石粉对混凝土性能影响的试验研究.docx

石粉对混凝土性能影响的试验研究陈卓利（广西大都混凝土有限公司，广西 南宁 530031） 摘 要：在相同的水胶比条件下，石粉在一定替代率范围内等量替代部分天然砂，考察不同的石粉替代率下混凝土的工作性能和力学性能，以找出石粉替代部分天然砂的最佳替代率。 关键词：天然砂 石粉 坍落度 工作性能 力学性能 0 前言天然砂是由自然条件作用而形成的，粒径在5mm以下的岩石颗粒。按其产源不同，可分为河砂、海砂和山砂。由于海砂其氯离子含量对钢筋有害，故在钢筋混凝土中不使用海砂；而山砂一是产量不大，另外山砂处理不好容易含泥量超标；河砂是混凝土的主要用砂。南宁市预拌混凝土的主要用砂是邕江河的天然砂。人工砂又称为机制砂，是指岩石经除土开采、机械破碎、筛分而成的，公称粒径小于5mm的岩石颗粒。石粉是指石灰岩碎石加工场筛分出来的石屑，属人工砂的范畴,但由于石粉是碎石厂的边角废料，粉状颗粒含量偏多，其中公称粒径小于80m的颗粒含量达12.5%，其含量远远超出人工砂粉状颗粒含量7%的指标。随着广西南宁经济建设的快速发展，城市建设也在快速推进，基础设施和房地产开发建设方兴未艾，其直接带来了建筑材料用量的急剧增加，作为主要建筑材料之一的预拌混凝土，这几年其年需求量在南宁市也是快速增长，从2003年的不到100万方增长至2006年的400万方左右，预计南宁市的预拌混凝土年需求量还要继续大幅增长；南宁市建筑用砂主要以邕江天然砂为主，由于近年来对邕江河天然砂的过度采捞，邕江河天然砂资源已日益缺乏。目前南宁市天然砂资源短缺的矛盾突出，而从区内的红水河、左右江、钦州江等地购砂，运输成本太高，并且各地天然砂的质量相差较大，不利于统一使用。为解决砂资源短缺问题，人工砂的利用将是缓解天然砂短缺矛盾的有效途径之一。使用石粉替代混凝土中的天然砂的研究，已有不少单位及技术人员做过相关试验和探索。但以往的试验都是完全以石粉作为混凝土的细集料，由于石粉的粉状颗粒含量过大，混凝土的需水量较大、工作性较差、强度下降，故石粉一直无法作为细集料在混凝土中得到利用。笔者设想若能掺用石粉替代部分天然砂作为混凝土的细集料，而又不降低混凝土的各项性能，则可以在一定程度上解决天然砂紧张局面并可以降低混凝土的材料成本，同时可以解决石粉对环境的污染。目前按预拌混凝土的生产技术，在生产过程中可以准确地按一定比例掺用部分石粉等量替代天然砂，只要能试验研究出一个合理的替代率，石粉将会得到有效利用。为此笔者选用碎石加工场筛分出来的石粉进行了大量试验研究工作，试验结果证明，碎石加工场筛分出来的石粉替代部分天然砂其替代率在一定范围内是有利于改善混凝土各项性能的，现笔者把有关石粉替代部分天然砂后对混凝土性能的影响的试验研究情况总结出来以供读者参考。1 试验用原材料11水泥本试验选用广西南宁华宏PO42.5水泥，其主要性能指标见表1。表1 水泥主要的物理力学性能细度（%）标准稠度用水量（%）安定性凝结时间（h:min）(h:min)抗压强度（Mpa）（MPa）抗折强度（Mpa）（MPa）初凝终凝3d28d3d28d1.129.6合格2:152:4028.355.66.19.112粉煤灰本试验选用广西来宾电厂生产的级粉煤灰，其主要的技术性能指标见表2。表2 粉煤灰主要的技术性能指标细度需水量比含水量烧失量活性指数三氧化硫含量(%)(%)(%)(%)(%)(%)156990.4276571502813天然砂及石粉本试验选用的天然砂为广西南宁邕江河中砂，石粉采用从碎石场筛分出来的石灰岩石屑。其主要品质指标见表3。表3中砂主要品质指标种类细度模数表观密度含泥量泥块含量石粉含量（kg/m3）(%)(%)（%）天然砂272600040.0石粉3226500.012513天然砂及石粉 本试验选用的天然砂为广西南宁邕江河中砂，石粉采用从碎石场筛分出来的石灰岩石屑。其主要品质指标见表3。表3中砂主要品质指标种类细度模数表观密度含泥量泥块含量石粉含量（kg/m3）(%)(%)（%）天然砂272600040.0石粉3226500.012514石本试验选用连续级配5315mm的广西南宁邕江河卵石。其主要品质指标见表4。表4卵石主要品质指标类别表观密度针片状含量压碎指标含泥量泥块含量（kg/m3）(%)(%)(%)(%)类26002.011.0120115外加剂本试验使用能博AF-CA聚羧酸系缓凝高效减水剂，其主要性能指标见表5。