研究探索：机制砂中石粉含量对混凝土性能的影响
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本文选自《商品混凝土》杂志2024年第1期
机制砂中石粉含量对混凝土性能的影响
戴伟，郭锋，罗厚俊，严林，曹帅帅
［摘 要］本文采用资料汇总与试验分析方法，探讨了机制砂中石粉含量对混凝土性能的影响。研究结果表明，机制砂中石粉含量的增加会对混凝土的性能产生一定影响，需要在生产和使用中进行合理控制。深入了解机制砂中石粉含量对混凝土拌合物、力学性能的影响，对于优化混凝土配合比、提高混凝土质量具有一定的指导意义。
［关键词］机制砂；石粉含量；混凝土性能
0 引言
随着建筑行业的发展，人们对混凝土材料的需求越来越大。天然砂是传统混凝土用砂的主要来源，而混凝土作为最大的建筑材料，大量使用消耗了大量的天然砂资源。随着天然砂资源的减少，天然河砂开采行为对自然环境的破坏越来越严重。因此，有必要寻找一种可以替代天然河砂的材料用于混凝土中。机制砂在混凝土中的应用正好满足了这一要求。机制砂是由天然碎石经过多次破碎、筛分、洗涤等工艺加工而成的，它的石粉含量对混凝土有较大的影响[1]。因此，本文通过机制砂中不同石粉含量对不同强度等级的混凝土性能的影响设计并进行了试验。
1 试验
1.1 试验材料
（1）混凝土拌合水：为20℃的恒温水。
（2）水泥：华新水泥有限公司PO42.5水泥，其性能指标如表1所示。
（3）矿粉：南通康凯建材有限公司S95级矿渣微粉，28d的活性指数95%。
（4）粉煤灰：华能国电南通实业开发有限公司F类Ⅱ级灰。粉煤灰的细度为18.6%，需水量比为92%，28天的强度活性70%。
（5）外加剂：尼高科技有限公司高性能减水剂JKPC-I，减水率达到26.2%，28d抗压强度比为136%。
（6）机制砂：采用的是具有良好级配的Ⅱ区砂，细度模数为2.9，压碎指标为16.8%。将砂子进行反复清洗烘干，直至水变得清澈后，将砂子烘干。在清洗过程中所得到的石粉也烘干，然后将石粉按照0、5%、10%、15%、20%的比例掺入洗净的机制砂中备用（用S、S、S10、S15、S20作为编号）。
1.2 试验方案
为了验证机制砂中不同石粉含量对不同强度等级混凝土的影响，设计了C25、C30、C35、C40这四种不同等级的混凝土。然后将上述材料进行拌合，此过程依据GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》，所得到的混凝土试块的抗压强度测试依据GB/T 50081—2019《普通混凝土力学性能试验方法标准》。制备试件过程中采用标准试件模具150mm×150mm× 150mm，且在标准养护条件下养护28d。
设计的四组（C25、C30、C35、C40）混凝土的基础配合比如表2所示。
2 结果与分析
2.1 试验结果
2.1.1 石粉含量对混凝土工作性的影响
经过观察，混凝土拌合物状态如表3所示。从表3中可以清楚地看到，当混凝土的强度等级为C25和C30，石粉含量小于5%时，混凝土出现少量的泌水情况，其他三组工作性能较好，且不泌水。当石粉含量超过10%时，随着石粉含量的逐渐增多，C40混凝土呈现出较大的粘聚性，坍落度的损失量和混凝土中石粉含量成反比（如图1所示），说明随着石粉含量的增加，混凝土的流动性能变差，这样的现象不利于大方量混凝土的泵送和浇筑。
2.1.2 石粉含量对混凝土强度的影响
将拌制好的混凝土放入标准试模，第二天拆模，试件经过28d的标准养护后进行抗压强度测试，测试的强度结果见表4和图2、图3。
从表4中可以看出，C25和C30等级混凝土28d抗压强度随着石粉含量的增加而增大；C35和C40混凝土的抗压强度，随石粉含量的增加，呈现先增后减的趋势，且抗压强度的增加量较少。C35混凝土在石粉掺量为15%时抗压强度达最大值，C40混凝土在石粉掺量为10%时抗压强度达最大值。
