謝勇詹鎮(zhèn)峰李從波（佛山市華通混凝土有限公司；廣州大學(xué)土木工程學(xué)院）

機(jī)制砂石粉含量對(duì)混凝土變形性能的影響

謝勇1詹鎮(zhèn)峰2李從波2
（1佛山市華通混凝土有限公司；2廣州大學(xué)土木工程學(xué)院）

機(jī)制砂中石粉含量對(duì)混凝土硬化體的性能會(huì)產(chǎn)生一定影響。本文通過測(cè)試混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度、彈性模量、軸心抗拉強(qiáng)度、極限拉伸值以及干縮值，研究了不同石粉含量的混凝土變形性能，結(jié)果表明：石粉起到晶核和微集料作用，能提高混凝土的強(qiáng)度；隨著石粉含量的增加，混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度、彈性模量、軸心抗拉強(qiáng)度升高，極限拉伸值則先升后降；機(jī)制砂混凝土的干縮值高于河砂，且隨著石粉含量的增加而增大。

機(jī)制砂；石粉含量；變形性能

1　引言

石粉是指機(jī)制砂生產(chǎn)過程產(chǎn)生的細(xì)小顆粒，《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SL352-2006）中將石粉定義為小于0.16mm顆粒，《建筑用砂》（GB/T14684-2001）中將小于0.075mm顆粒稱為石粉，一般在剛破碎出來的原砂中會(huì)含有10%～20%的石粉。為滿足國(guó)標(biāo)的要求，控制石粉的含量，制砂企業(yè)只能采取電動(dòng)收塵或水洗的方法生產(chǎn)機(jī)制砂，尤其是在生產(chǎn)用于高強(qiáng)度混凝土的機(jī)制砂時(shí)，必須采用水洗法。而進(jìn)行水洗時(shí)，為洗除機(jī)制砂中小于0.075mm的顆粒，就必然要附帶損失一些小于0.60mm，甚至1.18mm以下的顆粒，這樣既浪費(fèi)了大量的水資源也降低了砂的產(chǎn)量，同時(shí)破壞了機(jī)制砂原有的級(jí)配［1］。

近年來，隨著國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的日益增加，天然砂資源的短缺已成為不爭(zhēng)的事實(shí)，機(jī)制砂也成為解決砂資源短缺的主要途徑。隨著機(jī)制砂的使用越來越廣泛，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者圍繞該主題開展了大量研究，基本探明了石粉對(duì)混凝土性能的影響規(guī)律及作用機(jī)理，使得機(jī)制砂的理論研究和工程應(yīng)用取得了長(zhǎng)足發(fā)展，對(duì)石粉在混凝土的作用認(rèn)識(shí)也越深入，如陳家瓏［2］研究認(rèn)為：帶石粉（必須是真正的石粉，而不能是泥粉）的人工砂，能明顯改善混凝土的和易性、提高混凝土的強(qiáng)度；賀圖升［1］等人的研究結(jié)果認(rèn)為配制中低強(qiáng)度混凝土?xí)r，水灰比較大、水泥用量少，機(jī)制砂中的石粉補(bǔ)充了細(xì)顆粒，增加了混凝土拌合物的稠度，拌合物的粘聚性隨著石粉含量的增加而增加，離析現(xiàn)象隨石粉含量增加明顯改善，拌合物的泌水情況得到改善，同時(shí)石粉能改善混凝土的耐久性，等等?？傊?，適量的石粉既能改善混凝土拌合物的性能，又對(duì)混凝土的強(qiáng)度和耐久性有幫助。但有關(guān)石粉含量對(duì)混凝土的變形性能影響的研究較少，本文將探索在同樣水灰比下，不同石粉含量對(duì)混凝土的變形性能的影響。

