石灰石机制砂配制C20、C40和C50混凝土，研究不同石粉含量对机制砂混凝土工作性能和力学性能的影响。由于难以直接得到试验所需要的各种含粉量的机制砂，本试验首先将机制砂生产线的成品砂经过筛分去除石粉，然后往不含石粉的机制砂中添加石粉，得到试验所需要的不同含粉量的机制砂。

试验按照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T 50080-2016)对机制砂混凝土的工作性能进行测试；按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081-2016)研究其抗压性能。

2 试验结果分析

2.1 石粉含量对机制砂混凝土工作性能的影响分析

机制砂混凝土的工作性能包括流动性、粘聚性、保水性三方面含义。本试验仅研究当机制砂中石粉含量为5%、7%、10%、12%、14%时对所配制的C20、C40和C50混凝土坍落度的影响规律。

2.1.1 C20配合比试验

表4 石粉含量对C20混凝土工作性能的影响(坍落度)对比表

注：每盘拌36 L

从表4中可以看出，石粉含量≤12%时，坍落度受石粉含量的影响较小；当石粉含量>12%时，混凝土的坍落度下降较为明显。造成这种现象的原因可能是在低强度等级机制砂混凝中加入一定量的石粉，以弥补混凝土中浆体材料的不足，同时也可弥补机制砂棱角性、表面粗糙的缺陷，减少砂与砂之间的摩擦。但石粉含量过高时，拌合物中的粉体材料增加过多，导致用水量增加，混凝土的粘聚性增强，从而坍落度降低。

2.1.2 C40配合比试验

表5 石粉含量对C40混凝土工作性能的影响(坍落度)对比表

注：每盘拌36 L

从表5中可以看出，当石粉含量为10%～12%时，坍落度达到最大。C40机制砂混凝土相较于C30机制砂混凝土所用的胶凝材料要多一些，其形成的浆体材料也要多一些，机制砂与机制砂之间的摩擦力要小一些，其总体坍落度比C30混凝土要大。同样对于C40混凝土，当石粉含量>12%时，因浆体材料变稠，其坍落度也会降低。

2.1.3 C50配合比试验

表6 石粉含量对C50混凝土工作性能的影响(坍落度)对比表

注：每盘拌36 L

从表6中可以看出，石粉含量≤10%时，坍落度受石粉含量的影响较小，同时C50混凝土坍落度达到最大时的机制砂中含粉量更低，仅为7%；而当石粉含量>10%时，混凝土的坍落度下降较快。对于C50混凝土，当石粉含量较高时，混凝土拌合物的粘聚性较强，但会对坍落度造成不利影响。

2.2 石粉含量对机制砂混凝土抗压强度的影响分析

关于机制砂石粉含量与机制砂混凝土抗压强度相关性的试验研究结果见表7。

表7 混凝土配合比及抗压强度对比度表

从图2中可以看出，机制砂中石粉含量≤12%时，混凝土的5 d、7 d和28 d 抗压强度基本呈现上升的趋势，且上升的趋势基本一致；石粉含量>12%时，混凝土的抗压强度随石粉含量的增加而降低；28 d 强度在石粉含量为10%～12%之间时达到最大；就抗压强度而言，C20机制砂混凝土的最佳石粉含量约为12%。

从图3～4中可以看出，机制砂石粉含量在10%时，混凝土的抗压强度最高；当石粉含量<10%时，混凝土抗压强度随石粉含量的增加而增加；当石粉含量>10%时，混凝土抗压强度随石粉含量的增加而降低；对于机制砂混凝土的抗压强度而言，C40、C50机制砂混凝土中石粉含量的最佳值为10%。

图2 含粉量对C20混凝土抗压强度的影响曲线图

图3 含粉量对C40混凝土抗压强度的影响曲线图

图4 含粉量对C50混凝土抗压强度的影响曲线图

3 结语

本文结合钟昭路的机制砂生产线项目，采用石粉含量5%、7%、10%、12%、14%的石灰石机制砂配制C20、C40和C50混凝土，研究石粉含量对机制砂混凝土工作性能(坍落度)和力学性能(抗压强度)的影响，得到以下结论：

(1)对于C20机制砂混凝土，石粉含量接近12%时，混凝土拌合物的坍落度和混凝土抗压强度表现较为理想。

(2)对于C40机制砂混凝土，当石粉含量为10%～12%时，坍落度达到最大；石粉含量在10%时，混凝土的抗压强度最高，机制砂中石粉含量的最佳值为10%。

(3)对于C50机制砂混凝土，石粉含量不超过10%时，坍落度较大，能较好地满足施工要求；石粉含量在10%时，混凝土的抗压强度最高，C50机制砂混凝土的最佳石粉含量约为10%。