張梓鑫，顧瑞，繆凱

（中建商品混凝土有限公司，湖北 武漢 430070）

機(jī)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(jī)制砂與石粉復(fù)配得到不同石粉含量的機(jī)制砂，并與天然河砂對比研究石粉含量對機(jī)制砂混凝土工作性能、力學(xué)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(jié)果表明，機(jī)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(jī)制砂混凝土的和易性，并提高混凝土強(qiáng)度；機(jī)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(jī)制砂拌制的混凝土在早期干燥收縮較大（當(dāng)石粉含量為 10% 時(shí)，收縮值最大）；且徐變系數(shù)隨著石粉含量的增加而增加。

機(jī)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(dǎo)致自然環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞。采用廢石破碎而成的機(jī)制砂替代天然砂生產(chǎn)混凝土已成必然趨勢。由于機(jī)制砂顆粒表面粗糙、形狀不規(guī)則、級配不良且在生產(chǎn)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(jī)制砂混凝土的收縮及徐變規(guī)律發(fā)生改變。在工程結(jié)構(gòu)中，混凝土體積穩(wěn)定性對耐久性及結(jié)構(gòu)變形、開裂有重要影響。

為了掌握機(jī)制砂性能對混凝土性能影響規(guī)律，國內(nèi)外學(xué)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(qiáng)度。機(jī)制砂主要性能指標(biāo)——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(jī)制砂混凝土體積穩(wěn)定性影響研究，有助于揭示機(jī)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(jī)制砂混凝土開裂問題提供理論與試驗(yàn)依據(jù)。

1 試驗(yàn)概況

1.1 原材料

（1）采用湖北華新水泥廠生產(chǎn)的 P·O 42.5 水泥，其物理力學(xué)性能指標(biāo)見表 1。

（2）細(xì)集料采用岳陽砂和嘉魚縣胡秋陽采石場所供石灰?guī)r質(zhì)機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù)為 3.6，其級配曲線如圖 1 所示。

表 1 水泥物理性能指標(biāo)

圖 1 細(xì)集料（機(jī)制砂、天然砂）級配曲線

（3）石粉來自機(jī)制砂生產(chǎn)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(qiáng)度混凝土配比，通過不同石粉與水洗機(jī)制砂復(fù)配得到石粉含量不同的機(jī)制砂?；鶞?zhǔn)混凝土采用細(xì)度模數(shù)為 2.8 的天然黃砂配制。試驗(yàn)配合比如表2所示。

表 2 混凝土配合比 kg/m3

1.3 試驗(yàn)方法

根據(jù)表 2 配制混凝土，并分別按以下標(biāo)準(zhǔn)成型試件及養(yǎng)護(hù)：（1）混凝土抗壓強(qiáng)度及靜彈性模量試驗(yàn)參照GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》?？箟簭?qiáng)度試件采用 150mm×150mm×150mm 的立方體試件，標(biāo)養(yǎng) 7d、28d 后測量強(qiáng)度。靜彈性模量采用150mm×150mm×300mm 的棱柱型試件，標(biāo)養(yǎng) 28d 后測量。（2）混凝土干燥收縮試驗(yàn)參照 GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》。干燥收縮試驗(yàn)采用 100 mm×100 mm×515 mm 的棱柱體試件，試件成型后帶模養(yǎng)護(hù) 1d，拆模后立即放入溫度為 (20±2)℃，濕度（60±5）%的恒溫干燥室內(nèi)。預(yù)置 4h 后開始采集初始值，并按以下指定時(shí)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(nèi)計(jì)時(shí)）。（3）混凝土徐變試驗(yàn)參照 GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》。試件采用100mm×100mm×400mm 的棱柱體試件。試件養(yǎng)護(hù)流程及條件保持與干燥收縮試驗(yàn)一致，到達(dá) 28d 齡期時(shí)開始加載并讀取初始值。之后按以下指定時(shí)間間隔讀取變形值：1d、3d、7d、14d、28d、60d、90d、150d（從加載后開始計(jì)時(shí)）。讀取受壓徐變試件變形值的同時(shí)，應(yīng)讀取同條件試件收縮變形值。

