公路桥梁施工中机制砂石粉含量对混凝土性能影响分析

罗德玉

（四川济通工程试验检测有限公司，四川 成都 610200）

0 引言

公路桥梁施工过程中，混凝土需求量巨大，混凝土的性能对原材料的品质有直接影响。作为一种重要的混凝土骨料，机制砂的质量有较大波动，特别是石粉含量的变化更是不同程度影响到混凝土的性能。而石粉含量过多或过少均会对混凝土的可塑性、力学特性和长期耐久性等方面造成不良影响。另外，随着人们环保意识的不断提升和天然砂资源的逐渐缺乏，公路桥梁施工中也越来越多的应用到机制砂[1]。因此，对机制砂石粉含量对混凝土性能的影响进行研究，既有利于规范机制砂在公路桥梁施工中的应用措施，还可为混凝土配合比提供有效的依据，从而促进公路桥梁事业的健康持续发展。

1 机制砂石粉的基本特性

1.1 机制砂石的定义与分类

机制砂石也叫作人工砂石，是通过机械加工手段，如破碎和筛分等步骤制造出来的，旨在满足建筑工程中对砂石骨料的需求。这种材料主要以矿石、尾矿、废弃建筑物料等为原料，经过精细加工制成，具有含泥量低、级配合理、粒形好等优点。

由于加工原料和粒径各有差异，机制砂石的类型也较多。根据加工原料的不同主要分为花岗岩砂、石灰石砂、玄武岩砂等；根据粒径大小的不同主要分为粗砂、中砂、细砂和特细砂等。机制砂石的类型不同，其物理、化学性质及其在工程中的应用也存在较大差异。

1.2 机制砂石粉的物理化学性质

机制砂石加工时会产生一种细粉末状物质，即机制砂石粉，该物质的物理和化学特性会对混凝土的性能产生较大影响。

机制砂石粉的物理性质如下：机制砂石粉的粒径一般不超过0.075mm，比表面积和吸附能力较高，因此其可充分填充混凝土骨料间的空隙，增强了混凝土的紧实度和施工适应性。而且机制砂石粉的粒形和级配也会对混凝土的分布和堆积状态产生一定影响。其化学性质如下：通常机制砂石粉是由碳酸钙、二氧化硅、氧化铝等无机化合物组成，这些化合物可与混凝土中的水泥水化产物发生化学反应，形成对混凝土的强度和耐久性产生影响的水化产物。另外，机制砂石粉还含有如硫化物、氯化物等有害物质，这些物质会影响混凝土的耐久性[2]。

2 机制砂石粉含量对混凝土性能的影响

2.1 石粉含量对混凝土工作性能的影响

2.1.1 对混凝土流动性的影响

混凝土流动性的变化会受到机制砂石粉含量增多的显著影响。含量适当的石粉可对骨料间的空隙进行填充，使骨料间的摩擦减少，提升混凝土的流动性。但如果石粉含量较高，因为石粉拥有较大的比表面积和出色的吸附能力，它能够吸附大量的水泥浆，从而使得混凝土的流动性减弱，甚至出现干硬，无法正常施工的情况。所以需要根据原材料性能和施工要求合理控制混凝土中机制砂石粉的含量，以保障混凝土的流动性达到施工所需的标准。

2.1.2 对混凝土泌水性的影响

机制砂石粉含量还会一定程度影响混凝土的泌水性。泌水性指的是在浇筑混凝土的过程中，因骨料沉降和水分上升而在表面形成水珠析出的现象。适量的石粉含量能有效提升混凝土的持水能力，从而降低表面泌水的概率。但如果石粉含量较高，因其强烈的吸水性，会吸取混凝土中的部分水分，进而使得混凝土内部的湿度下降，反而会导致混凝土的泌水情况加剧。泌水现象既会对混凝土的外观质量产生影响，还会使混凝土的强度和耐久性降低。因此，为了保持混凝土保水性和泌水性之间的平衡，在制备混凝土前需要先通过实验手段来确定最理想的石粉添加量。

2.1.3 对混凝土含气量的影响

含气量指的是混凝土内部空气所占体积与混凝土整体体积之间的比例。适当的石粉含量可使混凝土的密实性增加，混凝土中的气泡含量减少。但如果混凝土中的石粉含量较高因为石粉的粒径相对较小，比面积较大，极易吸附空气形成气泡，进而增加混凝土的含气量。随着含气量的提升，混凝土的强度和耐久性会相应减弱。所以，为了满足工程项目的需求，在制备混凝土时，需要精准把控石粉的添加量，并利用减水剂、引气剂等外加剂来调整混凝土的含气量[3]。

