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随着天然砂的日益匮乏，机制砂在混凝土中的应用越来越广泛，机制砂代替天然砂在混凝土中使用将成为必然的趋势。本文着重研究了机制砂混凝土中不同砂率、不同石粉含量对混凝土性能的影响，总结出相关规律，实现对机制砂的更好的利用。

01
 

机制砂的特点及石粉的作用机理

 

 

机制砂的特点

01

（1）表面粗糙、棱角多。

（2）细度模数大，颗粒级配集中，通过0.315mm筛孔的颗粒在8%~13%之间。

（3）孔隙率大。

石粉的作用机理

02

（1）微集料填充作用。石粉颗粒很小，在混凝土中可起微集料作用，充填到微小的孔隙中，同时参与水化反应，物理充填和水化反应产物充填共同作用，比惰性微集料单纯的物理充填效果更好，使混凝土更加密实，从而提高了混凝土的强度。

（2）保水增稠作用。一方面石粉可以吸收混凝土中的用水，在一定程度上增加混凝土的单位立方米用水量，随着石粉含量提高，混凝土的黏度不断增大，有效降低了混凝土拌合物离析和泌水的风险；另一方面，在混凝土硬化过程中，石粉会释放其吸收的水分，用于补偿混凝土后期水化用水，从而减少了混凝土的收缩。

 

02

原材料及试验方法

 

 

原材料

01

（1）水泥：春驰P.O42.5R；

（2）细集料：花岗岩加工的机制砂（II级砂、细度模数为3.6、石粉含量9.6％）；

（3）粗集料：5~31.5mm的连续粒级的花岗岩碎石；

（4）石粉：机制砂生产过程中产生的石粉；

（5）外加剂：聚羧酸Point-400S减水剂，含固量13.6％，减水率20％；

（6）自来水。

实验方法

02

混凝土拌合物性能依据GB/T50080《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》的规定进行，混凝土抗压强度依据GB/T50081《普通混凝土力学性能试验方法标准》的规定进行。

 

03

试验结果与分析

 

 

实验配合比

以C30机制砂泵送混凝土为研究对象，主要研究了机制砂砂率、石粉含量对混凝 土工作性和强度的影响，C30混凝土基准配合比见表1。

表1 C30基准配合比

水泥

/kg

水

/kg

细集料

/kg

粗集料

/kg

砂率

/%

外加剂

/kg

335

175

701

1097

39

6.22

自配机制砂对混凝土性能的影响

利用实际生产的机制砂配制出符合国家标准的II级砂（细度模数为2.8，级配与天然砂相同），分别以38%、39%、40%、41%、42%、43%的砂率配制混凝土，然后进行混凝土拌合物性能和抗压强度试验，试验结果如下表:

砂率

/%

初始坍落度/mm

1h后坍落度/mm

7d强度

/Mpa

28d强度

/Mpa

粘聚性

38

185

150

29.9

42.5

一般，不泌水

39

170

150

30.6

43.8

一般，不泌水

40

175

145

31.5

44.2

一般，不泌水

41

170

145

32.8

46.7

一般，不泌水

42

160

135

33.9

47.5

一般，不泌水

43

165

130

32.0

46

一般，不泌水

由表中可以看出，在同样的颗粒级配下，采用自配机制砂配制的混凝土，其工作性较之天然砂配制的混凝土差一些，分析应是机制砂的颗粒表面粗糙，棱角较多从而导致混凝土的工作性能差于天然砂，从泵送要求来看，还要采取其他措施来改善机制砂的流动性；从强度上看，机制砂混凝土的强度较之天然砂有所提高，分析同样是机制砂的特点，提高了其与胶凝材料的结合度从而为其混凝土强度作贡献。因而综合考虑，在设计机制砂泵送混凝土的配合比时，水灰比将有所增加，其砂率也有所提高，根据具体使用机制砂的情况，砂率选定在40%~42%比较合理。

实际生产的机制砂对混凝土性能的影响

利用实际生产的机制砂，分别以38%、39%、40%、41%、42%、43%的砂率配制混凝土，然后进行混凝土拌合物性能和抗压强度试验，试验结果如下表:

砂率

/%

初始坍落度/mm

1h后坍落度/mm

7d强度

/Mpa

28d强度

/Mpa

粘聚性

38

175

150

28.1

39.9

差，少量泌水

39

170

150

29.5

41.3

差，少量泌水

40

180

155

29.5

42.5

一般，不泌水

41

155

135

30.3

46.2

一般，不泌水

42

165

135

31.5

45.7

一般，不泌水

43

160

130

30.1

44.8

好，不泌水

从表中可以看出，相比自配机制砂，采用实际生产的机制砂，其混凝土的工作性能有所下降，其石粉在混凝土发挥了吸水作用，同时机制砂的颗粒级配较为集中，导致混凝土易产生离析泌水，同样因为实际生产的机制砂颗粒集中不连续，导致混凝土中空隙没有得到有效填充，从而导致混凝土的密实度有所降低，混凝土强度低于自配机制砂强度。

不同石粉含量对混凝土性能的影响

分别采用6%、8%、10%、12%、14%、16%、18%的石粉含量配制混凝土，然后进行混凝土拌合物性能和抗压强度试验，试验结果如下表:

石粉含量

/%

初始坍落度/mm

1h后坍落度/mm

7d强度

/Mpa

28d强度

/Mpa

粘聚性

6

180

165

30.4

38.8

一般，不泌水

8

185

150

32.3

40.4

一般，不泌水

10

175

150

34.2

43.5

好，不泌水

12

170

140

33.6

44.5

好，不泌水

14

180

145

35.8

47.1

好，不泌水

16

170

135

33.9

48.8

好，不泌水

18

165

120

32.8

45.3

好，不泌水

从表上表中可以看出，随着石粉含量的增加，混凝土的粘聚性有所改善，石粉含量超过一定范围后，混凝土的坍落度呈减少趋势，将不利于混凝土的泵送施工，分析应为石粉吸水作用导致初始阶段水分没有得到有效的利用；在一定范围内随着石粉含量的增加，其混凝土强度逐渐增加，分析应为混凝土中的石粉发挥了作用，在混凝土的硬化过程中，石粉发挥了微集料填充的作用，填充密实了混凝土空隙，提高了混凝土密实度，石粉的保水作用也为混凝土水化反应提供了保证进而提高混凝土强度。综上所述，机制砂泵送混凝土中石粉含量在10%~14%内是适宜的。

 

04

结论及建议

 

 

（1）采用机制砂配制泵送混凝土，因机制砂颗粒表面粗糙、棱角多，石粉含量较多，可以和胶凝材料更好地结合，有利于混凝土强度的提高，但机制砂的这些特点又极大地降低了混凝土的流动性，导致可泵性降低，因而在生产使用中还需采用其他的技术措施来改善混凝土的工作性能，以利于施工的进行。施工过程中应开展有效性的浇筑施工监督，保障施工水平和效率。

（2）在机制砂的生产中，应严格控制砂的颗粒级配，机制砂的细度模数不宜大于3.2，颗粒级配应符合建筑用砂标准的II区的要求。

（3）机制砂用于泵送混凝土，若要达到良好的工作性必须含有一定数量的石粉，石粉含量在10%~14%是适宜的。