表5 AF-CA聚羧酸系引气型缓凝高效减水剂主要的技术性能指标生产厂家密度（g/ml）PH值固含量减水率（%）南宁能博建材有限责任公司1.0147.210.020.016水本试验用水为洁净自来水。2 试验 21技术路线试验研究在相同的水胶比条件下，石粉分别以10%、20%、30%、40%、50%和60%的替代率等量替代天然砂，考察不同的石粉替代率下混凝土的工作性能和力学性能，以找出石粉替代部分天然砂的最佳替代率。22配合比试验所用的配合比见表6。表6 相同水胶比条件下各石粉替代率的配合比试验编号水泥砂总量天然砂石粉石水粉煤灰AF-CA石粉替代率Kg/m3%A0-1290730730 0 1142170607.50A1-1290730657 73 1142170607.510A2-1290730584 146 1142170607.520A3-1290730511 219 1142170607.530A4-1290730438 292 1142170607.540A5-1290730365 365 1142170607.550A6-1290730292 438 1142170607.5603 试验结果试验结果见表7。表7 相同水胶比条件下各石粉替代率配合比的试验结果试验编号坍落度(mm)和易性抗压强度(MPa)0min60min3d7d28dA0-1205190一般14.1 22.8 41.1 A1-1205190好15.8 24.4 42.3 A2-1205190好17.4 25.7 43.5 A3-1200190很好18.9 26.7 43.8 A4-1175155一般19.5 27.3 43.8 A5-1145115差19.9 27.6 42.8 A6-111570差20.3 27.7 41.5 41石粉替代率对混凝土工作性能的影响 由图1可以看出，使用石粉的混凝土，当石粉替代率小于30%时，混凝土的初始坍落度与基准混凝土基本保持一致，60min的坍落度损失也保持一致。同时，在30%的替代率范围内，在坍落度经时损失量方面， 60min的坍落度损失量不大于15 mm。而从和易性目测结果来看，在石粉替代率小于30%时随着石粉替代率的增大，混凝土的和易性也在逐步变好，混凝土的泵送性更佳。而当石粉替代率大于30%时，混凝土的初始坍落度迅速下降，并且随着替代率的增大，60min的坍落度损失量也在增大。石粉与天然砂相比，由于存在较多的粉状颗粒含量， 其在混凝土中以惰性微粉颗粒的形式存在，相当于增大了混凝土中的胶凝材料；这种胶凝材料虽不具有水化活性，但其在新拌混凝土中起到相当于滚珠作用，当其在一定范围内替代天然砂时能够增加混凝土的流动性，使混凝土的和易性得到明显改善。但因为石粉是由石灰岩经机械破碎、筛分制成， 其颗粒表面粗糙、棱角突出，并且石屑颗粒内部微裂纹较多、空隙大，因此当石粉替代率较大时，石粉以上的缺点将显露出来，同时较大的替代率将会更大程度地增加单方混凝土中粉状颗粒含量，这些都会极大地增加了混凝土细集料的总比表面积，从而增加混凝土单位立方米需水量，导致混凝土的工作性能下降。42石粉替代率对混凝土力学性能的影响由图2的曲线图可以看出，随着石粉替代率的增大，混凝土的早期抗压强度逐步提高，3d抗压强度的提高较为显著；7d抗压强度与3d相比较为平缓；而28d抗压强度在石粉替代率不超过40%时稍高于基准混凝土，在替代率超过40%后28d抗压强度开始出现下降。试验结果表明，增大石粉替代率可以有效地提高混凝土的早期抗压强度，当石粉替代率小于40%的范围时，混凝土3d、7d和28抗压强度均得到有效提高。由于石粉替代天然砂后引入较多的粉状颗粒含量，石粉中的粉状颗粒含量填充了混凝土内部的孔隙，提高混凝土内部密实程度，改善了混凝土的孔隙特征， 改善了骨料与水泥浆体之间的界面结构，从而提高了混凝土的抗压强度。但当石粉替代率较大时，由于石粉中粉状颗粒含量含量太高，致使细集料中的粗颗粒偏少，颗粒级配变得不合理，减弱了混凝土的骨架支撑作用；因此，当石粉替代率超过40%后而进一步增大时，混凝土28天抗压强度开始下降。5 结论（1）石粉在0%30%范围内等量替代天然砂时混凝土的初始坍落度与基准混凝土基本保持一致，60min的坍落度损失量也保持一致，混凝土