張梓鑫，顧瑞，繆凱

（中建商品混凝土有限公司，湖北 武漢 430070）

機制砂石粉含量對混凝土體積穩(wěn)定性影響

張梓鑫，顧瑞，繆凱

（中建商品混凝土有限公司，湖北 武漢 430070）

通過水洗機制砂與石粉復配得到不同石粉含量的機制砂，并與天然河砂對比研究石粉含量對機制砂混凝土工作性能、力學性能以及體積穩(wěn)定性（彈性模量、干燥收縮、受壓徐變）的影響。結果表明，機制砂混凝土的和易性較河砂差，適量的石粉（10%～15%）可以改善機制砂混凝土的和易性，并提高混凝土強度；機制砂混凝土的彈性模量隨著石粉含量的增加呈降低趨勢；相對于天然河砂，用含石粉的機制砂拌制的混凝土在早期干燥收縮較大（當石粉含量為 10% 時，收縮值最大）；且徐變系數隨著石粉含量的增加而增加。

機制砂；石粉；混凝土；體積穩(wěn)定性

0 引言

砂作為混凝土主要原材料之一，對混凝土性能影響顯著。由于天然河砂的過度開采，導致自然環(huán)境遭到嚴重破壞。采用廢石破碎而成的機制砂替代天然砂生產混凝土已成必然趨勢。由于機制砂顆粒表面粗糙、形狀不規(guī)則、級配不良且在生產過程中不可避免引入了石粉（＜75μm），石粉改變了傳統(tǒng)膠凝體系，勢必引起機制砂混凝土的收縮及徐變規(guī)律發(fā)生改變。在工程結構中，混凝土體積穩(wěn)定性對耐久性及結構變形、開裂有重要影響。

為了掌握機制砂性能對混凝土性能影響規(guī)律，國內外學者開展了廣泛的研究[3-6]，但主要研究范圍局限于混凝土工作性及強度。機制砂主要性能指標——石粉含量，對混凝土體積穩(wěn)定性影響研究少有涉及。

開展石粉對機制砂混凝土體積穩(wěn)定性影響研究，有助于揭示機制砂中石粉含量對混凝土收縮、彈性模量及徐變影響規(guī)律，為解決機制砂混凝土開裂問題提供理論與試驗依據。

1 試驗概況

1.1 原材料

（1）采用湖北華新水泥廠生產的 P·O 42.5 水泥，其物理力學性能指標見表 1。

（2）細集料采用岳陽砂和嘉魚縣胡秋陽采石場所供石灰?guī)r質機制砂，細度模數為 3.6，其級配曲線如圖 1 所示。

表 1 水泥物理性能指標

圖 1 細集料（機制砂、天然砂）級配曲線

（3）石粉來自機制砂生產廠家所提供。

（4）外加劑來自中建新型建材廠所配制的 ZJSS-Ⅳ 型聚羧酸減水劑。

1.2 配合比

采用典型 C40 強度混凝土配比，通過不同石粉與水洗機制砂復配得到石粉含量不同的機制砂。基準混凝土采用細度模數為 2.8 的天然黃砂配制。試驗配合比如表2所示。

表 2 混凝土配合比 kg/m3

1.3 試驗方法

根據表 2 配制混凝土，并分別按以下標準成型試件及養(yǎng)護：（1）混凝土抗壓強度及靜彈性模量試驗參照GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》。抗壓強度試件采用 150mm×150mm×150mm 的立方體試件，標養(yǎng) 7d、28d 后測量強度。靜彈性模量采用150mm×150mm×300mm 的棱柱型試件，標養(yǎng) 28d 后測量。（2）混凝土干燥收縮試驗參照 GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》。干燥收縮試驗采用 100 mm×100 mm×515 mm 的棱柱體試件，試件成型后帶模養(yǎng)護 1d，拆模后立即放入溫度為 (20±2)℃，濕度（60±5）%的恒溫干燥室內。預置 4h 后開始采集初始值，并按以下指定時間間隔讀取變形值：1d、3d、7d、14d、28d、60d、90d、180d（從移入恒溫干燥室內計時）。（3）混凝土徐變試驗參照 GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》。試件采用100mm×100mm×400mm 的棱柱體試件。試件養(yǎng)護流程及條件保持與干燥收縮試驗一致，到達 28d 齡期時開始加載并讀取初始值。之后按以下指定時間間隔讀取變形值：1d、3d、7d、14d、28d、60d、90d、150d（從加載后開始計時）。讀取受壓徐變試件變形值的同時，應讀取同條件試件收縮變形值。