干燥收縮及徐變試驗(yàn)相關(guān)照片如圖 2 所示。

圖 2 干燥收縮及徐變試驗(yàn)照片

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 石粉對混凝土工作性及抗壓強(qiáng)度影響

混凝土工作性能及抗壓強(qiáng)度如表 3 所示，當(dāng)石粉含量較小時(shí)（＜15%）機(jī)制砂混凝土流動(dòng)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(jī)制砂混凝土工作性能最佳。結(jié)果說明，適量的石粉引入可以增加漿體含量、填充空隙，彌補(bǔ)機(jī)制砂級配差、顆粒形狀粗糙導(dǎo)致混凝土和易性差的缺點(diǎn)。但過多的石粉會增加比表面積，吸附更多的自由水，導(dǎo)致漿體流動(dòng)性變差。

表 3 混凝土工作性能及抗壓強(qiáng)度

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

2.2 石粉對機(jī)制砂混凝土彈性模量影響

彈性模量是混凝土的一項(xiàng)重要指標(biāo)，由于混凝土的非勻質(zhì)性特點(diǎn)，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(jī)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(jī)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(jī)制砂混凝土的彈性模量與普通河砂混凝土接近。機(jī)制砂對混凝土的彈性模量影響有以下兩點(diǎn)：第一，顆粒粗大且多棱角的機(jī)制砂在混凝土中起到骨架作用，限制了骨料的相對滑動(dòng)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(jī)制砂的骨架作用被削弱，彈模降低。

2.3 石粉對機(jī)制砂混凝土干燥收縮影響

干燥收縮經(jīng)時(shí)規(guī)律如圖 3 所示。結(jié)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(jī)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(yīng)進(jìn)程，另一方面微量的石粉能與水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)[9]，兩種效應(yīng)的共同作用使得早期干縮較大。當(dāng)石粉含量為 10%時(shí)，混凝土試件的收縮值最大。這是由于當(dāng)石粉含量較低時(shí)漿體量偏少，顆粒較大的機(jī)制砂能起到骨架作用抑制收縮，當(dāng)石粉摻量較高時(shí)，混凝土漿體量增加，密實(shí)度更好，混凝土抵制收縮能力變強(qiáng)。

圖 3 不同石粉含量對混凝土干燥收縮影響

2.4 石粉對機(jī)制砂混凝土徐變影響

由于徐變應(yīng)變值受到荷載大小影響，為準(zhǔn)確對比分析石粉含量對混凝土徐變影響，采用徐變系數(shù)分析試驗(yàn)結(jié)果，徐變系數(shù)由公式 1 計(jì)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(jìn)行對比研究，結(jié)果如圖 4 所示。

式中：

φt——為徐變系數(shù)；

εtt——為總受荷應(yīng)變；

εe——為加載瞬時(shí)應(yīng)變；εsh——為對比收縮應(yīng)變。

圖 4 試件的徐變系數(shù)時(shí)程圖

由圖 4 可以看出，機(jī)制砂及普通河砂混凝土的徐變系數(shù)與持荷時(shí)間成對數(shù)關(guān)系，即早期徐變快，后期變緩。機(jī)制砂混凝土的徐變系數(shù)與石粉含量密切相關(guān)，機(jī)制砂混凝土徐變系數(shù)隨著石粉含量的增加而增加。

當(dāng)石粉含量較少時(shí)，粗大的機(jī)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(jié)論

（1）機(jī)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(jī)制砂混凝土的和易性，并提高混凝土強(qiáng)度。

（2）機(jī)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(jī)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(jī)制砂拌制的混凝土在早期干燥收縮較大。當(dāng)石粉含量為 10% 時(shí)，混凝土試件的收縮值最大。

（4）機(jī)制砂及普通河砂混凝土的徐變系數(shù)與持荷時(shí)間成對數(shù)關(guān)系，機(jī)制砂混凝土徐變系數(shù)隨著石粉含量的增加而增加。

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［通訊地址］湖北省武漢市東湖新技術(shù)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。