机制砂石粉含量对混凝土性能影响的研究

2020-08-12岳丽莎

散装水泥 2020年3期

岳丽莎

（鹤壁职业技术学院，河南鹤壁 458030）

1 前言

目前，我国很多地区可用于混凝土制作的天然砂资源已接近枯竭，导致天然砂的价格持续增长，引发了一系列不良后果，如乱采、乱挖、毁田、毁河等现象。对此，我国出台了针对天然砂禁采和限采的规定。在这种情况下，为了满足工程建设市场对混凝土的需求，机制砂应运而生。探讨机制砂石粉含量对混凝土性能的影响具有积极意义。

2 机制砂中石粉含量对混凝土工作性能的影响

目前，世界各国对机制砂中石粉含量限值的规定体现普遍的差异性。在我国，根据2002年颁布的《建筑用砂》规定，C30、C60等各个强度级别的混凝土石粉含量最高限值为7%、3%等。探讨机制砂中石粉含量对混凝土性能的影响，可以服务于工程作业，精准把握石粉的最佳用量，获得性能优越的混凝土，同时，降低生产成本和能耗，减少环境污染。为了考察机制砂中石粉含量对混凝土性能的影响，特别设计了一个实验项目，采用石粉含量处于0%～20%的砂配置C30、C40和C60混凝土，并对其工作性能、力学性能、耐久性能进行分析，如表1所示。

表1 3个强度等级混凝土的配合比设计

混凝土的工作性能包括流动性、黏聚性和保水性，对硬化混凝土性能有着显著影响。在实验过程中，分别对石粉含量为3%、7%、10%、15%、20%情况下C30、C40和C60三个强度等级混凝土的坍落度、黏聚性和保水性的具体情况进行了测试。

根据测试结果，当石粉含量处于10%以下时，C30强度等级混凝土的坍落度会随着石粉含量的增加而增加；超出10%以后，坍落度则会随着石粉含量的增加而减小。分析后得知，石粉的应用可以在一定程度上弥补混凝土中浆体材料的不足，能够弥补机制砂棱角过多、表面粗糙的问题；当含量超出15%之后，混凝土的坍落度下降幅度减缓，因石粉含量过多使总粉体量增加，需水量也会增高，导致浆体稠度提升，强化混凝土的黏聚性；在石粉含量为20%时，混凝土的黏聚性达到最佳。混凝土拌合物的泌水性会随着石粉含量的增加得到改善，当含量为15%，基本上不会出现泌水现象。

C40强度等级的混凝土工作性能随机制砂中石粉含量的变动规律与C30强度等级的混凝土类似，但在含量超出10%之后，随着含量的增加，坍落度的下降幅度相较于C30混凝土较缓，原因在于C40所使用的胶凝材料量更多。在黏聚性方面，随着石粉含量的增加，C40混凝土的黏聚性获得明显提高，离析泌水现象得到改善。但若石粉含量超出20%，会导致拌合物过黏，影响施工作业。

对于C60等级强度的混凝土，其坍落度达到最大时所对应的石粉含量为5%左右，其余规律与C30、C40基本类似。在5%以内，坍落度会随着石粉含量增加而增加；超过5%，坍落度则会随着石粉含量增加而降低。但在黏聚性方面，即使石粉含量不高，C60混凝土也具有良好的黏聚性，不会出现泌水或离析现象。而在石粉含量很高的情况下，C60混凝土成型效果受到的影响也相对更小。因此，为了保障C60混凝土的工作性能，其机制砂中石粉含量最好控制在8%以内。

3 机制砂中石粉含量对混凝土力学性能的影响

混凝土的力学性能包括抗压、抗拉、抗弯、抗剪等部分，由于在现代工程建设中混凝土主要应用于承受压力，因此，对抗压性能的要求最为严格。抗压性能可以对混凝土其他方面性能的优劣作出判断。因此，在本次研究中仅选取抗压性能进行测试考察。

实验中分别选择特定的时间点，对不同石粉含量下机制砂制作的C30、C40、C60强度等级混凝土抗压强度进行了检测。根据结果显示，C30混凝土的抗压强度会随着机制砂石粉含量的增加而增强，石粉含量为3%时抗压强度最低，20%时抗压强度最高。通过分析可知，石粉之所以能提高混凝土的抗压强度，原因在于石粉含量的增加会使混凝土中粉体材料总量增长，相应的体量也会增长，如此就可以更好地增加包括集料、砂与浆体之间的黏接强度，增强抗压性能。而且，适量的石粉可以有效弥补机制砂存在的棱角性突出、表面粗糙等问题，提高砂的堆积密度，获得良好的填充效应，同样有利于提升混凝土抗压强度。

