石粉含量对C30和C50机制砂混凝土性能的影响

孙 胜 伟

(中铁十八局集团有限公司， 天津 300222)

近年来，学者们已对石粉含量对机制砂混凝土和易性的影响进行了许多相关研究[1-5]。研究表明机制砂中石粉含量的增大会导致混凝土的需水量的增加[6-10]。同时，学者们在石粉含量对机制砂混凝土的抗渗、变形、强度等其他性能的影响方面也有相关研究[11-15]。因此，对于混凝土工作性能而言，石粉的最佳含量这一问题亟待进一步研究。本文将重点对机制砂石粉含量及对混凝土工作性能和力学性能的影响规律展开系统研究。

1 石粉含量对混凝土坍落度与扩展度的影响

采用C30和C50机制砂混凝土分别作为普通混凝土和高强混凝土来研究石粉含量对这两类混凝土性能的影响进行研究，C30机制砂混凝土水灰比为0.42，砂率为42%，C50机制砂混凝土水灰比为0.35，砂率为41%，不添加粉煤灰。

试验结果表明：机制砂混凝土的扩展度随石粉含量的增加而减小，坍落度在石粉含量10%～15%和5%～7%之间时较好。

发生上述现象的原因是，由于混凝土水胶比较大，拌和水量多而胶凝材料较少，多余水不能被颗粒表面特别是胶凝材料表面吸附形成水膜，从而出现离析泌水现象。机制砂中石粉主要是小于0.075 mm甚至更细的颗粒，其粒径与水泥接近，部分颗粒甚至接近二级粉煤灰的粒径，所以随着机制砂中石粉含量的增加，细颗粒的比例增加，大大提高了细颗粒的比表面积，从而使拌和物的黏聚性和保水性提高，拌和物状态改善；但当石粉含量进一步增加时，细颗粒含量进一步增加，使整体的拌和需水量增加，在用水量一定的情况下，拌和物逐渐变得黏稠。

对于C50机制砂混凝土，当石粉含量为0时，混凝土坍落度为160 mm，扩展度只有320 mm并且由于水灰比较低，拌和物非常黏稠，流动很慢，不能满足泵送施工要求，这在高强混凝土的生产过程中是经常出现的，不仅影响了施工效率，也使混凝土的施工质量受到影响。但随机制砂中石粉含量的增加，混凝土坍落度和扩展度明显提高且黏聚性良好，拌和物松软、流动变快，坍落度达到220 mm，扩展度也达到了550 mm，基本可达自密实混凝土的扩展速度，当石粉含量超过20%后，混凝土扩展度有所减小，黏度明显增大。发生此种现象的原因是，水泥水化产生带正电荷的水化铝酸钙和带负电的水化硅酸钙颗粒，这些电荷相反的颗粒很容易产生絮凝，使拌和物丧失流动性，不利施工。而表面致密的石粉颗粒分散在水泥颗粒之间，能起到分散剂的作用，阻止不同电性水泥水化颗粒产生絮凝，增加分散性，这是混凝土坍落度、扩展度以及流动增大的主要原因。

2 石粉含量对混凝土抗压强度影响

混凝土抗压强度是混凝土力学性能基本指标。通过试验分析了机制砂中石粉含量对C30和C50机制砂混凝土抗压强度的影响，见图1和图2。

从图1和图2中可以看出：对于石粉含量在20%以下的C30机制砂混凝土和石粉含量在15%以下的C50机制砂混凝土，随着石粉含量的增加，机制砂混凝土强度有较小的提高。从对机制砂混凝土抗压强度的影响可以看出，C30和C50机制砂混凝土的最佳石粉含量分别约为15%和10%。这表明对机制砂混凝土强度而言，也存在最佳的石粉含量，不同的机制砂混凝土强度等级对应了不同的机制砂石粉含量。