2.2 试验结果分析
2.2.1 石粉含量对混凝土拌合物工作性的影响分析
通过上述试验结果可以得出，石粉含量对混凝土的泌水性能的影响是通过改变混凝土内部的结构和孔隙度来实现的。石粉的加入可以填充混凝土中的微观空隙，减少混凝土的孔隙度，从而降低混凝土的泌水性。当混凝土强度较低时（C25、C30）添加较多的石粉能够较好地改善混凝土的泌水性能，这可能是由于水泥用量较少，而机制砂的用量较多，使得拌合后的混凝土具有较多的微观空隙，而石粉的加入正好填充到微观空隙中，可改善低强度混凝土的泌水性能，进而可提高混凝土的抗渗性，使混凝土具有较好的耐久性。对于强度等级较高的混凝土（C35、C40），所使用的水泥量较多，混凝土内部结构较紧密，过高的石粉含量就会影响混凝土的流动性，降低混凝土的工作性能。因此在实际的混凝土的配比中，需要合理的控制机制砂中石粉的含量，从而使得不同强度的混凝土能达到最好的工作性能。
2.2.2 石粉含量对混凝土强度的影响分析
通过上述的试验结果分析可以看出，石粉对混凝土试块的强度有影响。石粉在混凝土中，首先，作为细颗粒能够填充混凝土中的孔隙，提高混凝土的密实性。当石粉含量增加时，混凝土中的孔隙结构逐渐减少，使得混凝土的密实度增加，从而提高了混凝土的抗压强度和抗拉强度。另外，混凝土中的主要组成物质是CaCO、Ca(OH)等，这些物质能和石粉发生水化反应，产生水化产物，水化产物析晶加速了水泥水化，同时提高了混凝土的强度[2]。但是并不是石粉含量越多，混凝土的强度就越高。当混凝土强度较低时，其中水泥的用量较少，而砂石的用量较多，使得混凝土中有较多的微观孔隙，石粉正好填充了这些孔隙，增加了混凝土的粘聚性和密实性，从而提高了混凝土的强度。但是当混凝土的强度较高时，混凝土中的水泥含量增加，而砂石的用量变少，而混凝土中的孔隙减少，石粉含量的掺入，对于混凝土的强度增加较小，且在一定石粉含量下达到峰值。此外，由于石粉含量的增加导致混凝土的粘性增大，流动性降低[3]。此外，石粉中的细颗粒会影响混凝土的内部结构，降低混凝土的抗冻融性和抗硫酸盐侵蚀性能。所以，当机制砂中的石粉含量过高时，混凝土的耐久性会受到影响，容易出现渗水、开裂、脱落等问题。因此，合理控制机制砂中的石粉含量对于确保混凝土的良好工作性能至关重要。
3 总结
综上所述，机制砂中石粉含量的大小对混凝土工作性能影响具有较大的影响，具体如下：
（1）当石粉含量在20%以内，混凝土强度小于C30时，机制砂中石粉含量越大，混凝土的工作性能越好，且随着石粉含量的增加，其强度也随之增加。
（2）当混凝土强度大于C30时，机制砂中石粉含量在一定比例时，不同强度的混凝土达到峰值，而且强度增加较小。
在混凝土配合比设计和施工过程中，需要根据具体工程要求和施工条件，合理调整机制砂中石粉的含量，以保证混凝土具有良好的流动性和可塑性，从而提高施工效率和施工质量。深入研究机制砂中石粉含量对混凝土工作性能的影响，有助于指导工程实践，优化混凝土配合比设计，提高施工效率和质量。
参考文献
[1] 刘小兵，朱祥，陈福松，等．石粉含量对机制砂混凝土性能的影响[J]．粉煤灰，2011,23(6): 29-31．
[2] 潘菲，姜观荣．石粉粒径对机制砂混凝土性能的影响[J]．粉煤灰综合利用，2017(2): 29-31．
[3] 张如林，陈玉前，刘书童，等．机制砂石粉含量对混凝土的性能影响研究[J]．混凝土，2016(3): 84-85．
供稿人：戴伟，郭锋，罗厚俊
编辑员：李海亮
审核人：孙继成，宁夏
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