2.2 石粉含量对混凝土力学性能的影响

2.2.1 对混凝土抗压强度的影响

机制砂石粉含量的变化会对混凝土的抗压强度产生显著影响。添加适量的石粉可以有效地填补混凝土内部的空隙，增强其密实程度，提升其抗压强度。但如果混凝土中的石粉含量较高，随着石粉与水泥浆体之间界面过渡区的增加，可能会产生界面脆弱地带，削弱混凝土的抗压强度。另外，石粉含量过高还可能对混凝土的均匀性和工作性产生影响，从而影响其抗压强度。因此，混凝土的制备需要确定最佳石粉添加量，以确保混凝土达到最高的抗压强度。

2.2.2 对混凝土抗折强度的影响

机制砂石粉在混凝土中的含量对抗折强度同样会产生一定的影响。类似于对抗压强度的影响，适量添加石粉也能够提升混凝土的密实程度，进而增强其抗折强度。但是，石粉含量过高可能会增加混凝土内部结构的弱化和界面过渡区，导致抗折强度减弱。另外，石粉的形状和粒径分布也会不同程度影响混凝土的抗折强度。所以，在制备混凝土的过程中要充分考虑石粉含量、粒径形状和分布等因素，以达到最佳的抗折强度。

2.2.3 对混凝土弹性模量的影响

弹性模量作为一种关键参数，用来评估混凝土在受到外力作用时的形变能力。机制砂石中的石粉含量也会对混凝土的弹性模量产生一定的影响。一般情况下，通常当石粉含量逐步上升时，混凝土的弹性模量会表现出增长的趋势，但达到某一临界点后，又会开始逐渐下降。分析主要是因为，适当的石粉含量能够有效填补混凝土内部的空隙，进而提升其密实程度和硬度，使得混凝土的弹性模量得到增强。但是如果混凝土中石粉含量过高，随着石粉与水泥浆体间界面过渡区的增加以及混凝土内部结构的逐渐脆弱，这些因素可能会共同导致弹性模量的下降。因此，在制备混凝土时，为了获得符合工程项目需求的弹性模量，需要合理把控石粉的添加量。

2.3 石粉含量对混凝土耐久性能的影响

2.3.1 对混凝土抗渗性的影响

抗渗性作为评估混凝土耐久性的关键参数之一，对混凝土结构使用过程中的防水效果有直接影响。机制砂石粉含量较大程度影响着混凝土的抗渗性。适当的石粉添加量可以充分填充混凝土内部的细小孔隙和微小裂缝，从而增强混凝土的紧密性和防渗性能。但如果石粉的使用量过多，因为石粉颗粒比较细小，可能会导致混凝土的收缩和裂缝增加的风险，使其抗渗性降低。所以，在混凝土的制备过程中，需有效控制石粉的使用量，以保障混凝土具备应有的抗渗性能。

2.3.2 对混凝土抗冻性的影响

在寒冷地区混凝土的施工需考虑其抗冻性能。机制砂石中所含的石粉比例也会影响到混凝土的抗冻性能。适度石粉含量可提升混凝土的坚固性和致密性，增强其在抗冻方面的性能。但是，如果石粉含量过高可能会进一步增加混凝土的微裂缝，导致其内部结构弱化，使得混凝土内部因水分的渗透而在冻融循环过程中引发破坏，使其抗冻性能降低。所以寒冷地区的混凝土施工，要尤其注意石粉含量，提高其抗冻性能。

2.3.3 对混凝土抗碳化能力的影响

混凝土在使用中常见的耐久性问题之一是碳化现象。机制砂石粉含量同样会影响到混凝土的抗碳化能力。适当的石粉含量可保障混凝土的密实度与碱性储备，进而显著强化其抵抗碳化的能力。但是，如果石粉含量过高可能导致增加混凝土内部结构的弱化和孔隙率，使混凝土内部渗入更多的二氧化碳，从而与氢氧化钙反应生成碳酸钙，进而对混凝土的强度和碱度产生影响。因此，混凝土的调配，需充分考虑石粉含量对抗碳化能力的作用，以保障混凝土的耐久性[4]。