2　試驗(yàn)原材料及試驗(yàn)方法

2.1 原材料

水泥：粵海牌中熱硅酸鹽水泥，韶關(guān)昌山水泥廠有限公司生產(chǎn)，強(qiáng)度等級(jí)為P·MH42.5；

表1　水泥物理力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

碎石：石灰?guī)r碎石，二級(jí)配 20～40mm，5～20mm，w （20～40mm）：w（5～20mm）=60：40

砂：機(jī)制石灰石巖人工砂，原狀砂石粉含量為12.2%，細(xì)度模數(shù)為3.05；河砂：細(xì)度模數(shù)為2.45。

表2　人工砂的級(jí)配組成

外加劑：FDN-440T，萘系高效減水劑，摻量為1.3%

2.2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)各項(xiàng)性能測(cè)試均執(zhí)行SL352-2006《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行

2.3 試驗(yàn)方案及配合比

本試驗(yàn)設(shè)計(jì)兩個(gè)中等強(qiáng)度等級(jí)的水灰比0.55和0.45，所設(shè)計(jì)的配合比見表3所示，其中石粉含量通過人工途徑重新配制。

表3　機(jī)制砂普通混凝土配合比（W/C=0.55）

3　試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 石粉含量對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

圖1、圖2分別為水灰比0.55、0.45的石粉含量與混凝土強(qiáng)度的關(guān)系圖，從結(jié)果中可以看出：

⑴兩種水灰比情況下，石粉含量對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響規(guī)律極為相似，即隨著石粉含量的增加，混凝土的強(qiáng)度呈增長(zhǎng)的趨勢(shì)；

⑵相同水灰比，比較河砂和機(jī)制砂混凝土強(qiáng)度可以看出，石粉含量低（本試驗(yàn)中≤9%）的機(jī)制砂混凝土低于河砂，隨著石粉含量增加，機(jī)制砂混凝土的強(qiáng)度高于河砂。

以上的試驗(yàn)結(jié)果表明石粉對(duì)混凝土強(qiáng)度有增強(qiáng)作用，其原因可以歸結(jié)為兩方面：一是石粉起著填充的作用，可以使混凝土結(jié)構(gòu)變得更加密實(shí)，有利于強(qiáng)度的提高；二是本文所采用的機(jī)制砂母巖為石灰石，石灰石粉起到一定的活性作用，文獻(xiàn)［3］解釋了石灰石粉的強(qiáng)度效應(yīng)可能與以下因素有關(guān)：一是石粉中的石灰石微粒在水泥水化早期對(duì)Ca（OH）2和C-S-H的形成起晶核作用，加速了熟料礦物特別是C3S礦物的水化；另一個(gè)可能的原因是石灰石微粒能與水泥中的C3A反應(yīng)形成水化半碳鋁酸鈣、單碳鋁酸鈣或三碳鋁酸鈣；還有一種可能就是在硅酸鹽礦物水化中，少量的石灰石微粒能進(jìn)入C-S-H凝膠結(jié)構(gòu)中形成碳化水化硅酸鹽鈣。

圖1　石粉含量對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響（W/C=0.55）

圖2　石粉含量對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響（W/C=0.45）

3.2 石粉含量對(duì)軸心抗壓強(qiáng)度、彈性模量的影響

彈性模量是水泥混凝土材料的基本力學(xué)指標(biāo)，它反映了混凝土在壓力作用下抵抗變形的能力，也是表征材料的應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系的重要參數(shù)。

圖3　石粉含量與軸心抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

圖4　石粉含量與彈性模量的關(guān)系

圖3、圖4為水灰比0.55，石粉含量與軸心強(qiáng)度、彈性模量的關(guān)系，其中石粉含量為0%的是指河砂。從圖中可以看出：隨著石粉含量的增加，機(jī)制砂混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度和彈性模量呈上升的趨勢(shì)，石粉含量為18%的軸心抗壓強(qiáng)度和彈性模量值比6%的分別提高12.5%和11.8%；與河砂混凝土相比，河砂的軸心抗壓強(qiáng)度高于石粉含量6%和12%，但低于18%，彈性模量高于6%，低于12%和18%。

