石灰岩机制砂混凝土的石粉适宜含量研究

丁 浩

(中铁十八局集团第四工程有限公司，天津市 300350)

随着我国基本建设的日益发展，混凝土用砂需求量急增，现有天然砂资源难以保证我国基础设施建设。天然砂是一种地方性资源，分布很不均匀，短时间内不可再生，也不适宜长距离运输。以甘肃省榆中迎宾大酒店建设项目施工为研究，该项目位于甘肃省兰州市榆中县，天然砂资源紧缺，省内还有很多地方已经开始禁采或限采天然砂，这样工程用砂供需矛盾日益突出，导致砂的价格越来越高，甚至无天然砂可用，影响了工程建设的进展。机制砂是岩石经除土开采、机械破碎、筛分制成的，粒径在4.75 mm以下的岩石颗粒。机制砂与天然砂在粒形、级配和表面特性上明显不同，机制砂颗粒表面粗糙、尖锐多棱角，细度模数大，级配不良，最明显的区别是机制砂在生产过程中产生大量粒径小于0.075 mm的石粉颗粒，约占机制砂总量的10%～20%。机制砂中小于0.075 mm的颗粒与河砂中小于0.075 mm的颗粒性质完全不同。河砂中的被称作泥粉，泥粉对混凝土的工作性、体积稳定性和耐久性都有不利的影响，但机制砂中的细小颗粒则被称为石粉，石粉与泥粉对混凝土性能的影响完全不同[1]。因此对机制砂中石粉的研究也成为机制砂混凝土性能研究的重点。

目前国家标准《建设用砂》GB/T14684—2011中规定石粉含量限值为10%[2]，建工行业标准《普通混凝土用砂、石质量标准及检验方法》JGJ52—2006中[3]，根据混凝土强度等级不同规定石粉含量限值为5%～10%，贵州地方标准《山砂混凝土技术规程》DBJ 22—016—95根据混凝土强度等级不同规定[4]石粉含量限值为10%～20%。实际研究表明，不同岩性的石粉对混凝土性能的影响不尽相同，不同岩性机制砂的石粉最佳含量范围不同，其中石灰石岩性的石粉对混凝土诸多方面性能改善较大，近年来，由中国建筑科学研究院主编的国家标准《石灰石粉混凝土》GB/T 30190—2013，行业标准《石灰石粉在混凝土中应用技术规程》JGJ/T 318—2014均已颁布。本文针对石灰岩性的机制砂，在不同水胶比下，或不同强度等级下，研究不同石粉含量对混凝土性能的影响规律，以期获得适宜的石粉含量范围。

1 试验原材料

(1)水泥 采用42.5级普通硅酸盐水泥，主要性能指标(见表1)。

(2)石灰岩机制砂 采用石灰石岩性的水洗机制砂，级配属于Ⅱ区中砂，主要物理性能指标(见表2)。

表1 水泥的主要性能指标

表2 机制砂的主要性能指标

(3)石灰岩石粉

将石灰岩机制砂经过75 μm筛进行筛析，筛出来的石粉按《石灰石粉在混凝土中应用技术规程》JGJ/T 318—2014，其主要性能指标(见表3)，将石粉与机制砂进行复掺，配出不同石粉含量的机制砂。

(4)粉煤灰 采用Ⅱ级粉煤灰，主要性能指标(见表4)。

表3 石灰岩石粉的主要性能指标

表4 粉煤灰的物理性能

(5)碎石 采用5～25 mm连续级配的石灰岩碎石，压碎值12.4%，针片状含量为5.3%。

(6)减水剂 采用聚羧酸系高性能减水剂。

2 结果与分析

本次试验水胶比分别选用0.35、0.40、0.45、0.50、0.55、0.60。机制砂中石粉含量分别为5%、7%、10%、15%、20%、25%。经过试拌调整后的配合比(见表5)。

对表5中的混凝土配合比进行混凝土工作性能和力学性能试验，工作性能主要包括坍落度和扩展度，并对工作性能进行描述，同时进行7 d和28 d抗压强度试验，具体试验结果(见表6)。

表5 不同石粉含量机制砂混凝土配合比

(续表)

表6 不同石粉含量机制砂混凝土的工作性及强度

表6中混凝土的工作性能数据表明，在同一水胶比下，随着石粉含量的变化，混凝土的工作性随之变化。石粉含量过少时，混凝土容易离析、泌水；石粉含量过大时，混凝土较为干稠，流动性不佳；当石粉含量在最佳适宜范围时，混凝土工作性才处于最佳的状态。不同水胶比的混凝土石粉适宜含量范围不同，低水胶比的石粉适宜含量较低，高水胶比的的石粉适宜含量较高。

根据表6结果，绘制每个水胶比下的石粉含量与强度关系(见图1—6)。

图1 0.35水胶比下石粉含量与抗压强度关系

图2 0.40水胶比下石粉含量与抗压强度关系

图3 0.45水胶比下石粉含量与抗压强度关系

图4 0.50水胶比下石粉含量与抗压强度关系

图5 0.55水胶比下石粉含量与抗压强度关系

图6 0.60水胶比下石粉含量与抗压强度关系

图1—6表明，0.35水胶比下，石灰岩机制砂的石粉适宜含量为7%；0.40水胶比下，石灰岩机制砂的石粉适宜含量为10%；0.45水胶比下，石灰岩机制砂的石粉适宜含量为15%；0.50水胶比下，石灰岩机制砂的石粉适宜含量为20%；0.55和0.60水胶比下，石灰岩机制砂的石粉适宜含量可达25%及以上。不同水胶比的石灰岩机制砂混凝土石粉适宜含量不同，低水胶比的石粉适宜含量较低，高水胶比的石粉适宜含量较高[5]。

3 结 论

(1)在同一水胶比下，当机制砂石粉含量过少时，混凝土容易离析、泌水；石粉含量过大时，混凝土较为干稠，流动性不佳；当石粉含量在最佳适宜范围时，混凝土工作性才处于最佳的状态[6]。

(2)在同一水胶比下，当机制砂石粉含量最佳时，混凝土强度最高，石粉含量过低或过高，混凝土强度均会降低[7]。

(3)0.35水胶比下，石灰岩机制砂的石粉适宜含量宜为7%左右；0.40水胶比下，石灰岩机制砂的石粉含量宜为10%左右；0.45水胶比下，石灰岩机制砂的石粉含量宜为15%左右；0.50水胶比下，石灰岩机制砂的石粉含量宜为20%左右；0.55和0.60水胶比下，石灰岩机制砂的石粉含量可达25%及以上。

(4)机制砂混凝土中的适宜石粉含量跟水胶比或混凝土强度等级存在相关性，不同水胶比的混凝土石粉适宜含量范围不同，低水胶比或高强度混凝土的石粉适宜含量较低，高水胶比或低强度混凝土的石粉适宜含量较高[8]。由于石灰岩机制砂中的

石灰石粉的自身性质，其石粉适宜含量可根据不同水胶比或不同强度等级进行确定，在高水胶下，可以突破标准规范限值进行确定。