甘肃地区机制砂石粉含量及亚甲蓝值对混凝土性能的影响

霍道平 朱效峰

（中交第二航务工程局有限公司第六工程分公司 湖北武汉 430080）

1 研究背景

甘肃地区处于黄土高原、青藏高原和内蒙古高原的交汇地带，地形狭长，天然河砂、江砂资源匮乏。随着甘肃省内基础建设的投入不断加大，对砂石料的需求逐年增加，现有河道的无序开采已严重影响防洪、污染水质、影响景观，并且合格的河砂数量越来越少，严重供不应求，再加上长距离运输，单方价格逐渐飙升。黄河及其他支流是甘肃地区主要水源地，有国家级、省级、市级水生资源保护区22个，在国家“绿水青山就是金山银山”的大环境下，对甘肃地区的环保也提出了新要求。

从经济和环保两方面考虑，在甘肃地区采用机制砂取代天然砂配制混凝土已经成为了必然趋势。与国内其他一些省份相比较而言，甘肃的机制砂使用起步较晚，因母岩品质、加工设备和加工工艺不同，其石粉含量、亚加蓝值、粒级分布等都存在着较大的差异，为此本文重点探讨机制砂石粉含量变化及亚加蓝值变化对机制砂混凝土工作性能和强度的影响。

2 试验材料与方法

2.1 试验原材料

各试验原材料如下：

（1）水泥：为成县祁连山P.O.42.5水泥。

（2）粉煤灰：为甘肃鑫火建材有限责任公司生产的F类II级低钙粉煤灰。

（3）粗、细集料：为麦积区东方鑫永采石厂生产的5～31.5mm连续级配碎石，细集料为麦积区东方鑫永采石厂生产的机制砂，细度模数2.8。

（4）外加剂：为上海华登建材有限责任公司生产的聚羧酸HP400缓凝型减水剂。

2.2 混凝土配合比

通过试配确定试验用配合比具体如表1所示。

表1 混凝土配合比设计

2.3 试验方法

为了研究机制砂石粉含量和亚甲蓝值对混凝土工作性能和强度的影响，通过筛分、按比例掺石粉以控制机制砂中石粉含量分别处为0%、3%、6%、9%、12%、15%、18%，通过对机制砂冲洗、按比例掺粘土事先调整机制砂亚甲蓝值使其分别为 0g·kg-1、0.3g·kg-1、0.6g·kg-1、0.9g·kg-1、1.2g·kg-1、1.5g·kg-1、1.8g·kg-1、2.1g·kg-1。机制砂石粉含量和亚甲蓝值分别按照《公路工程集料试验规程》（JTG E42—2005）中T0327、T0349规定的方法进行测定[1]。

按上述表1的配合比试拌机制砂混凝土，只有机制砂石粉含量或亚甲蓝值单一变量，分别试验出石粉含量变化对C30机制砂混凝土的工作性能（坍落度、扩展度）和强度（7d和28d抗压强度）的影响规律，不同亚甲蓝值对C30机制砂混凝土的工作性能（坍落度、扩展度）和强度（7d和28d抗压强度）的影响规律。混凝土拌合物工作性能（坍落度、扩展度）依据《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T 50080—2016）进行测试，混凝土抗压强度依据《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081—2019）进行测试。

3 试验结果与分析

3.1 石粉含量变化分别对混凝土坍落度、扩展度的影响

本文设计的石粉含量的试验变化值分别是0%、3%、6%、9%、12%、15%、18%，具体试验结果见表2。

表2 不同石粉含量分别对混凝土坍落度、扩展度的影响

根据试验结果得出石粉含量变化分别对C30机制砂混凝土工作性能（坍落度、扩展度）影响规律，具体分析如下：在机制砂石粉含量≤3%时由于细颗粒较少，保水性差，级配差，混凝土的工作性（和易性）较差，有轻微的泌浆现象。在机制砂中石粉含量3%～12%时细颗粒的比例适当增加从而增大了整体比表面积，使混凝土拌合物黏聚性增强，保水性提高，离析泌水程度适当减小，拌合物状态较大改善，坍落度及扩展度较好且呈递增趋势；其中机制砂石粉含量在9%～12%时拌制的混凝土工作性效果最好。但是当石粉含量继续增大时，由于细颗粒含量过大导致混凝土拌合物需水量明显增加，对减水剂的吸附作用增加，在同一配比情况下浆体变得粘稠，流动性变差，坍落度和扩展度不同程度减小。

