关于机制砂中石粉作用的研究

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摘要：机制砂中石粉含量波动较大,对混凝土的性能影响显著,现场控制较为困难。本论文通过理论分析辅以部分试验，从不同的视角分析机制砂中石粉的具体作用，从而指导现场施工配合比的调整。

关键词：机制砂，石粉含量，理论分析，试验

0前言

由中交四航局承建的云桂铁路云南段三标段(DK407+070～DK473+300)全长64.571km，位于云南省广南县境内，线路经过莲城、旧莫、珠琳三个乡镇。铁路设计等级为双线Ⅰ级，路段旅客列车最高行车速度200km/h预留250km/h，标段内共有50个区间路基段，全长15.228公里；桥梁26座，全长10.93公里；隧道22座，全长38.413公里；预制箱梁249榀。混凝土设计强度等级C20~C50，结构实体用混凝土均为高性能混凝土，局部路基加固处理采用强度大于15MPa的CFG桩。

本标段处于滇桂交界地带，线路行走于云贵高原与广西盆地间的斜坡地带，即两大地貌单元的过渡区，沿线地形起伏剧烈，属典型的山岭重丘区，交通运输极不发达，沿线河砂严重匮乏。该地区岩石以质地坚硬的石灰岩为主，考虑到工程任务中隧道所占比例较大，可充分利用隧道开挖后的石渣，为便于施工管理，降低成本，除预制梁外均采用机制砂拌制混凝土。自2010年5月进场后，对当地采用石灰岩生产的机制砂进行检测，石粉含量普遍较高，细度模数较大，具体检测结果见表1。

表1 广南县部分石场机制砂抽样检测结果

注:细度模数测试参见JGJ52-2006表3.1.2-2

1试验材料及试验方法

1.1试验材料

试验用原材料与实际工程混凝土一致，水泥为云南兴建水泥公司生产的兴建牌P.O42.5水泥，其物理性能见表2。

　　表2兴建P.O42.5型水泥物理性能

机制砂采用表1中2号石场生产的细度模数为3.2，石粉含量12.6%的粗砂。对于机制砂进行试验室处理，试验成型时仅使用其中的石粉，具体方法为：

机制砂烘干后直接采用行标筛，在振筛机上定时筛分5min，套筛依次为10.0mm，5.00mm，2.50mm，1.25mm，0.63mm，0.315mm，0.160mm，0.080mm，将通过0.080mm方孔筛的石粉收集密封保存后备用，干筛石粉制样完成。

采用上述行标套筛和同一石场相同的机制砂，制取水洗后石粉。先将机制砂浸泡6h后，在套筛上使用大量水冲洗，收集所有通过0.080mm方孔筛的石粉料浆，沉淀6小时后去除上层清水，然后烘干至恒重。采用木棍在托盘内将烘干后结块的石粉碾碎，过0.080mm方孔筛，并对未能通过的石粉团块重复用木棍碾碎，过筛，直至全部通过。收集上述通过0.080mm方孔筛的粉料，再次过筛混匀，密封保存后备用，水洗石粉制样完成。

1.2试验方法

依照国家标准GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》在实验室配制砂浆，砂采用ISO标准砂。对于机制砂中的石粉通过干筛和水洗两种方式提取，烘干打散后将这部分未经粉磨而粒径小于0.08mm的石粉视为混合材，按照5%，10%，13%，17%，23%的比例加入到水泥中成型试件，标准养护3天后测试其抗折和抗压强度。

2试验结果及分析

2.1掺入石粉后物理力学性能的变化

小于0.08mm的石粉，虽然没有经过粉磨，但具有矿物掺合料的一般特性。例如，细度与水泥相近，作为一种非活性材料即使没有参与水泥水化，同时也不考虑存在二次水化和改善界面，但由于这些石粉微粒本身都具有较高的强度，其在水泥石中可起到骨架作用，不同比例的石粉掺入后，并未大幅度降低早期强度。对于石粉的掺入，早期主要体现出微集料效应，通过干筛和水洗两种不同方法制备的石粉对力学性能的影响见图1和图2。干筛后获得的石粉似乎体现出更高一点的“活性”，推测与水洗后石粉新生成的表面由于吸附等原因导致表面能下降有关。

图1机制砂石粉含量胶砂抗折强度(3d)的影响

图2机制砂石粉含量胶砂抗压强度(3d)的影响

2.2石粉作为矿物外加剂的掺入形式

如果将石粉视为水泥以外的矿物外加剂，计入胶凝材料总量，其掺入形式可能为等量取代、等强取代和超量取代。