孫 勝 偉

(中鐵十八局集團有限公司， 天津 300222)

近年來，學者們已對石粉含量對機制砂混凝土和易性的影響進行了許多相關(guān)研究[1-5]。研究表明機制砂中石粉含量的增大會導致混凝土的需水量的增加[6-10]。同時，學者們在石粉含量對機制砂混凝土的抗?jié)B、變形、強度等其他性能的影響方面也有相關(guān)研究[11-15]。因此，對于混凝土工作性能而言，石粉的最佳含量這一問題亟待進一步研究。本文將重點對機制砂石粉含量及對混凝土工作性能和力學性能的影響規(guī)律展開系統(tǒng)研究。

1 石粉含量對混凝土坍落度與擴展度的影響

采用C30和C50機制砂混凝土分別作為普通混凝土和高強混凝土來研究石粉含量對這兩類混凝土性能的影響進行研究，C30機制砂混凝土水灰比為0.42，砂率為42%，C50機制砂混凝土水灰比為0.35，砂率為41%，不添加粉煤灰。

試驗結(jié)果表明：機制砂混凝土的擴展度隨石粉含量的增加而減小，坍落度在石粉含量10%～15%和5%～7%之間時較好。

發(fā)生上述現(xiàn)象的原因是，由于混凝土水膠比較大，拌和水量多而膠凝材料較少，多余水不能被顆粒表面特別是膠凝材料表面吸附形成水膜，從而出現(xiàn)離析泌水現(xiàn)象。機制砂中石粉主要是小于0.075 mm甚至更細的顆粒，其粒徑與水泥接近，部分顆粒甚至接近二級粉煤灰的粒徑，所以隨著機制砂中石粉含量的增加，細顆粒的比例增加，大大提高了細顆粒的比表面積，從而使拌和物的黏聚性和保水性提高，拌和物狀態(tài)改善；但當石粉含量進一步增加時，細顆粒含量進一步增加，使整體的拌和需水量增加，在用水量一定的情況下，拌和物逐漸變得黏稠。

對于C50機制砂混凝土，當石粉含量為0時，混凝土坍落度為160 mm，擴展度只有320 mm并且由于水灰比較低，拌和物非常黏稠，流動很慢，不能滿足泵送施工要求，這在高強混凝土的生產(chǎn)過程中是經(jīng)常出現(xiàn)的，不僅影響了施工效率，也使混凝土的施工質(zhì)量受到影響。但隨機制砂中石粉含量的增加，混凝土坍落度和擴展度明顯提高且黏聚性良好，拌和物松軟、流動變快，坍落度達到220 mm，擴展度也達到了550 mm，基本可達自密實混凝土的擴展速度，當石粉含量超過20%后，混凝土擴展度有所減小，黏度明顯增大。發(fā)生此種現(xiàn)象的原因是，水泥水化產(chǎn)生帶正電荷的水化鋁酸鈣和帶負電的水化硅酸鈣顆粒，這些電荷相反的顆粒很容易產(chǎn)生絮凝，使拌和物喪失流動性，不利施工。而表面致密的石粉顆粒分散在水泥顆粒之間，能起到分散劑的作用，阻止不同電性水泥水化顆粒產(chǎn)生絮凝，增加分散性，這是混凝土坍落度、擴展度以及流動增大的主要原因。

2 石粉含量對混凝土抗壓強度影響

混凝土抗壓強度是混凝土力學性能基本指標。通過試驗分析了機制砂中石粉含量對C30和C50機制砂混凝土抗壓強度的影響，見圖1和圖2。

從圖1和圖2中可以看出：對于石粉含量在20%以下的C30機制砂混凝土和石粉含量在15%以下的C50機制砂混凝土，隨著石粉含量的增加，機制砂混凝土強度有較小的提高。從對機制砂混凝土抗壓強度的影響可以看出，C30和C50機制砂混凝土的最佳石粉含量分別約為15%和10%。這表明對機制砂混凝土強度而言，也存在最佳的石粉含量，不同的機制砂混凝土強度等級對應(yīng)了不同的機制砂石粉含量。

