劉林沖 周躍東

摘 要：試驗(yàn)在現(xiàn)有機(jī)制砂中摻入一定量的石粉用于中、低強(qiáng)度等級(jí)普通混凝土拌和。對(duì)比試驗(yàn)表明，機(jī)制砂中摻入適當(dāng)?shù)氖勰軌蛟诒ＷC混凝土強(qiáng)度的同時(shí)明顯改善中、低強(qiáng)度等級(jí)混凝土的和易性，提高混凝土可泵性，減少阻泵等施工事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：石粉；機(jī)制砂；混凝土；配合比

機(jī)制砂是經(jīng)除土處理，由機(jī)械破碎、篩分制成的粒徑小于4.75mm的巖石、礦山尾礦或工業(yè)廢渣顆粒（不包括軟質(zhì)、風(fēng)化的顆粒），在目前天然建筑用砂嚴(yán)重資源短缺的情況下，機(jī)制砂在現(xiàn)代混凝土中得到廣泛應(yīng)用。機(jī)制砂顆粒粒形多呈三角體或方矩體，表面粗糙，棱角尖銳，而天然砂顆粒多呈圓形，因此，機(jī)制砂混凝土流動(dòng)性相對(duì)較差且易離析，要得到同樣的混凝土和易性，必須增加膠凝材料用量。

現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定機(jī)制砂石粉含量不大于10%，但機(jī)械破碎方式生產(chǎn)的機(jī)制砂通常粒徑小于75μm的石粉顆粒含量超標(biāo)嚴(yán)重，砂石生產(chǎn)廠往往通過(guò)水洗等方式去除石粉以滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和客戶要求，浪費(fèi)資源、能源的同時(shí)，更對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的影響。

另一方面，混凝土生產(chǎn)企業(yè)在進(jìn)行普通混凝土，尤其是中、低強(qiáng)度等級(jí)泵送混凝土生產(chǎn)時(shí)，為滿足混凝土泵送施工需求，必須增加膠凝材料用量，以獲得更好的和易性，減少堵管、阻泵的發(fā)生。由此造成混凝土強(qiáng)度富余很高，大幅提高混凝土企業(yè)生產(chǎn)成本的同時(shí)浪費(fèi)社會(huì)資源。

1 試驗(yàn)材料和試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)材料

本次課題結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，選用以下成都地區(qū)常用的當(dāng)?shù)夭牧腺Y源進(jìn)行試驗(yàn)研究。

（1）石粉：本試驗(yàn)選用成都福根砂石廠生產(chǎn)的大石粉含量機(jī)制砂，篩取粒徑75μm以下的原狀石粉，未經(jīng)二次磨細(xì)加工。

（2）水泥：四川峨勝水泥集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)的峨勝P.O42.5R水泥，安定性檢驗(yàn)合格，其他主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

（3）粉煤灰：宜賓福溪粉煤灰開(kāi)發(fā)有限公司Ⅰ級(jí)，主要性能指標(biāo)見(jiàn)表2。

（4）細(xì)骨料：金馬河機(jī)制2區(qū)中砂，級(jí)配情況見(jiàn)表3。

（6）石：金馬河石灰石質(zhì)碎石，5～25mm連續(xù)級(jí)配。

（7）外加劑：江蘇蘇博特新材料股份有限公司PCA-Ⅰ型聚羧酸高性能減水劑。

（8）拌和水：成都地下水。

1.2 試驗(yàn)方法

根據(jù)《普通混凝土拌合物性能測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50080-2002）進(jìn)行混凝土坍落度、擴(kuò)展度等混凝土工作性能進(jìn)行測(cè)試，混凝土力學(xué)性能測(cè)試按《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081-2002）進(jìn)行，試件尺寸150×150×150mm。所有試驗(yàn)儀器均滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果分析

2.1 試驗(yàn)過(guò)程

考慮到直接取用石粉砂，難以獲得試驗(yàn)所需的定值石粉含量，所以，本次試驗(yàn)采用成都福根砂石廠生產(chǎn)的機(jī)制石粉砂，篩取粒徑75μm以下的顆粒，按不同比例摻入生產(chǎn)所用金馬河2區(qū)機(jī)制中砂進(jìn)行混凝土拌和試驗(yàn)，基準(zhǔn)配合比使用原裝機(jī)制砂，不摻入石粉。

使用原裝機(jī)制砂進(jìn)行進(jìn)行基準(zhǔn)配合比混凝土拌和，獲取最優(yōu)砂率、外加劑摻量等技術(shù)指標(biāo)后，開(kāi)展對(duì)比試驗(yàn)。后期試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著石粉摻入量及混凝土強(qiáng)度等級(jí)的變化，砂率、外加劑摻量均需作出相應(yīng)的調(diào)整，以獲取更好的混凝土和易性。因此，后期試驗(yàn)過(guò)程中，同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，除石粉摻入量、砂率及外加劑摻量作出相應(yīng)改變，其他材料用量均不作調(diào)整，對(duì)比各組混凝土工作性能與力學(xué)性能。部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)表明，在適當(dāng)調(diào)整砂率和外加劑摻量的情況下，在機(jī)制砂中摻入石粉，可以有效改善混凝土的和易性。在一定的范圍內(nèi)加大石粉摻入量，可提高混凝土工作性能，但隨著混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提高，膠凝材料總量的增加，和易性改善效應(yīng)逐漸降低。同時(shí)，機(jī)制砂中適當(dāng)?shù)氖酆浚梢蕴岣呋炷翉?qiáng)度，但如果摻入過(guò)多石粉，則對(duì)混凝土強(qiáng)度有較大影響，同時(shí)影響混凝土坍落度。數(shù)據(jù)表明，混凝土強(qiáng)度等級(jí)越高，膠凝材料總量越大，在不影響混凝土強(qiáng)度的前提下，可以摻入的石粉比例越高，石粉摻入量與各強(qiáng)度等級(jí)混凝土性能指標(biāo)示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 各強(qiáng)度等級(jí)混凝土石粉摻入量與性能指標(biāo)關(guān)系曲線圖

