机制砂中石粉对聚羧酸减水剂性能的影响

鲍王军，王奇伟

（杭州鼎昌混凝土有限公司，浙江 杭州 311228）

0 前言

聚羧酸减水剂作为现代高性能混凝土发展的重要组分，具有减水率高、强度发展好、耐久性优良等特点，但同时也对原材料的品质提出了更高的要求[1]。在使用过程中，胶凝材料品质、砂石集料级配以及周围温湿环境变化等都会对聚羧酸减水剂性能产生影响，引起适应性不良[2]。当前天然细集料短缺，机制砂作为替代品，已经被越来越多地应用于预拌混凝土的生产中，并取得了良好的经济和社会效益[3]。石粉是机制砂破碎过程中带入的，粒径在 75μm 以下的粉状颗粒，机制砂的使用应充分考虑石粉的引入量以及对混凝土减水剂性能的影响，以正确引导机制砂混凝土的应用。

本文研究了机制砂中不同石粉掺量对聚羧酸减水剂性能的影响，以期为机制砂相关应用提供技术参考。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

（1）水泥采用 P·O42.5 普通硅酸盐水泥，粉煤灰采用Ⅱ级灰，烧失量 4.0%，需水率 95%。水泥的技术指标见表1。

（2）石粉为经机制砂筛分去除杂质得到，粒径尺寸为 45μm 筛余 9.5%。

（3）细集料为机制砂经过水洗烘干之后制得，细度模数为 2.8，控制石粉含量不超过 0.5%；粗集料采用5～20mm 连续级配的碎石，压碎指标为 9%。

（4）外加剂采用科之杰聚羧酸减水剂，减水率为23%，推荐掺量为 0.8%～2.5%。

1.2 试验方法

（1）石粉筛分及 MB 值测试参照 GB/T 14684—2011《建设用砂》进行测试。

（2）净浆流动度试验：参照 GB/T 8077—2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行测试。

表1 水泥的性能指标结果

（3）水泥胶砂强度试验：按照 GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法》，成型 40mm×40mm×160mm 试块，分别测试水泥砂浆指定龄期的抗折和抗压强度值。

（4）混凝土工作性能试验：按照 GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行。混凝土力学性能试验 按照 GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行，成型100mm×100mm× 100mm 混凝土试件，测定混凝土 7d和 28d 的抗压强度。

2 结果与讨论

2.1 石粉对减水剂减水效率的影响

将石粉等量取代水泥，控制水泥净浆流动度(210±5)mm，研究内掺 0%、5%、10%、15%、20% 的石粉掺量对外加剂减水效果的影响，及对水泥净浆流动度损失的影响。测试结果见表2和图1。

表2 掺加机制砂石粉的水泥净浆流动度

结果显示，石粉掺量 10% 以下时，外加剂掺量有所降低，当石粉掺量超过 10% 时，外加剂掺量随之大幅增加。石粉自身具有的微集料效应使得其具有滚珠分散作用[4]，同时适当石粉的加入对单位表面积的水泥形成一定分散作用，使得水泥对减水剂的吸附有所降低，因此在石粉掺量低时，表现出对外加剂良好的适应性。

2.2 石粉含量对水泥净浆流动度经时损失的影响

机制砂中的石粉的加入降低了单位水泥的反应接触面积，对水泥净浆流动度损失会产生一定影响，对不同石粉掺量下的水泥净浆流动度 1h 损失进行了测试，结果见表2和图2所示。

图1 石粉对减水剂掺量的影响

图2 不同石粉掺量下的水泥净浆流动度损失

结果表明，石粉掺量从0到 20% 时，水泥净浆流动度损失增加，且石粉掺量超过 10% 时水泥净浆流动度损失较为明显。石粉掺入使得水泥水化需水量增加，使得单位时间内水分的蒸发较快，水泥净浆流动度损失增加。

2.3 石粉含量对水泥混凝土力学强度的影响

以 C30 等级强度水泥混凝土为例，研究了石粉的加入对水泥混凝土力学强度的影响，测试混凝土初始扩展度在 (500±20)mm、坍落度在 (200±10)mm 时的混凝土力学强度值，配合比及测试结果见表3和图3。

表3 C30 试验配合比

图3 不同石粉掺量的混凝土力学强度测试结果

图3 的结果表明，适量的石粉能够降低水泥的用量，降低水泥水化热，从而使得减水剂对水泥的作用效果增强，使得混凝土达到相同扩展度的聚羧酸减水剂掺量降低，混凝土工作性能改善，成型后的混凝土密实度增加，对混凝土强度发展有利。当石粉在胶材中的比重超过 10% 时，石粉对聚羧酸减水剂的吸附增加[5,6]，导致硬化后的水泥混凝土内部缺陷增加，混凝土强度劣化明显，从而使得水泥混凝土 7d 和 28d 相比基准强度大幅降低。

3 结论

（1）适量石粉能够降低减水剂掺量，当石粉掺量在 10% 以下时聚羧酸减水剂减水效率有所提高，石粉含量超过 10% 相同流动度的聚羧酸减水剂掺量提高。

（2）石粉的加入都会使净浆流动度经时损失加大，且损失率随着石粉含量的增加而加大。

（3）适量石粉的引入能够改善混凝土的工作性能，提高掺加聚羧酸减水剂的混凝土密实度，从而对强度发展有利，当石粉在胶材中比例超过 10% 时，对混凝土强度负面作用明显。