机制砂石粉在混凝土中的应用

黄振兴，曹养华，林锡安

（1. 温州吉邦科技有限公司，浙江 温州 325000；2. 浙江元本检测技术股份有限公司，浙江 温州 325036）

0 前言

我国基本建设的突飞猛进，尤其是房地产飞速发展的这 20 多年，作为主要建筑原材料的砂需求量十分巨大，近些年每年用砂量接近 200 亿吨，而且很快将会突破 200 亿吨。巨大的砂需求量，可观的经济利益驱使，导致全国天然河砂资源接近枯竭。巨大的需求量和资源枯竭的矛盾，又导致了河砂价格飞涨，这给用砂大户——混凝土企业和砂浆企业带来了巨大压力。在这种大环境下，迫使这些用砂量巨大的企业开始使用机制砂；但是机制砂生产过程中会产生大约 20% 的石粉，如果不有效处理，会造成资源浪费和环境污染。同时，由于环保治理大量高污染、高能耗的中小钢型厂被迫关闭，导致矿粉资源短缺，价格飞涨。本文通过对大量试验的总结，探讨能否用机制砂石粉取代一部分矿粉，这样就可以就可以消耗掉石粉，同时变废为宝、降低混凝土成本。

1 试验方案

首先，选择温州地区目前常用的三种质量比较稳定的水泥，先做常规检验，在各项指标满足国家规范要求后，分别用这三种水泥在 C20～C40 各个强度等级上做掺与不掺石粉的试验，观察使用不同品种水泥掺加石粉混凝土的坍落度、和易性、流动性、工作性、尤其是强度与不掺石粉的混凝土有什么区别。

其次，检测矿粉、粉煤灰、石粉的活性，为石粉取代矿粉或粉煤灰寻找理论依据。

第三，此次试验计划在 C20～C40 各个强度等级上用 30kg 石粉取代 10kg 矿粉与不掺石粉的混凝土对比混凝土的坍落度、和易性、流动性、工作性，以及 3 天、7 天、14 天、28 天强度；并用三种水泥反复验证。

最后，通过对试验数据的总结，得出混凝土中是否可以掺加石粉，如果可以掺加，确定掺加的方式和比例。

2 试验用水泥检测数据及矿粉、粉煤灰、石粉活性

2.1 水泥检测数据

本试验采用兰溪红狮水泥、乐清海螺水泥和辽宁冀东水泥，检测数据见表 1。

表1 水泥性能

通过对上述三种水泥试验数据分析可以看出，试验用的三种水泥全部符合国家规范要求。但是也可以看出，这三种水泥的性能是不同的，从强度上看，兰溪红狮在这三种水泥中早期强度高、后期强度也高；乐清海螺水泥早期强度虽不如兰溪红狮高，但也不低，后期 28 天强度略低于兰溪红狮水泥，但是比冀东水泥都高；冀东水泥在这三种水泥中早期强度最低，但后期 28 天强度还可以，与乐清海螺 28 天强度接近，但略低于兰溪红狮 28 天强度。三种水泥的比表面积各不相同，凝结时间也各异，说明这三种水泥的水化过程和水化速度各不相同。因此，选用这三种性能不同的水泥，在各个不同强度等级用相同的配合比来验证掺与不掺石粉对混凝土的影响，就非常有意义，如果三种不同水泥的试验结论一致，就可以得出准确的结论。

2.2 掺合料活性

在混凝土行业传统的习惯性思维上一般认为：石粉是惰性材料，是没有活性的。那么石粉到底有没有活性？如果有活性，那么活性能达到多少？与目前混凝土中常用掺合料矿粉和粉煤灰的活性相比，活性高、还是低？相差多少？只有先了解清楚以上问题，才能为石粉在混凝土中的应用找到理论依据，以及确定石粉的掺加方法和掺量。

为此，先按照规范测定了矿粉和粉煤灰的活性，然后按照粉煤灰活性检验方法，测定了石粉的活性。具体检测数据见表 2。

表2 S95 级矿粉活性

从以上三种掺合料活性检测数据看，矿粉活性最高，28 天活性达到了 105%；粉煤灰活性次之，28 天活性达到 73%；石粉也是有活性的，28 天活性达到64%，石粉 28 天的活性大约是矿粉活性的 60%，粉煤灰活性的 90% 左右。

由活性试验结果可知，石粉是有活性的，石粉的活性能达到粉煤灰活性的 90%，也就是说石粉有可能完全取代粉煤灰；石粉的活性能达到矿粉活性的 60%，也就是说石粉有可能可以超量取代矿粉。

由于目前温州市场矿粉价格昂贵，达到了 400 元/吨，而石粉价格只有 60 元/吨，因此，从石粉取代矿粉入手，这样如果能成功，可以取得更大的经济效益。为了谨慎起见，先试验用 30kg 石粉取代 10kg 矿粉。

3 试验数据

3.1 使用兰溪红狮 P·O42.5水泥各强度等级混凝土掺与不掺石粉对比试验结果

以我公司常用泵送系列 C20、C25、C30、C35、C40 为基准配合比，水泥用兰溪红狮 P·O42.5，然后在保持各等级混凝土配合比用水量、水泥用量、粉煤灰用量、砂率、容重不变的前提下，用 30kg 石粉取代 10kg矿粉，观察和对比各等级掺与不掺石粉混凝土的坍落度、和易性、流动性，以及 3、7、14、28 天强度。掺与不掺石粉混凝土试验数据见表 3，强度对比曲线见图1。