干燥收縮及徐變試驗相關照片如圖 2 所示。

圖 2 干燥收縮及徐變試驗照片

2 試驗結果與分析

2.1 石粉對混凝土工作性及抗壓強度影響

混凝土工作性能及抗壓強度如表 3 所示，當石粉含量較小時（＜15%）機制砂混凝土流動性較差，隨著石粉含量的提高，混凝土的粘聚性及保水性得到明顯改善，且石粉含量為 10% 的機制砂混凝土工作性能最佳。結果說明，適量的石粉引入可以增加漿體含量、填充空隙，彌補機制砂級配差、顆粒形狀粗糙導致混凝土和易性差的缺點。但過多的石粉會增加比表面積，吸附更多的自由水，導致漿體流動性變差。

表 3 混凝土工作性能及抗壓強度

由表 3 的強度結果可看出，機制砂混凝土強度高于普通河砂。隨著石粉含量的增加，機制砂混凝土強度不斷增加，石粉含量為 15% 時上升至最高。繼續(xù)增加石粉含量，強度降低。石粉對混凝土強度的影響，主要原因是石粉的填充效應提高了混凝土的密實度，但石粉進一步增加（＞15%）會導致漿體強度降低，削弱混凝土強度。

2.2 石粉對機制砂混凝土彈性模量影響

彈性模量是混凝土的一項重要指標，由于混凝土的非勻質性特點，其彈模大小受到集料特性、過渡區(qū)特性、漿體孔隙率等因素影響。石粉含量對機制砂混凝土的彈性模量影響如表 4 所示。

表 4 石粉含量對混凝土彈性模量影響

由表 4 可知，機制砂混凝土的彈性模量隨著石粉含量的增加呈降低趨勢，石粉含量為 10%～15% 的機制砂混凝土的彈性模量與普通河砂混凝土接近。機制砂對混凝土的彈性模量影響有以下兩點：第一，顆粒粗大且多棱角的機制砂在混凝土中起到骨架作用，限制了骨料的相對滑動和砂漿的變形，提高了混凝土彈模；第二，石粉豐富了漿體含量，使得機制砂的骨架作用被削弱，彈模降低。

2.3 石粉對機制砂混凝土干燥收縮影響

干燥收縮經時規(guī)律如圖 3 所示。結果顯示，所有混凝土試件在 90d 齡期后干燥收縮逐漸趨于穩(wěn)定。相對于天然河砂，用含石粉的機制砂拌制的混凝土在早期干燥收縮較大。主要原因是石粉在高堿環(huán)境中起到了晶核作用，加速了水化反應進程，另一方面微量的石粉能與水化產物發(fā)生反應[9]，兩種效應的共同作用使得早期干縮較大。當石粉含量為 10%時，混凝土試件的收縮值最大。這是由于當石粉含量較低時漿體量偏少，顆粒較大的機制砂能起到骨架作用抑制收縮，當石粉摻量較高時，混凝土漿體量增加，密實度更好，混凝土抵制收縮能力變強。

圖 3 不同石粉含量對混凝土干燥收縮影響

2.4 石粉對機制砂混凝土徐變影響

由于徐變應變值受到荷載大小影響，為準確對比分析石粉含量對混凝土徐變影響，采用徐變系數分析試驗結果，徐變系數由公式 1 計算獲得。選取石粉含量為 0%、10%、20%的配合比 JS1、JS3、JS5 以及天然河砂混凝土進行對比研究，結果如圖 4 所示。

