机制砂石粉含量对混凝土变形性能的影响

2016-08-19谢勇詹镇峰李从波佛山市华通混凝土有限公司广州大学土木工程学院

广东建材 2016年8期

谢勇詹镇峰李从波（佛山市华通混凝土有限公司；广州大学土木工程学院）

机制砂石粉含量对混凝土变形性能的影响

谢勇1詹镇峰2李从波2
（1佛山市华通混凝土有限公司；2广州大学土木工程学院）

机制砂中石粉含量对混凝土硬化体的性能会产生一定影响。本文通过测试混凝土的轴心抗压强度、弹性模量、轴心抗拉强度、极限拉伸值以及干缩值，研究了不同石粉含量的混凝土变形性能，结果表明：石粉起到晶核和微集料作用，能提高混凝土的强度；随着石粉含量的增加，混凝土的轴心抗压强度、弹性模量、轴心抗拉强度升高，极限拉伸值则先升后降；机制砂混凝土的干缩值高于河砂，且随着石粉含量的增加而增大。

机制砂；石粉含量；变形性能

1　引言

石粉是指机制砂生产过程产生的细小颗粒，《水工混凝土试验规程》（SL352-2006）中将石粉定义为小于0.16mm颗粒，《建筑用砂》（GB/T14684-2001）中将小于0.075mm颗粒称为石粉，一般在刚破碎出来的原砂中会含有10%～20%的石粉。为满足国标的要求，控制石粉的含量，制砂企业只能采取电动收尘或水洗的方法生产机制砂，尤其是在生产用于高强度混凝土的机制砂时，必须采用水洗法。而进行水洗时，为洗除机制砂中小于0.075mm的颗粒，就必然要附带损失一些小于0.60mm，甚至1.18mm以下的颗粒，这样既浪费了大量的水资源也降低了砂的产量，同时破坏了机制砂原有的级配［1］。

近年来，随着国家基础设施建设的日益增加，天然砂资源的短缺已成为不争的事实，机制砂也成为解决砂资源短缺的主要途径。随着机制砂的使用越来越广泛，国内外众多学者围绕该主题开展了大量研究，基本探明了石粉对混凝土性能的影响规律及作用机理，使得机制砂的理论研究和工程应用取得了长足发展，对石粉在混凝土的作用认识也越深入，如陈家珑［2］研究认为：带石粉（必须是真正的石粉，而不能是泥粉）的人工砂，能明显改善混凝土的和易性、提高混凝土的强度；贺图升［1］等人的研究结果认为配制中低强度混凝土时，水灰比较大、水泥用量少，机制砂中的石粉补充了细颗粒，增加了混凝土拌合物的稠度，拌合物的粘聚性随着石粉含量的增加而增加，离析现象随石粉含量增加明显改善，拌合物的泌水情况得到改善，同时石粉能改善混凝土的耐久性，等等。总之，适量的石粉既能改善混凝土拌合物的性能，又对混凝土的强度和耐久性有帮助。但有关石粉含量对混凝土的变形性能影响的研究较少，本文将探索在同样水灰比下，不同石粉含量对混凝土的变形性能的影响。

2　试验原材料及试验方法

2.1 原材料

水泥：粤海牌中热硅酸盐水泥，韶关昌山水泥厂有限公司生产，强度等级为P·MH42.5；

表1　水泥物理力学性能试验结果

碎石：石灰岩碎石，二级配 20～40mm，5～20mm，w （20～40mm）：w（5～20mm）=60：40

砂：机制石灰石岩人工砂，原状砂石粉含量为12.2%，细度模数为3.05；河砂：细度模数为2.45。

表2　人工砂的级配组成

外加剂：FDN-440T，萘系高效减水剂，掺量为1.3%

2.2 试验方法

本试验各项性能测试均执行SL352-2006《水工混凝土试验规程》进行

2.3 试验方案及配合比

本试验设计两个中等强度等级的水灰比0.55和0.45，所设计的配合比见表3所示，其中石粉含量通过人工途径重新配制。

表3　机制砂普通混凝土配合比（W/C=0.55）

3　试验结果与分析

3.1 石粉含量对抗压强度的影响

图1、图2分别为水灰比0.55、0.45的石粉含量与混凝土强度的关系图，从结果中可以看出：

⑴两种水灰比情况下，石粉含量对混凝土强度的影响规律极为相似，即随着石粉含量的增加，混凝土的强度呈增长的趋势；

⑵相同水灰比，比较河砂和机制砂混凝土强度可以看出，石粉含量低（本试验中≤9%）的机制砂混凝土低于河砂，随着石粉含量增加，机制砂混凝土的强度高于河砂。

以上的试验结果表明石粉对混凝土强度有增强作用，其原因可以归结为两方面：一是石粉起着填充的作用，可以使混凝土结构变得更加密实，有利于强度的提高；二是本文所采用的机制砂母岩为石灰石，石灰石粉起到一定的活性作用，文献［3］解释了石灰石粉的强度效应可能与以下因素有关：一是石粉中的石灰石微粒在水泥水化早期对Ca（OH）2和C-S-H的形成起晶核作用，加速了熟料矿物特别是C3S矿物的水化；另一个可能的原因是石灰石微粒能与水泥中的C3A反应形成水化半碳铝酸钙、单碳铝酸钙或三碳铝酸钙；还有一种可能就是在硅酸盐矿物水化中，少量的石灰石微粒能进入C-S-H凝胶结构中形成碳化水化硅酸盐钙。

图1　石粉含量对抗压强度的影响（W/C=0.55）

图2　石粉含量对抗压强度的影响（W/C=0.45）

3.2 石粉含量对轴心抗压强度、弹性模量的影响

弹性模量是水泥混凝土材料的基本力学指标，它反映了混凝土在压力作用下抵抗变形的能力，也是表征材料的应力和应变关系的重要参数。

图3　石粉含量与轴心抗压强度的关系

图4　石粉含量与弹性模量的关系

图3、图4为水灰比0.55，石粉含量与轴心强度、弹性模量的关系，其中石粉含量为0%的是指河砂。从图中可以看出：随着石粉含量的增加，机制砂混凝土的轴心抗压强度和弹性模量呈上升的趋势，石粉含量为18%的轴心抗压强度和弹性模量值比6%的分别提高12.5%和11.8%；与河砂混凝土相比，河砂的轴心抗压强度高于石粉含量6%和12%，但低于18%，弹性模量高于6%，低于12%和18%。

弹性模量反映出材料的变形性能，弹性模量越大，同样应力下，变形越小。石粉含量增加，混凝土强度提高，这是造成弹性模量提高的原因之一，同时，机制砂的颗粒粗糙，多棱角，相互之间咬合较好，抗变形能力增强。

3.3 石粉含量对轴心抗拉强度、极限拉伸值的影响

轴心抗拉强度和极限拉伸值是衡量混凝土抗裂性的重要指标，提高混凝土的极限拉伸值对改善混凝土抗裂能力非常重要。

图5、图6分别为不同石粉含量下，0.55水灰比的混凝土轴心抗拉强度和极限拉伸值。从结果中可以看出：