机制砂石粉含量对水泥混凝土的影响研究

机制砂石粉含量对水泥混凝土的影响研究

曹佳

中国水利水电第九工程局有限公司，贵州省贵阳市，550008

摘要：随着我国工程建设的快速发展，在施工过程中水泥混凝土是施工常用的施工材料。本文针对通过原材料准备、试验设计等步骤，就机制砂石粉含量对水泥混凝土的影响进行具体分析。通过分析可知，当机制砂中的石粉掺量约为20%时，可有效地提高水泥混凝土的强度，当机制砂中的石粉掺量过多时，会引起强度的负面影响。在高强度混凝土中，石粉掺入率对其影响较大，对其不利影响也较大。在具体施工中须结合实际合理配制水泥混凝土，便于施工顺利进行。

关键词：机制砂石粉；含量；水泥混凝土；影响

引言

随着城市化进程的发展，建筑行业发展步伐明显加快，显著增加了建筑用砂的需求量，不可再生的天然砂资源已逐渐枯竭，加上国家环保政策的出台，不允许开采天然砂，导致现有的天然砂产量已经不能满足工程建设的需求，机制砂替代天然砂是必然的趋势。然而，在机制砂生产过程中必然会产生石粉，如何有效控制机制砂石粉含量对提高混凝土性能具有很强的实用价值。

1原材料

为制备高强水泥先确定所需原材料，文中采用P.O42.5R水泥，该水泥细度为7.8%，氯离子含量为0.017%，不溶物含量为3.51%。粉煤灰，等级为I级，烧失量为0.81%，细度为5.68%，需水量为91%。采用粗、细两种级配的集料进行水泥制备，其中粗集料为石灰石碎石，其级配为5～20mm和20～40mm。细集料为机制砂石粉，主要分为两个类别，即I类和Ⅱ级。此外所使用的原材料还有聚羧酸减水剂，减水率为25%。

2试验设计

在上述内容的基础上，对试验步骤进行设计，根据本次试验目的，分别制备C30、C35和C40水泥混凝土，将其作为本次试验的研究对象。将C30、C35和C40这3种强度的水泥混凝土制备中，机制砂石粉含量作为控制变量，设置每种强度混凝土中机制砂石粉含量：15%、20%和25%，同时，在对应强度的混凝土下，设置1个机制砂石粉掺入量为0的组别，将此组别作为对照组。根据机制砂石粉的不同掺入量，制备水泥混凝土试验块，试验块的长度×宽度×高度为150mm×150mm×150mm，将制备完成的水泥混凝土块按照标准分别养护3天、7天和28天。对达到设计龄期的试验块进行试验，试验中，使用压力机测试，进行试验块强度的检测，通过此种方式，观察并记录试验块是否发生裂缝或裂缝的发育情况，从而得到试验块的强度值。

3机制砂石粉含量对水泥混凝土的影响分析

3.1原料数据

对试验中使用的机制砂进行筛分，并将筛分数据以及细度模数等参数记录。从机制砂筛分数据及细度模数记录表中内容可以看出，此次试验所选择的机制砂的细度模数为2.94。记录的当前对机制砂细度模数与水泥混凝土工作性能的影响研究成果，进行具体分析，当机制砂细度模数≤2.7时，随着细度模数增加，坍落度和坍落扩展度都逐渐递增；当机制砂细度模数大于2.7时，随着细度模数增加，坍落度和坍落扩展度均呈现逐渐递减的变化趋势，流动性、保水性和黏聚性都逐渐变差。结合内容对上述机制砂筛分数据及细度模数记录进行分析得出，试验中所选择的机制砂细度模数大于2.7，小于3.0，具备良好的流动性、保水性和黏聚性，有利于工程施工。同时，对水泥混凝土的抗压强度等力学性能进行分析，所选择机制砂能够使水泥混凝土达到最佳状态。综上所述，所选择的机制砂基本性能指标良好，对于后续压力试验及对试验结果均能够提供更有利的保障条件。

3.2压力试验与试验数据分析

针对所选择的试验试块，对其进行压力试验，试块在压力测试过程中共经历了4个阶段，分别为试块起压初始阶段、试块出现裂缝阶段、试块上裂缝进一步发展阶段、试块被压碎阶段。在此基础上记录试块被压碎时的强度数值，并得到在不同强度条件下试块的抗压数值.结合表中记录的内容可以看出，在掺入不同的石粉量中，掺入量为20%前后对比分别形成了正效应和负效应，随着石粉掺入量减少，混凝土的强度呈现先减少后增加的趋势，而20%石粉掺入量可以作为1个临界点，在该临界点上水泥混凝土试块的抗压强度最高。结合上述结果，对强度等级为C30的水泥混凝土试块进行横向比较，探究不同石粉掺入量条件下水泥混凝土试块的抗压强度变化。对强度等级为C35的水泥混凝土试块进行横向比较，探究不同石粉掺入量条件下，水泥混凝土试块的抗压强度变化。趋势基本相同。对强度等级为C30的水泥混凝土试块进行横向比较，探究不同石粉掺入量条件下，水泥混凝土试块的抗压强度变化。与石粉掺入量为0的对照组相比，当石粉用量约为15%时，其强度显著低于空白对照，但随着石粉用量增加，其强度会逐渐提高，当石粉用量为20%时，其强度与空白对照基本相同，当石粉用量大于20%时，会产生不利影响，使其强度显著降低。造成这种负面效果的原因如下：当石粉含量过高时，将会破坏混凝土中紧密的堆积结构，严重影响了混凝土的强度。分析上述试验结果产生的具体原因，可以从以下2个方面来解释：从前人的试验结果来看，采用机制砂时，填充密实度最高；研究中所用机制砂细度模数为2.9，密实度好，且加入适量石粉，可使机制砂微孔充填，使其密实度更高，使初期流动性更好；同时，由于水泥浆硬化，使过渡界面处的密实度更高，因此可提高其强度，进而得知，后期抗渗性及耐久性也将得到显著提升。另一方面，石粉还能在水泥水化反应中产生“成核”效果，取代水泥、矿粉等胶体物质作为“成核”，从而使水泥中的活性物质能够充分参与到水化反应中，在水化反应初期促进C-S-H凝胶和氢氧化钙的生成，促进水泥水化反应进行，提高水泥水化反应初期的强度。

结束语

现有的研究成果大多基于定性角度分析混凝土的生产、制备与作用。虽然已有一些技术人员提出了优化水泥混凝土制备的策略，但是大多数是粗略的、原则性的，缺乏定量成果作为支撑。同时，对于混凝土强度等问题，也有一些学者进行论述，但都是浅尝辄止，没有进行更深层次的探索。对水泥混凝土生产制备的过程中，机制砂中石粉含量的临界值（最优值）进行研究，得到以下2个结论：（1）在机制砂中，当石粉掺量约为20%时，可有效地提高水泥混凝土的强度，但过多时，会导致强度的负面影响。（2）高强混凝土对石粉掺入量的变化表现更明显，同时负效应也更明显。通过本次研究，认证了“适当石粉有助于优化混凝土工作性能”的结论，本次研究的成果，可以用于指导混凝土企业与工厂的生产作业。但要对此方案在相关领域内进一步推广应用，还将持续对这方面内容进行研究，采用此种方式提高混凝土施工企业的经济效益，进而保证水泥混凝土施工项目的质量。

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