图1 C30机制砂混凝土抗压强度随石粉含量的变化

图2C50机制砂混凝土抗压强度随石粉含量的变化

石灰石粉在水化的过程中可以与水泥中的C3A和C4AF发生反应，生成水化碳铝酸钙，水化碳铝酸盐可以与其他水化产物相互搭接，使水泥石结构更加密实，从而提高了水泥石的强度。当混凝土中胶凝材料的掺量过多时，石粉的增强作用减弱，而强度降低作用会更加明显，这就是C50机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，且随着混凝土强度的增加，最佳石粉含量降低。

3 石粉含量对混凝土长期抗压强度的影响

试验选取了三个石粉含量进行对比，分析机制砂中石粉含量对7 d、28 d、60 d、90 d和180 d抗压强度的影响，试验结果见图3和图4。

试验结果显示：对于C30和C50混凝土，石粉含量对混凝土的早期强度有一定的提高作用，特别是60 d以前的抗压强度，有一定的提升；但对混凝土的长期强度，即90 d以后的强度基本没有影响。这主要是因为石粉本身基本没有水化活性，即使龄期再久也不会对强度有明显改善。

图3 不同石粉含量C30机制砂混凝土强度随时间变化

图4不同石粉含量C50机制砂混凝土强度随时间变化

4 石粉含量对混凝土收缩性能的影响

试验选取了五种石粉含量进行对比，分析机制砂中石粉含量对不同龄期C30和C50机制砂混凝土收缩性的影响，试验结果见图5和图6。

图5石粉含量对C30机制砂混凝土收缩性能的影响

从图5中可以看出，C30机制砂混凝土中石粉含量10%是一个分界线，随着石粉含量的增加，C30机制砂混凝土的干缩率先逐渐增大后逐渐减小。

图6研究结果表明，C50机制砂混凝土中石粉含量7%是一个分界线，随着石粉含量的增加，C50机制砂混凝土的干缩率先逐渐增大后逐渐减小。

图6石粉含量对C50机制砂混凝土收缩性能的影响

机制砂混凝土的收缩特性取决于以上两种因素的平衡，对于C30混凝土胶材数量相对较少，由于石粉比表面积较大，在其表面形成较厚的水膜，从而增加干缩，C50混凝土用水量较少，当石粉增加到一定程度后，粉体表面的水膜不增反降，从而干缩趋缓。

5 机制砂中石粉含量对混凝土耐久性的影响

采用试验分析了C30和C50机制砂混凝土中，机制砂中不同石粉含量对机制砂混凝土的耐久性的影响，试验结果见图7和图8。

图7 石粉含量对C30机制砂混凝土耐久性的影响

图8石粉含量对C50机制砂混凝土耐久性的影响

图7研究结果表明，随着机制砂中石粉含量的增加，尤其是当石粉含量大于3%时，C30机制砂混凝土的电通量迅速降低，这表明了混凝土耐久性增强。

从图8可以看出，机制砂中石粉的含量对于C50机制砂混凝土的耐久性影响不大。

从以上研究结果中可以看出，石粉含量对于C30和C50机制砂混凝土的耐久性的影响有很大的区别，这主要是由于石粉对于两类混凝土的空隙率影响不同，从而导致了对不同强度的混凝土的耐久性能的影响规律不同。

6 结 论

通过上述研究得出，机制砂混凝土的扩展度随石粉含量的增加而减小，坍落度在石粉含量10%～15%和5%～7%之间时较好，利用这个影响机制调整机制砂中的石粉含量达到适量可以改善机制砂混凝土的工作性能。对于石粉含量在20%以下的C30机制砂混凝土和石粉含量在15%以下的C50机制砂混凝土，随着石粉含量的增加，机制砂混凝土强度有较小的提高。从对机制砂混凝土抗压强度的影响可以看出，C30 和C50机制砂混凝土的最佳石粉含量分别约为15%和10%。这表明对机制砂混凝土强度而言，也存在最佳的石粉含量，不同的机制砂混凝土强度等级对应了不同的机制砂石粉含量。C30在10%～15%左右，C50在7%～10%左右。但石粉含量对机制砂混凝土的长期强度基本没有影响。石粉含量对混凝土耐久性有一定的影响，对C30混凝土的耐久性能提高，C50混凝土的耐久性影响不大。