圖1 C30機制砂混凝土抗壓強度隨石粉含量的變化

圖2C50機制砂混凝土抗壓強度隨石粉含量的變化

石灰石粉在水化的過程中可以與水泥中的C3A和C4AF發(fā)生反應(yīng)，生成水化碳鋁酸鈣，水化碳鋁酸鹽可以與其他水化產(chǎn)物相互搭接，使水泥石結(jié)構(gòu)更加密實，從而提高了水泥石的強度。當混凝土中膠凝材料的摻量過多時，石粉的增強作用減弱，而強度降低作用會更加明顯，這就是C50機制砂混凝土的最佳石粉含量低于C30混凝土的最佳石粉含量的原因，且隨著混凝土強度的增加，最佳石粉含量降低。

3 石粉含量對混凝土長期抗壓強度的影響

試驗選取了三個石粉含量進行對比，分析機制砂中石粉含量對7 d、28 d、60 d、90 d和180 d抗壓強度的影響，試驗結(jié)果見圖3和圖4。

試驗結(jié)果顯示：對于C30和C50混凝土，石粉含量對混凝土的早期強度有一定的提高作用，特別是60 d以前的抗壓強度，有一定的提升；但對混凝土的長期強度，即90 d以后的強度基本沒有影響。這主要是因為石粉本身基本沒有水化活性，即使齡期再久也不會對強度有明顯改善。

圖3 不同石粉含量C30機制砂混凝土強度隨時間變化

圖4不同石粉含量C50機制砂混凝土強度隨時間變化

4 石粉含量對混凝土收縮性能的影響

試驗選取了五種石粉含量進行對比，分析機制砂中石粉含量對不同齡期C30和C50機制砂混凝土收縮性的影響，試驗結(jié)果見圖5和圖6。

圖5石粉含量對C30機制砂混凝土收縮性能的影響

從圖5中可以看出，C30機制砂混凝土中石粉含量10%是一個分界線，隨著石粉含量的增加，C30機制砂混凝土的干縮率先逐漸增大后逐漸減小。

圖6研究結(jié)果表明，C50機制砂混凝土中石粉含量7%是一個分界線，隨著石粉含量的增加，C50機制砂混凝土的干縮率先逐漸增大后逐漸減小。

圖6石粉含量對C50機制砂混凝土收縮性能的影響

機制砂混凝土的收縮特性取決于以上兩種因素的平衡，對于C30混凝土膠材數(shù)量相對較少，由于石粉比表面積較大，在其表面形成較厚的水膜，從而增加干縮，C50混凝土用水量較少，當石粉增加到一定程度后，粉體表面的水膜不增反降，從而干縮趨緩。

5 機制砂中石粉含量對混凝土耐久性的影響

采用試驗分析了C30和C50機制砂混凝土中，機制砂中不同石粉含量對機制砂混凝土的耐久性的影響，試驗結(jié)果見圖7和圖8。

圖7 石粉含量對C30機制砂混凝土耐久性的影響

圖8石粉含量對C50機制砂混凝土耐久性的影響

圖7研究結(jié)果表明，隨著機制砂中石粉含量的增加，尤其是當石粉含量大于3%時，C30機制砂混凝土的電通量迅速降低，這表明了混凝土耐久性增強。

從圖8可以看出，機制砂中石粉的含量對于C50機制砂混凝土的耐久性影響不大。

從以上研究結(jié)果中可以看出，石粉含量對于C30和C50機制砂混凝土的耐久性的影響有很大的區(qū)別，這主要是由于石粉對于兩類混凝土的空隙率影響不同，從而導致了對不同強度的混凝土的耐久性能的影響規(guī)律不同。

6 結(jié) 論

通過上述研究得出，機制砂混凝土的擴展度隨石粉含量的增加而減小，坍落度在石粉含量10%～15%和5%～7%之間時較好，利用這個影響機制調(diào)整機制砂中的石粉含量達到適量可以改善機制砂混凝土的工作性能。對于石粉含量在20%以下的C30機制砂混凝土和石粉含量在15%以下的C50機制砂混凝土，隨著石粉含量的增加，機制砂混凝土強度有較小的提高。從對機制砂混凝土抗壓強度的影響可以看出，C30 和C50機制砂混凝土的最佳石粉含量分別約為15%和10%。這表明對機制砂混凝土強度而言，也存在最佳的石粉含量，不同的機制砂混凝土強度等級對應(yīng)了不同的機制砂石粉含量。C30在10%～15%左右，C50在7%～10%左右。但石粉含量對機制砂混凝土的長期強度基本沒有影響。石粉含量對混凝土耐久性有一定的影響，對C30混凝土的耐久性能提高，C50混凝土的耐久性影響不大。