式中：

φt——為徐變系數；

εtt——為總受荷應變；

εe——為加載瞬時應變；εsh——為對比收縮應變。

圖 4 試件的徐變系數時程圖

由圖 4 可以看出，機制砂及普通河砂混凝土的徐變系數與持荷時間成對數關系，即早期徐變快，后期變緩。機制砂混凝土的徐變系數與石粉含量密切相關，機制砂混凝土徐變系數隨著石粉含量的增加而增加。

當石粉含量較少時，粗大的機制砂顆粒相互摩擦力較大，對載荷下的變形有一定限制作用。隨著石粉含量的增加，混凝土漿體量增加，發(fā)生徐變的可能性增大。

3 結論

（1）機制砂混凝土的和易性較河砂差，適量的石粉（10%～15%）可以改善機制砂混凝土的和易性，并提高混凝土強度。

（2）機制砂混凝土的彈性模量隨著石粉含量的增加呈降低趨勢，石粉含量為 10%～15% 的機制砂混凝土的彈性模量與普通河砂混凝土接近。

（3）相對于天然河砂，用含石粉的機制砂拌制的混凝土在早期干燥收縮較大。當石粉含量為 10% 時，混凝土試件的收縮值最大。

（4）機制砂及普通河砂混凝土的徐變系數與持荷時間成對數關系，機制砂混凝土徐變系數隨著石粉含量的增加而增加。

[1] 王稷良．機制砂特性對混凝土性能的影響及機理研究[D].武漢：武漢理工大學， 2008．

[2] 趙華耕，彭勁，周明凱．粉煤灰、礦粉對高性能混凝土體積穩(wěn)定性的影響[J]．武漢理工大學學報，2005(07)：36-38.

[3] Hiroshi Uchikawa, Shunsuke Hanehra, Hiroshi Hirao. Inf l unce of Microstructure on the Physical Properties of Concrete Pre-pared by Substituting Mineral Powder for Part of Fine Aggregate[J]．Cement and Concrete Research, 1996，26(1)：101-111.

[4] 胡兵，劉加平，劉建忠，崔鞏．砂泥粉含量及 MB 值與砂漿干燥收縮關系的研究[J]．混凝土， 2010(04):107-109.

[5] 陳家瓏．合理利用人工砂中的石粉[J]．新型建筑材料，2004, (5)：48-50.

[6] Zhou Mingkai, Peng Shaoming, Xu Jian, et al. Effect of Stone Powder on Stone Chippings Concrete[J]．Journal of Wuhan University of Technology (Materials Sciences Edition), 1996，11(4)：29-34.

[9] 王稷良，周明凱，朱立德，賀圖生．機制砂對高強混凝土體積穩(wěn)定性的影響[J]．武漢理工大學學報， 2007(10)：20-24.

［通訊地址］湖北省武漢市東湖新技術開發(fā)區(qū)高科大廈 13 樓（430074）

Effects of crushed dust content on volume stability of manufactured sand concrete

Zhang Zixin, Gu Rui, Miao Kai
(China State Construction Ready Mix Concrete Co., Ltd, Wuhan 430070, China)

Inf l uence of the crushed dust content difference on the workability, mechanical properties and volume stability (elastic modulus, drying shrinkage, compressive creep) of concrete was studied in this paper, different dust content was formed in the manufactured sand by mix washed manufactured sand and crushed dust. Results indicated that the workability of concrete which made by manufactured sand was worse than natural sand, appropriate amount of dust (10% to 15%) can improve the workability and compressive strength of manufactured sand concrete. The elastic modulus of manufactured sand concrete decreased with the increase of dust content. The shrinkage rate of manufactured sand concrete with dust was larger than natural sand (there was maximum shrinkage rate of manufactured sand concrete with 10% dust), and the creep coeff i cient increased with dust content.

manufactured sand; crushed dust; concrete; volume stability

張梓鑫（1986—），男，助理工程師，中建商品混凝土有限公司。