3 石粉砂混凝土配合比優(yōu)化

3.1 砂率優(yōu)化調(diào)整

大量試驗(yàn)表明，隨著石粉摻入量的變化，需適當(dāng)調(diào)整砂率以獲得最佳混凝土工作性能。通過(guò)表5可發(fā)現(xiàn)，石粉摻入量加大，砂率需有一定的提高。因?yàn)槭垲w粒粒徑小于75μm，與水泥、粉煤灰粒徑相當(dāng)，因此，我們可以理解為，機(jī)制砂中摻入石粉，相當(dāng)于混凝土增加膠凝材料，而機(jī)制砂（75μm-4.75mm）用量則有減少，因此，需增加機(jī)制砂的使用量，即增大砂率。

3.2 外加劑摻量調(diào)整

類似3.1所表述，在機(jī)制砂中摻入與水泥、粉煤灰粒徑相當(dāng)?shù)氖?，相?dāng)于增加膠凝材料，因此，計(jì)算時(shí)，需將石粉歸入膠凝材料，并以此確定外加劑用量。

3.3 石粉含量的調(diào)整

根據(jù)圖1所示，不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，最佳石粉含量相差較大。對(duì)于低強(qiáng)度等級(jí)混凝土（C30以下），因?yàn)槟z凝材料總量少，混凝土和易性差，難以泵送施工，因此，低強(qiáng)度等級(jí)混凝土，宜選用不降低強(qiáng)度可選的最大石粉摻入量；而對(duì)于強(qiáng)度稍高的混凝土（C30及以上），混凝土已經(jīng)有較好的和易性，基本能滿足泵送施工，所以，我們選用強(qiáng)度增長(zhǎng)最大值。由此確定的各強(qiáng)度等級(jí)混凝土最優(yōu)石粉摻入量見(jiàn)表6。

4 工程實(shí)例

成都市環(huán)球時(shí)代中心位于成都市城南，緊鄰成都地鐵一號(hào)線世紀(jì)城終點(diǎn)站，是國(guó)內(nèi)首個(gè)集“第五代寫字樓”、“LOFT創(chuàng)意空間”、“商企CEO私邸”、“國(guó)際購(gòu)物中心”于一體的大型建筑樓群，總建筑面積約26.4萬(wàn)m2。其1#樓第33層1、2單元墻柱各使用C40混凝土300m3，第34層有梁板分別使用C30混凝土260m3，同一天完成澆筑。為對(duì)比試驗(yàn)，1單元所有混凝土均使用摻配石粉機(jī)制砂，兩種砂摻配后，確保C30砼所用機(jī)制砂石粉含量為12%，用于C40混凝土配制的機(jī)制砂石粉含量為15%；2單元所有混凝土均直接使用原有機(jī)制砂，不摻入石粉砂。澆筑時(shí)，摻入石粉的混凝土和易性明顯優(yōu)于不摻加石粉的混凝土，混凝土脫模后，所有混凝土外觀良好。28天混凝土采用鉆芯法取樣進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)試，數(shù)據(jù)見(jiàn)表7：

5 結(jié)語(yǔ)

石粉在機(jī)制砂生產(chǎn)過(guò)程中大量產(chǎn)生，大部分機(jī)制砂生產(chǎn)企業(yè)均通過(guò)篩分、水洗等方式去除，浪費(fèi)自然資源的同時(shí)，增加企業(yè)設(shè)備投入與維護(hù)費(fèi)用，同時(shí)對(duì)環(huán)境造成影響。

試驗(yàn)及工程實(shí)際應(yīng)用證明，機(jī)制砂生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的石粉，在經(jīng)過(guò)試驗(yàn)后按一定比例摻入機(jī)制砂，或直接使用石粉砂與普通機(jī)制砂配合使用，可以明顯改善混凝土工作性能，提高混凝土和易性，尤其是對(duì)膠凝材料用量較少的低強(qiáng)度等級(jí)混凝土。

力學(xué)性能方面，適當(dāng)?shù)氖蹞饺?，可以在一定程度上提高混凝土?qiáng)度，但過(guò)量的石粉摻入，會(huì)嚴(yán)重影響混凝土的強(qiáng)度。因此，最優(yōu)石粉摻入量需經(jīng)過(guò)試驗(yàn)獲取數(shù)據(jù)，并經(jīng)小范圍施工驗(yàn)證。通常，混凝土強(qiáng)度等級(jí)越高，膠凝材料總量越大，越可以容納更多的石粉而不影響混凝土強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)

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[3] 黃燕基等.泵送低強(qiáng)度等級(jí)混凝土的研究與應(yīng)用[J].紅河水，2003（1）.

作者簡(jiǎn)介：劉林沖（1986.10- ），男，本科，畢業(yè)于西南科技大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)，四川楚北混凝土有限公司，助理工程師，研究方向：商品混凝土及混凝土制品研究。