3.2 石粉含量变化对混凝土7d和28d抗压强度的影响

根据石粉含量变化对混凝土工作性能（坍落度、扩展度）的影响，在石粉含量为0%、3%、6%、9%、12%、15%、18%时分别成型试件，通过试验得出石粉含量变化对应C30机制砂混凝土的7d和28d抗压强度，见表3。

表3 石粉含量变化对混凝土（7d和28d）抗压强度的影响

根据试验结果分析得出石粉含量变化对机制砂混凝土7d和28d抗压强度的影响规律：当石粉含量＜12%时，随着机制砂石粉含量的增加，C30机制砂混凝土7d抗压强度和28d抗压强度均有小幅度提高；当石粉含量＞12%时，随着机制砂石粉含量的增加，C30机制砂混凝土7d抗压强度和28d抗压强度均有一定程度降低。原因为适量的石粉加入填充了水泥石结构空隙，改善混凝土的密实性，提高混凝土强度；同时一部分石粉在碱环境下发生二次反应，进一步促进混凝土的抗压强度提高；但超过一定量的石粉加入时，多出的石粉便会降低水泥与集料的界面粘结强度形成薄弱界面并阻碍水泥的水化，从而降低了混凝土的早期强度。

3.3 亚加蓝值变化对混凝土坍落度与扩展度的影响

本文通过清洗机制砂和外掺粘土的方法，提前准备调整好亚加蓝值的机制砂，使亚加蓝值处于所需的大小。在本文中所用机制砂亚加蓝值分别为：0g·kg-1、0.3g·kg-1、0.6g·kg-1、0.9g·kg-1、1.2g·kg-1、1.5g·kg-1、1.8g·kg-1、2.1g·kg-1，见表 4。

表4 亚加蓝值变化对混凝土坍落度与扩展度的影响

根据试验结果总结出机制砂亚加蓝值变化对混凝土坍落度和扩展度的影响规律：相同配合比、其他材料不变条件下，随着机制砂亚加蓝值的增加混凝土坍落度和扩展度均成下降趋势，当亚加蓝值＞1.5g.kg-1后混凝土坍落度和扩展度下降明显且已不具备流动性。原因分析：机制砂亚加蓝值增加代表其中粘土成分增多，而粘土成分增加，粘土中物质对外加剂和水分的吸附增加，使得水泥浆体流动所需的水分减少，减水剂活性降低，混凝土流动性下降。当粘土物质增加到一定程度即亚加蓝值很大时，粘土物质较强的吸附性使得外加剂功能性作用大幅降低，导致混凝土不具备流动性，从流动状态变为塑性状态。

3.4 亚加蓝值变化对混凝土抗压强度的影响（见表5）

根据表5总结出机制砂亚加蓝值变化对混凝土7d和28d抗压强度的影响规律：用同一配比、不同亚加蓝值的机制砂拌制混凝土，成型试件并检测其7d和28d抗压强度，分析试验结果可得：不同亚加蓝值机制砂对C30机制砂混凝土抗压强度影响规律：随着机制砂亚加蓝值的增加，C30机制砂混凝土的7d抗压强度、28抗压强度呈总体降低趋势，当机制砂亚加蓝值＜1.5g·kg-1时，影响不明显，超过1.5g·kg-1会迅速下降。具体原因为机制砂亚加蓝值增加，代表其中粘土成分增多，而粘土物质的加入对水泥形成部分附着降低了水泥水化的比表面积，影响了水泥的水化，使得强度总体降低。

表5 亚加蓝值变化对混凝土抗压强度的影响

4 研究结论

（1）其它材料指标合格，只有机制砂石粉含量单一变量情况下，C30机制砂混凝土的坍落度和扩展度在机制砂石粉含量3%～12%时呈递增趋势，当石粉含量＞12%时呈下降趋势，且当石粉含量在9%～12%时混凝土工作性能到最优状态。

（2）其它材料指标合格，只有机制砂石粉含量单一变量情况下，C30机制砂混凝土抗压强度在机制砂石粉含量＜12%时呈递增趋势，当石粉含量超过12%时呈下降趋势。

（3）其它材料指标合格，只有机制砂亚加蓝值单一变量情况下，C30机制砂混凝土坍落度、扩展度、抗压强度随着机制砂亚加蓝值的增加总体呈下降趋势，当亚加蓝值＞1.5g·kg-1下降幅度大幅增加。

5 结束语

通过本文对机制砂的石粉含量和亚甲蓝值对机制砂混凝土工作性能和强度的影响的阐述，希望为甘肃地区机制砂应用从石粉含量和亚加蓝值控制提供参考。