謝麗莉，朱永國，陳洪奎，張超

(國電大渡河猴子巖水電建設(shè)有限公司，四川康定626005)

1 概述

石粉含量是人工砂的重要指標(biāo)之一，對混凝土拌合物性能、強(qiáng)度及耐久性等均會有影響。關(guān)于人工砂石粉含量的規(guī)定限值，不同行業(yè)、不同規(guī)范有不同的規(guī)定。電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水工混凝土施工規(guī)范》(DL/T 5144－2001)規(guī)定的水工混凝土人工砂石粉含量為6%～18%。而國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑用砂》(GB/T 14684－2001)規(guī)定，強(qiáng)度等級大于C60的混凝土宜采用Ⅰ類砂，人工砂的石粉含量應(yīng)＜3%;強(qiáng)度等級為C60～C30并有抗凍抗?jié)B或其他要求的混凝土宜采用Ⅱ類砂，人工砂的石粉含量應(yīng)＜5%;強(qiáng)度等級小于C30的混凝土和建筑砂漿宜采用Ⅲ類砂，人工砂的石粉含量應(yīng)＜7%，但根據(jù)使用地區(qū)和用途在試驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上可由供需雙方協(xié)商確定。

猴子巖水電站二區(qū)省道S211復(fù)建公路(樞紐區(qū)段)的隧道初期支護(hù)噴混凝土(C20，約22 000 m3)、襯砌混凝土(C20，約55 000 m3)、路面基層混凝土(C20，約46 500 m2)等需要大量的砂石料。由于天然砂石料缺乏且質(zhì)量難以滿足要求，因此，決定采用人工砂石料，即利用隧道開挖料進(jìn)行機(jī)械破碎、篩分生產(chǎn)的砂石料。在實(shí)際生產(chǎn)中，機(jī)制砂的其它質(zhì)量指標(biāo)基本滿足規(guī)范要求，但石粉含量偏高。由于省道S211復(fù)建公路建成通車后需要移交地方公路部門，施工過程中需要接受地方公路系統(tǒng)質(zhì)監(jiān)站的質(zhì)量監(jiān)督，人工機(jī)制砂的質(zhì)量控制宜依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑用砂》(GB/T 14684－2001)的規(guī)定。因此，對于猴子巖水電站省道S211復(fù)建公路(樞紐區(qū)段)的隧道初期支護(hù)噴混凝土、隧道襯砌、路面基層等強(qiáng)度等級低于C30的混凝土，如何確定人工機(jī)制砂石粉含量的限值，作為質(zhì)量檢測、質(zhì)量控制的依據(jù)，需要進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

2 試驗(yàn)內(nèi)容

2.1 試驗(yàn)方法

結(jié)合猴子巖水電站省道S211復(fù)建公路(樞紐區(qū)段)隧道襯砌混凝土(泵送C25)的施工配合比，試驗(yàn)分析了人工砂石粉含量對混凝土性能的影響。采用隧道開挖料生產(chǎn)的人工砂，用直徑0.075 mm的篩子篩除石粉后用外摻法將所篩出的石粉重新?lián)饺胍呀?jīng)篩除石粉的人工砂中，配制成石粉含量分別為4%、7%、10%、12%、14%的人工砂，在用水量、水泥用量、粗骨料、外加劑等原材料均不變的情況下，使用不同石粉含量的人工砂配制相同水灰比的混凝土，對比分析不同石粉含量的人工砂本身質(zhì)量指標(biāo)變化情況、不同石粉含量的人工砂拌制混凝土的拌合物性能以及在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下7 d、28 d抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果，分析人工砂石粉含量對中低強(qiáng)度等級混凝土性能的影響，以確定合理的人工砂石粉限值。

2.2 原材料

2.2.1 人工砂

由于料場生產(chǎn)工藝的影響和料源質(zhì)量的波動導(dǎo)致料場加工的人工砂質(zhì)量不穩(wěn)定，為保證試驗(yàn)結(jié)果的代表性和實(shí)用性，選取具有代表性的人工砂(Ⅲ標(biāo)段人工砂石系統(tǒng)生產(chǎn))，先篩除石粉，然后重新將石粉按4%、7%、10%、12%、14%的比例摻入篩除石粉的人工砂中，配制成不同石粉含量的人工砂。

試驗(yàn)采用的人工砂為工程實(shí)際用砂。依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑用砂》(GB/T14684－2001)，對不同石粉含量人工砂的顆粒級配分析結(jié)果見表1。由表1可以看出，不同石粉含量的人工砂除粒徑0.15 mm的累積篩余量稍低外，大都處于Ⅱ區(qū)范圍內(nèi)。