从表 3 和图 1 可以直观地看出，掺与不掺石粉的混凝土坍落度、和易性、流动性没有什么差别，同时各等级、各龄期混凝土强度掺与不掺石粉的结果非常接近，特别是 28 天强度掺加石粉的混凝土各个强度等级的强度都高于不掺石粉的混凝土强度。

3.2 使用海螺 P·O42.5 水泥各强度等级混凝土掺与不掺石粉对比试验结果

使用海螺 P·O42.5 水泥重复上述试验。掺与不掺石粉混凝土试验数据见表 4，强度对比图见图 2。

从表 4 和图 2 可以直观地看出，使用各项物理性能和强度与兰溪红狮 P·O42.5 不同的海螺 P·O42.5 水泥掺与不掺石粉的混凝土坍落度、和易性、流动性没有什么差别，同时各等级、各龄期混凝土强度掺与不掺石粉的结果非常接近，特别是 28 天强度掺加石粉的混凝土各个强度等级的强度都高于不掺石粉的混凝土强度。

表3 使用兰溪红狮 P·O42.5水泥各强度等级混凝土掺与不掺石粉混凝土试验数据

图1 使用兰溪红狮水泥，掺与不掺石粉强度对比曲线

3.3 使用辽宁冀东 P·O42.5 水泥各强度等级混凝土掺与不掺石粉对比试验结果

使用辽宁冀东 P·O42.5 水泥重复上述试验，掺与不掺石粉混凝土试验数据见表 5。强度对比曲线见图 3。

从表 5 和图 3 可以直观的看出，使用辽宁冀东P·O42.5 水泥掺与不掺石粉的混凝土坍落度、和易性、流动性没有什么差别，同时各等级、各龄期混凝土强度掺与不掺石粉的结果非常接近，特别是 28 天强度掺加石粉的混凝土各个强度等级的强度都高于不掺石粉的混凝土强度。

表 4 使用海螺 P·O42.5水泥各强度等级混凝土掺与不掺石粉混凝土试验数据

图2 使用海螺水泥，掺与不掺石粉强度对比曲线

4 试验结论

通过用三种各项物理性能和强度都不同的水泥反复试验验证，可以发现，无论使用哪种水泥，掺与不掺石粉的混凝土坍落度、和易性、流动性没有什么差别，同时各等级、各龄期混凝土强度掺与不掺石粉的结果非常接近，特别是 28 天强度掺加石粉的混凝土各个强度等级的强度都高于不掺石粉的混凝土强度。尤其是 C35、C40 强度等级较高的混凝土掺加石粉后混凝土强度反而比不掺石粉的混凝土强度高。经过查找相关资料，了解到这是石粉起到了“晶核效应”，石粉代替了一部分水泥、矿粉、粉煤灰等活性较高的胶材来充当晶核，使得水泥、矿粉、粉煤灰等活性较高的、原本充当晶核不参与水化的胶材被替换出来，得到充分水化。从而提高了强度。

通过上面的大量试验数据，可以得出结论：石粉是可以取代混凝土中一部分掺合料的，取代后对混凝土的各项性能及强度没有影响。

表 5 使用辽宁冀东 P·O42.5 水泥各强度等级混凝土掺与不掺石粉混凝土试验数据

图3 使用辽宁冀东水泥，掺与不掺石粉强度对比曲线

5 经济效益

目前温州地区矿粉市场价为 400 元/吨左右，石粉价格为 60 元/吨，10kg 矿粉为 4 元，30kg 石粉为 1.8元，每立方混凝土用 30kg 石粉取代 10kg 矿粉可以降低成本 2.2 元，按照我公司每年 70 万方混凝土产量计算，将为公司节约 154 万元。既消耗了机制砂副产品，又为公司降低了成本，还不影响混凝土质量和施工性能，有很大的经济效益。

6 机制砂石粉用于混凝土时的注意事项

（1）在混凝土中使用机制砂石粉时，混凝土生产线要配备专用石粉仓，并做好明显、醒目的标示，要严格预防石粉与其他粉料打错仓的严重质量事故。

（2）不同石材生产机制砂时产生的石粉各项物理性能及活性是不同的，更换石材时，要重新检验石粉的各项物理性能及活性，并根据检验数据来确定替代方式和掺量。

（3）更换石材时，要重新复试掺加石粉各强度等级混凝土的配合比，确认没有问题后再投入使用。

（4）首次在混凝土中使用石粉时，掺量不要太大，成功后，再通过试验增加掺量。

（5）机制砂石粉对混凝土的耐久性有什么影响还不清楚，还需要同行们进一步研究和探索。

7 结语

综上所述，由于机制砂石粉价格较低，取代矿粉既降低混凝土成本，还消耗了生产机制砂时产生的多余石粉，同时还不影响混凝土各项性能及强度，能给混凝土生产厂家带来可观的经济效益。

随着天然砂资源的日益枯竭，全国各地使用机制砂的公司越来越多，机制砂石粉的资源非常丰富；因此，机制砂石粉在自然原材紧缺的情况下，必将替代部分矿物掺合料，逐渐成为混凝土中不可或缺的一种矿物掺合料。

本文只是抛砖引玉，提出了机制砂石粉在混凝土应用的方法和思路。本文的试验是非常谨慎的，只使用了少量的石粉代替少量的矿粉，我们计划在这次成功的基础上进一步加大掺量和取代量进行试验，以期取得更好的结果。从石粉活性试验结果看，石粉活性与粉煤灰活性接近；因此石粉取代部分或全部粉煤灰在理论上也是可行的，这需要同行们一起努力，进一步探索和研究。