彈性模量反映出材料的變形性能，彈性模量越大，同樣應(yīng)力下，變形越小。石粉含量增加，混凝土強(qiáng)度提高，這是造成彈性模量提高的原因之一，同時(shí)，機(jī)制砂的顆粒粗糙，多棱角，相互之間咬合較好，抗變形能力增強(qiáng)。

3.3 石粉含量對(duì)軸心抗拉強(qiáng)度、極限拉伸值的影響

軸心抗拉強(qiáng)度和極限拉伸值是衡量混凝土抗裂性的重要指標(biāo)，提高混凝土的極限拉伸值對(duì)改善混凝土抗裂能力非常重要。

圖5、圖6分別為不同石粉含量下，0.55水灰比的混凝土軸心抗拉強(qiáng)度和極限拉伸值。從結(jié)果中可以看出：

圖5　石粉含量與軸心抗拉強(qiáng)度的關(guān)系

圖6　石粉含量與極限拉伸值的關(guān)系

⑴混凝土軸心抗拉強(qiáng)度與石粉含量呈現(xiàn)較好的規(guī)律，即隨著石粉含量的增加，軸心抗拉強(qiáng)度逐漸增大，同時(shí)，相同水灰比下，機(jī)制砂混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度高于河砂混凝土；

⑵極限拉伸值隨石粉含量的變化規(guī)律是先增后降，石粉含量為18%時(shí)，極限拉伸值低于河砂。

機(jī)制砂混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度高于河砂，可能與機(jī)制砂的顆粒形貌有較大的關(guān)系，由于機(jī)制砂的表面粗糙，多棱角，相互之間的咬合較好，可使混凝土有較好的抗拉性能；而極限拉伸值在18%時(shí)，反而下降可能是由于石粉含量增大后，漿體體積增加，導(dǎo)致混凝土的脆性增大，拉伸破壞時(shí)變形量變小。

3.4 石粉含量對(duì)混凝土干縮值的影響

圖7、圖8分別是干縮值與齡期、干縮值與石粉含量的關(guān)系圖，從結(jié)果中可以看出：

圖7　干縮變形與齡期的關(guān)系

圖8　石粉含量與干縮變形的關(guān)系

⑴隨著石粉含量的增加，混凝土的干縮值呈上升的趨勢(shì)，以90天齡期為例，W/C=0.55的18%石粉含量的干縮值是6%的1.19倍，W/C=0.45的是1.16倍；

⑵機(jī)制砂混凝土和河砂混凝土的干縮規(guī)律基本一致，表現(xiàn)為早期增長(zhǎng)快，60天齡期后趨緩，但到90d齡期時(shí)，混凝土干縮仍在繼續(xù)；

⑶與河砂混凝土相比，機(jī)制砂混凝土各齡期的干縮值均大于河砂，以90天齡期為例，W/C=0.55的機(jī)制砂混凝土干縮值約增加了4.4%～24.7%；W/C=0.45約增加了5.3%～25.5%，人工砂混凝土干縮較大，對(duì)混凝土抗裂能力不利。

4　結(jié)論

⑴機(jī)制砂中的石粉在混凝土中起到晶核作用和微集料填充作用，能提高混凝土的強(qiáng)度。

⑵隨著石粉含量的增加，混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度、彈性模量、軸心抗拉強(qiáng)度逐漸提高，極限拉伸值則呈現(xiàn)出先增后降的規(guī)律。

⑶機(jī)制砂混凝土的干縮值高于河砂混凝土，同時(shí)，各齡期的干縮值隨石粉含量的增加而增大。

［1］賀圖升，周明凱，等.石粉對(duì)機(jī)制砂混凝土拌合物泌水率的影響［J］.混凝土.2007，（2）：58-60.

［2］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.

［3］李北星，周明凱.石灰?guī)r機(jī)制砂中石粉作摻合料對(duì)混凝土工作性和強(qiáng)度的影響［J］.公路，2007，（12）：141-145.