表1 不同石粉含量人工砂級配表

2.2.2 人工碎石

粗骨料同樣采用Ⅲ標(biāo)段人工砂石系統(tǒng)生產(chǎn)的粒徑5～31.5 mm連續(xù)級配人工碎石，表觀密度為2 810 kg/m3，含泥量為0.4%，泥塊含量為0%，顆粒級配檢測結(jié)果符合國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑用卵石、碎石》(GB/T 14685－2001)。

2.2.3 水泥

水泥采用峨塔牌P·O42.5R水泥，標(biāo)準(zhǔn)稠度27.2%，初凝時(shí)間155 min、終凝時(shí)間195 min，3 d抗折強(qiáng)度為5.4 MPa，抗壓強(qiáng)度為32.6 MPa，7 d抗折強(qiáng)度為7.7 MPa，抗壓強(qiáng)度為55.7 MPa，各項(xiàng)指標(biāo)均符合GB 175－2007標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2.4 外加劑

外加劑采用重慶健杰科技公司生產(chǎn)的WH－2A型緩凝高效減水劑，摻量為0.8%，減水率為16.8%。

2.2.5 水

拌合用水采用飲用水。

2.3 試驗(yàn)采用的配合比

試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為C25，坍落度要求為140 mm±20 mm。試驗(yàn)中以人工砂石粉含量4%且滿足混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo)為基準(zhǔn)配合比。其余配合比材料用量除人工砂的石粉含量不同外，均與基準(zhǔn)配合比一致。試驗(yàn)配合比見表2。

表2 試驗(yàn)采用的配合比表

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 原材料試驗(yàn)

3.1.1 石粉含量對人工砂堆積密度、孔隙率的影響分析

混凝土強(qiáng)度的影響因素之一是混凝土的密實(shí)度。相同水灰比的混凝土越密實(shí)，其強(qiáng)度就越高。在混凝土中，粗骨料主要起骨架作用，細(xì)骨料填充于粗骨料的縫隙，同時(shí)粗骨料、細(xì)骨料中不同粒徑的顆粒也相互填充，石粉則填充于更細(xì)小的空隙，使整個(gè)混凝土的骨料更加密實(shí)。通過分析石粉含量對人工砂堆積密度的影響，就可以間接地分析石粉含量對混凝土強(qiáng)度的影響。通過試驗(yàn)檢測得知，不同石粉含量的人工砂，其堆積密度、孔隙率、細(xì)度模數(shù)試驗(yàn)結(jié)果如表3所示，石粉含量與堆積密度關(guān)系曲線如圖1所示，石粉含量與孔隙率關(guān)系曲線見圖2。

從石粉含量與堆積密度、孔隙率關(guān)系圖可以看出，在石粉含量達(dá)到19%以前，隨著石粉含量的增大，堆積密度相應(yīng)增大，孔隙率減小;當(dāng)石粉含量超過19%時(shí)，隨著石粉含量的增大，堆積密度開始減小，孔隙率開始增大。這主要是因?yàn)楫?dāng)篩除石粉的人工砂顆粒級配一定時(shí)，人工砂中稍粗的顆粒在堆積時(shí)起骨架作用，其孔隙率也為定值;石粉含量較小時(shí)，石粉主要填充于粗顆粒的間隙，致使堆積密度逐漸增大;當(dāng)石粉含量超過一定比例時(shí)，人工砂粗顆粒間的空隙已被填充充分，石粉則獨(dú)立分布于人工砂中。由于石粉粒徑相對比較單一，導(dǎo)致其堆積密度逐漸減小，從而導(dǎo)致不同石粉含量的人工砂拌制的混凝土密實(shí)度將會不同、強(qiáng)度也就不同。

3.1.2 石粉含量對細(xì)度模數(shù)的影響分析

通常評定人工砂的級配好壞主要是看其顆粒級配組成情況，轉(zhuǎn)化為一個(gè)定性指標(biāo)就是細(xì)度模數(shù)。那么，分析石粉含量對人工砂細(xì)度模數(shù)的影響也就相當(dāng)于分析石粉含量對人工砂級配的影響，石粉含量與細(xì)度模數(shù)的關(guān)系見圖3。

從石粉含量與細(xì)度模數(shù)關(guān)系圖可以看出:隨著石粉含量的增加，人工砂的細(xì)度模數(shù)成線性減小。當(dāng)石粉含量小于14%時(shí)，細(xì)度模數(shù)在2.44～2.88之間，而混凝土所用人工砂一般要求為中砂，其細(xì)度模數(shù)范圍宜為2.4～2.8，因此，本試驗(yàn)僅針對人工砂石粉含量在14%以內(nèi)時(shí)對混凝土性能產(chǎn)生的影響。人工砂一般較粗，細(xì)度模數(shù)基本在3左右，適當(dāng)提高石粉含量可以在一定范圍內(nèi)降低人工砂的細(xì)度模數(shù)，對人工砂偏粗造成的不良影響將有所改善。

