考虑石粉作为胶凝材料的碾压混凝土气泡参数研究

摘要：作为评价混凝土抗冻性的参数之一，混凝土气泡间距系数越来越受到重视。在混凝土气泡参数的测定中，浆体的体积含量是一个重要的计算参数。由于碾压工艺的需要，通常碾压混凝土的细骨料含有较多的石粉。石粉是否作为浆体材料对于碾压混凝土的气泡参数测定有直接影响。当考虑80μm石粉或160μm石粉作为浆体材料时，计算出的气泡参数将变大。建议采用气泡间距系数分析评价碾压混凝土抗冻性时考虑石粉含量的影响。

关键词：碾压混凝土 石粉含量 气泡参数

0 概述

　　碾压混凝土筑坝是近几十年发展起来的一项新型建坝技术。随着北方严寒地区水电建设的发展，要求碾压混凝土具有高抗冻的性能。大量研究表明，引入微小气泡是提高混凝土抗冻性能的有效方法。作为评价混凝土抗冻性的参数之一，混凝土气泡间距系数越来越受到重视。在混凝土气泡参数的测定中，浆体的体积含量是一个重要的计算参数。

由于碾压工艺的需要，通常碾压混凝土的细骨料含有较多的石粉。石粉是否作为浆体材料对于碾压混凝土的气泡参数测定有直接影响。

从字面意义看，石粉是指岩石粉末。在混凝土研究中，石粉有两种含义，一是指诸如石灰石、凝灰岩、沸石等磨制的细粉，另外还指细骨料中粒径小于0.16mm的部分。不同国家对石粉的定义也有差别。在我国，石粉被定义为人工砂中粒径小于0.16mm的细颗粒，在其他国家，如美国、巴西，石粉被定义为骨料中含有的通过200号筛的细颗粒。[]1

石粉在混凝土中已经有了广泛的应用。我国的国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》允许在水泥中掺入石灰石粉作为非活性掺合料；在混凝土中，石粉也经常作为惰性填充材料改善混凝土的和易性。在碾压混凝土中，石粉常常通过砂中石粉和单独掺入石粉两种方法进入碾压混凝土，所起的作用被认为是代砂或代水泥。例如：普定、岩滩、江垭、汾河二库、白石、黄丹等水电工程中，均采用了石粉取代部分细骨料；龙滩、漫湾、大朝山、小湾等水电工程中，采用了石粉作为掺合料取代部分水泥[,]23。石粉的岩性主要有石灰岩、火山灰岩、大理岩、花岗岩、辉绿岩、凝灰岩等。

虽然针对石粉在混凝土中的具体应用，对于石粉的作用和性质界定不同，但是这些应用中采用的石粉性质都是类同的。也就是说，代细骨料进入混凝土的石粉和代水泥进入混凝土的石粉其实都一样，只是人为定义的区别。

一般认为用于碾压混凝土的石粉有以下几种类型：1、粒径小于160μm，这些石粉通常以细骨料的形式进入碾压混凝土，在细骨料中占8%～22%；2、粒径小于80μm，这些石粉约占细骨料中石粉含量的50%；3、粒径小于45μm，这些石粉通常是单独磨细作为掺合料进入碾压混凝土。

本文选择了六组碾压混凝土配合比进行对比分析，研究考虑不同粒级石粉作为浆体材料对碾压混凝土气泡间距系数的影响。

1 用于对比分析的配合比

进行对比分析的混凝土配合比见表 1所示。

所用的细骨料有3种：①天然砂，②花岗岩人工砂，③大理岩人工砂。表 2中列出了三种细骨料的石粉含量，可以看出，天然砂中的石粉含量较低且80μm以下细石粉比例小，约占20%，随着人工砂石粉含量提高，80μm以下的细粉比例也从约37.5%提高到约53.8%。

2 考虑石粉作为浆体成分的净浆含量

　　既然石粉在混凝土中，尤其是碾压混凝土中可以作为掺合料，那么石粉就可以作为浆体成分。因此，笔者考虑将80μm石粉甚至160μm石粉作为浆体，由此计算碾压混凝土中的浆体含量并作为参数计算气泡间距系数。

首先需要计算净浆含量，计算结果见表 3。从表中可以看出，考虑石粉作为浆体成分而计算出的净浆含量得到了提高。不考虑石粉作为浆体成分时，净浆含量为18.0%～22.9%；考虑80μm石粉作为浆体成分时，净浆含量为19.3%～26.3%；考虑160μm石粉作为浆体成分时，净浆含量为21.4%～28.8%。

图 1显示了不考虑石粉、考虑80μm石粉、考虑160μm石粉三种方案计算的净浆含量增大幅度。可以看出，采用石粉含量为15.8%的三级配一组不论考虑哪种粒级的石粉都对净浆含量影响较大，而其它几组考虑160μm石粉时变化较大，只考虑80μm石粉时变化很小。

3 考虑石粉作为浆体成分的气泡间距系数

采用《水工混凝土试验规程》中的直线导线法对硬化混凝土的气泡参数进行测定和分析。在加工好的切片观测面上标注间隔相等的测试导线，采用体视显微镜沿导线观测导线所切割的气泡弦长和气泡个数，以此推算混凝土中的空气含量和气孔间距系数。

直线导线法的原理是在固体中取任意直线，某一组分在此直线上所截取的线段长度总和，与此直线全长的比值，即为该组分在此固体中的体积含量。对于混凝土来说，各种尺寸的封闭气泡便是其中的组分之一。导线截取的气泡弦长总和与导线全长的比值就是混凝土中气泡的体积含量。

根据前述考虑80μm石粉或者160μm石粉作为浆体成分计算得出的浆体含量重新计算混凝土的气泡间距系数见表 4。

从表 4和图 2的对比结果可以看出，三组二级配碾压混凝土的气泡间距系数在0.285～0.369，考虑80μm石粉作为浆体使气泡间距系数增大约0.9%～3.2%，考虑160μm石粉作为浆体使气泡间距系数增大约6.0%～12.5%，三组三级配碾压混凝土的气泡间距系数在0.672～0.980，考虑80μm石粉作为浆体使气泡间距系数增大约3.1%～14.9%，考虑160μm石粉作为浆体使气泡间距系数增大约15.6%～25.8%。

4 结语

　　本文分析了碾压混凝土中石粉的一般来源和出现形式，指出已经有石粉被作为胶凝材料的实例；

碾压混凝土的浆体含量作为气泡间距系数计算的重要参数，当考虑80μm石粉或者160μm石粉作为浆体成分时，浆体含量增加3%～26%，细骨料中石粉含量越高增加越多；

考虑石粉作为浆体成分计算出的气泡间距系数二级配碾压混凝土增加了0.9%～12.5%，三级配碾压混凝土增加了3.1%～25.8%，影响显著；

建议采用气泡间距系数对碾压混凝土的抗冻性进行分析评价时考虑石粉含量的影响，尤其注意80μm石粉。

参考文献

　　[1] 陈改新,姜荣梅.大掺量粉煤灰碾压混凝土浆体体系的优化研究[J].水力发电,2007,(4).

　　[2] 周云虎.龙滩大坝碾压混凝土用石粉替代部分粉煤灰的研究[J].水力发电,1996,(6):51-53.

　　[3] 陆采荣.大朝山水电站碾压混凝土配合比优化试验研究[R].南京:南京水利科学研究院,1995.