结合C40强度等级的机制砂混凝土不同龄期的抗压强度值变动情况来看，其中7d龄期的混凝土，当石粉含量为10%时，混凝土的抗压强度最高；在10%以内，其强度会随着石粉含量的增加而提高；超出10%后，石粉含量越高，混凝土抗压强度反而越低。而28d龄期的混凝土在机制砂中石粉含量为15%时强度最高；在15%以内，石粉含量越高，抗压强度也就越高。在C40混凝土中，石粉所发挥的作用机制与在C30混凝土中是相同的，值得一提的是，石粉颗粒可对混凝土存在的空隙进行填充，提高界面过渡区的密度，增强其强度；当石粉含量超过15%时，C40混凝土的抗压强度会随着含量的增加呈现下降趋势，原因在于石粉含量过多会导致粉体材料超量，而多余的石粉并不能发挥填充作用，反而会因过量堆积破坏混凝土的堆积结构，造成强度下降。

对于C60强度等级的机制砂混凝土，当石粉含量为8%时，其抗压强度最高；在8%以内，石粉含量越高，混凝土抗压强度越高；超出8%以后，抗压强度同样会随着石粉含量增加而降低。这说明当石粉含量较低时，可对混凝土的抗压性能起到强化效果，但若是过多，则会破坏混凝土的堆积结构。由于C60混凝土所使用的胶凝材料多于C40，因此，在机制砂石粉含量相同的情况下，C60中堆积的石粉更多。

4 机制砂中石粉含量对混凝土耐久性能的影响

4.1 机制砂中石粉含量对混凝土收缩性能的影响

机制砂中石粉含量对混凝土的主要收缩性能——干燥收缩的影响主要体现在两个方面：一是石粉含量的增加会使混凝土浆体总量出现增长，加大混凝土的收缩。二是机制砂中石粉可以填充混凝土孔隙，提高其结构密实度，抑制干燥收缩的发生。结合不同强度等级混凝土在不同龄期的干燥收缩率变动数据来看，C30混凝土在不同石粉含量下1d的干燥收缩率基本相同，但随着时间的推移，不同石粉含量下干燥收缩率的差异性也就越大，其中石粉含量为10%时，机制砂混凝土的干缩率最大；在10%以内，石粉含量的增加会导致干缩率的增大；而在10%以上，石粉含量的增加同样会使干缩率增大。

对于C40混凝土，其整体干缩率要高于C30混凝土，原因在于其体量更大。当石粉含量为7%时，C40混凝土的干缩率最高；含量超过10%以后，C40混凝土的干缩率则会随着石粉含量的增加而减小。此外，石粉含量的增加会使C40混凝土的1d干缩率增长。

基于不同石粉含量下C60混凝土的干缩率测试结果来看，其干缩率随石粉含量的变动受到龄期的影响，不同龄期下干缩率的变化规律存在差异性。随着石粉含量的增加，C60混凝土的1d和3d干缩率会出现增长，而随着时间推移，混凝土的干缩率则会发生变化。当石粉含量为8%时，后面龄期混凝土的干缩率最高；在8%以内，石粉含量越高，干缩率越大；超出8%，石粉含量越高，干缩率越小。

4.2 机制砂中石粉含量对混凝土早期抗裂的影响

机制砂中的石粉含量越高，混凝土的粉体总量也就越高，需水量越大，相应的浆体总量也会增加，这些对混凝土早期抗裂均会产生负面影响。结合实验数据来看，三种强度等级的混凝土所产生的裂缝均会随着机制砂中石粉含量的增加而增加。在条件不变的情况下，通过三种强度等级混凝土失水量随时间变化的规律来看，混凝土的开裂情况与失水量之间存在紧密联系。失水量越大，混凝土出现裂缝的宽度越大。而石粉含量越高，混凝土的失水量也就越大。混凝土的早期抗裂和水分向外迁移的速率相关，当水分向外迁移不及时，使水分不足以补充外部散失的水分时，就会出现裂缝。因此，水分向外迁移速率越小，出现裂缝的风险越高，且时间越早宽度越大。