3 公路桥梁施工中机制砂石粉含量的控制

3.1 机制砂石粉含量的控制原则与方法

优化机制砂石粉含量的原则包括经济性、性能优先和适应性等。应尽量在保证混凝土性能需求的基础上，减少使用量，以降低成本；优化机制砂石粉含量旨在提升混凝土的工作性能、力学性能和耐久性能等，所以在优化过程中应重视综合提升其这些方面的性能；另外，在优化机制砂石粉含量时，应充分考虑施工条件、环境因素和原材料特性等因素，以保障混凝土在各种情况下都具有其良好的适应性能。

优化机制砂石粉含量的方法主要有试验法和经验法。试验法是一种实验室测试方法，通过试验确定石粉最佳含量；经验法是通过对以往施工经验和相关实践数据的综合分析，确定机制砂石粉含量的大致范围，然后在具体施工过程中根据实际情况做出合理优化和调整。

3.2 机制砂石粉含量控制的技术措施与管理策略

3.2.1 技术措施

为有效控制机制砂石中的石粉含量，可采取严格筛选原料、应用先进工艺和加强质量监测等技术措施：选用机制砂石原料时，需认真挑选那些符合规范要求的质地稳定的原材料，保证其石粉含量在可控范围；可利用改进破碎、筛分等生产工艺，降低机制砂石中的石粉含量；还需定期对石粉含量、颗粒分布等指标进行检测，保证其与建筑工程需求相符。

3.2.2 管理策略

为了有效提升机制砂石粉含量，可以采取以下管理策略：建立健全质量管理体系，制定质量管理规章制度、建立检验检测机制，以及配备专业人员，对各部门的责任加以明确，保证从原材料采购到混凝土生产的各环节的质量都能进行严格控制；对施工人员加强培训，使其认识到机制砂石粉含量的重要性，保证其能严格按照要求执行各项操作；根据混凝土性能变化和施工进度，合理调整机制砂石中的石粉含量以确保混凝土性能达到最佳状态，并及时进行记录和总结，为工程项目后续施工提供有价值的参考和指导[5]。

4 实际工程案例分析

4.1 工程基本信息

该高速公路桥梁总长度大约为800m，预计使用期限为100 年，因此对于混凝土的工作性、力学强度以及持久耐用性都有着严格要求。因为受原材料和地理位置制约，施工团队决定选择机制砂石为主要骨料来源，并对机制砂石粉含量进行严格控制，以保障混凝土能够达到预定的设计性能标准。

4.2 案例工程机制砂石粉含量控制措施

施工团队选择了附近一家质量比较稳定的机制砂石生产厂家为供应商，并在原材料进场前进行严格的筛选和检测，力求初步把石粉含量控制在所需范围内。同时为确保石粉最佳含量，实验室多次进行了配合比试验，通过比较混凝土不同石粉含量的工作性能、力学性能和耐久性能，最终确定了最适合的石粉含量。然后，机制砂石生产厂家根据实验室试验结果调整了破碎设备的破碎比、筛分设备的筛孔尺寸等生产工艺参数。最后，施工团队在施工过程中对机制砂石粉含量加强检测，保证进场的每批机制砂石都符合要求。同时严格控制混凝土搅拌、运输和浇筑等环节，确保混凝土质量稳定。另外，随着施工的进行，施工团队还考虑了温度、湿度等条件及混凝土的性能变化，动态调整和管理了机制砂石粉含量，以保障混凝土性能始终保持在最佳状态。

4.3 效果评估

该高速公路桥梁施工项目采取了一系列优化和控制措施后，有效保障了混凝土性能。通过检测，混凝土的各项性能均符合设计和施工要求。另外，因为施工前和施工中及时合理控制了石粉含量，成功降低了混凝土的收缩和开裂风险，提升了结构的完整性和耐久性。最终，该工程顺利竣工并通过了验收，为相关工程提供了重要参考价值。

5 结语

机制砂石粉含量对公路桥梁施工中的混凝土性能有较大影响，适当的石粉含量可使混凝土的工作性能、力学性能和耐久性能得到有效提升，但如果石粉含量过高反而会降低混凝土的性能。所以公路桥梁施工机制砂石粉含量的优化和控制尤其重要。希望在未来的公路桥梁施工中，能对机制砂石粉含量加强研究和应用，以促进混凝土技术的不断创新及其水平的提高。