表3 不同石粉含量人工砂堆積密度、孔隙率、細(xì)度模數(shù)試驗(yàn)結(jié)果表

圖1 石粉含量與堆積密度關(guān)系曲線圖

圖2 石粉含量與孔隙率關(guān)系曲線圖

圖3 石粉含量與細(xì)度模數(shù)關(guān)系曲線圖

3.2 混凝土拌合物性能試驗(yàn)

根據(jù)石粉含量對混凝土坍落度、泌水率的影響進(jìn)行了分析。

混凝土拌合物的主要控制指標(biāo)是和易性。和易性包括流動性、粘聚性、保水性。流動性使混凝土在運(yùn)輸澆筑的過程易于流動，能夠密實(shí)的填滿不同形狀的模板。粘聚性和保水性相互依存、關(guān)系緊密，粘聚性好的混凝土不容易泌水;同樣，容易泌水的混凝土其粘聚性不好，這種混凝土在運(yùn)輸澆筑的過程中容易造成骨料和漿液分離，難以得到均勻密實(shí)的混凝土，混凝土的質(zhì)量也難以保證。因此，和易性對混凝土的質(zhì)量至關(guān)重要，分析石粉含量對混凝土和易性的影響也就十分必要。依據(jù)《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50080－2002)，不同石粉含量的混凝土坍落度、泌水率的試驗(yàn)檢測結(jié)果見表4，石粉含量與塌落度、泌水率的關(guān)系見圖4。

表4 不同石粉含量的混凝土坍落度、泌水率試驗(yàn)結(jié)果表

圖4 石粉含量與坍落度、泌水率關(guān)系圖

由石粉含量與坍落度、泌水率關(guān)系圖可以看出:在混凝土配合比不變的情況下，在一定范圍內(nèi)，隨著人工砂中石粉含量增大，混凝土泌水率逐漸減小，坍落度先是增加，后又減小，石粉含量在10%時(shí)達(dá)到最大。從和易性的描述可以得知:在人工砂石粉含量偏少時(shí)，混凝土的粘聚性不好，易于離析;石粉含量過多時(shí)，坍落度減少較多，混凝土將會偏粘稠，也就是說，不管是從坍落度還是從和易性來考慮，人工砂的石粉含量對混凝土的拌合物性能而言，過大和過小都不利。

3.3 石粉含量對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響分析

固定水灰比為0.55，水泥用量為330 kg/m3，砂率為41%，重慶健杰WH－2A型緩凝高效減水劑的摻量為水泥質(zhì)量的0.8%。人工砂的石粉含量通過石粉等質(zhì)量取代人工砂取得。依據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50081－2002)，試驗(yàn)不同石粉含量的混凝土抗壓強(qiáng)度結(jié)果見表5，石粉含量與混凝土強(qiáng)度關(guān)系曲線見圖5。

表5 不同石粉含量混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果表

從圖5可以看出，石粉含量在14%以內(nèi)時(shí)，隨著石粉含量的逐漸增大，混凝土的7 d、28 d抗壓強(qiáng)度亦逐漸增大，這與此次使用的人工砂的堆積密度隨石粉含量增大而增大的規(guī)律相一致。

圖5 石粉含量與混凝土強(qiáng)度關(guān)系曲線圖

4 試驗(yàn)結(jié)論

筆者通過以上試驗(yàn)和分析得出以下結(jié)論:

(1)人工砂中含有適量的石粉，可以彌補(bǔ)由于人工砂粗糙和棱角較多而導(dǎo)致混凝土工作性較差的不利影響，但石粉含量并非越高越好;

(2)隨著石粉含量的增加，人工砂的細(xì)度模數(shù)呈線性下降的趨勢，當(dāng)石粉含量小于19%時(shí)，石粉使人工砂的堆積密度增大，空隙率減小;當(dāng)石粉含量大于19%時(shí)，隨著石粉含量的繼續(xù)增加，人工砂堆積密度減小，空隙率增大。

(3)在人工砂石粉含量不大于14%時(shí)，隨著石粉含量的增大，可以改善混凝土拌合物的和易性，提高混凝土的抗壓強(qiáng)度。在配置中低強(qiáng)度等級混凝土?xí)r，將人工砂中石粉含量控制在14%以內(nèi)，混凝土的拌合物性能及抗壓強(qiáng)度是能夠得到保證的。

［1］水工混凝土施工規(guī)范，DL/T 5144－2001［S］.

［2］建筑用砂，GB/T14684－2001［S］.

［3］建筑用卵石、碎石，GB/T 14685－2001［S］.

［4］普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，GB/T 50080－2002［S］.

［5］普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，GB/T50081－2002［S］.