石粉含量对C45凝灰岩机制砂混凝土性能的影响要素探索

石粉含量对C45凝灰岩机制砂混凝土性能的影响要素探索

成聪慧

（黑龙江省北安市兴垦工程设计有限公司，黑龙江省 北安市，164000）

摘  要：采用多种试验对C45凝灰岩机制砂混凝土性能受石粉含量的影响进行分析，根据结果初步探讨了石粉含量对C45凝灰岩机制砂混凝土性能的影响要素。

关键词：石粉含量；混凝土性能；影响要素

1. 前言

因与天然砂相比，机制砂存在不具有规则粒形、较高石粉含量、不合理级配等特点，在一定程度上限制了机制砂混凝土广泛应用。石粉是指机制砂中不足0.075毫米粒径的颗粒，国内外目前对石粉含量有很多研究，但存在争议之处。一些学者的观点是在一定范围内石粉含量促进对 MSC工作性、抗压强度的作用，石粉含量有最佳值。但一些学者观点是增大石粉含量将造成降低MSC工作性和抗压强度。有关研究结果显示，在渗透性能方面MSC 抗氯离子强度等级不同受石粉含量有不同影响，在渗透性能方面，中低强度MSC抗氯离子受石粉的影响较大，高强MSC基本不受影响。很多研究结果显示，MSC受不同岩性机制砂石粉的影响存在差异，凝灰岩石粉和石灰岩石粉与其他岩性石粉相比，在胶砂强度贡献率方面更高一些。凝灰岩石粉存在活性，与天然砂混凝土以相比，凝灰岩MSC力学性能更优。石粉含量目前影响MSC性能的相关研究还有待于完善，很多研究受石灰岩、花岗岩机制的限制，对凝灰岩 MSC缺乏较为系统的研究。所以，本研究在C45混凝土配制方面应用不同石粉含量的凝灰岩机制砂，对C45凝灰岩受石粉含量的影响因素进行较为系统地研究，并比较NSC，提出C45凝灰岩MSC 的石粉含量推荐值。

2. 实验

2.1 原材料

采用水泥、C类粉煤灰、粗集料等按照参配比例，细集料分为天然砂和机制砂两种，机制砂园区生产的凝灰岩机制砂，采用0.075毫米筛孔筛分试验用凝灰岩机制砂得到凝灰岩石粉。

2.2 试验配合比

凝灰岩机制砂应用凝灰岩石粉等质量进行取代，制备石粉含量不同的凝灰岩机制砂，研究C45 凝灰岩MSC性能受到石粉含量的影响，并对混凝土配合比进行确定。

2.3 试验方法

根据《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》、美国AASHTOTP119测试混凝土工作性，其规定试验为振动凯氏球体试验或Vkellytest，此方法基于美国ASTM C360—92凯氏球体贯入试验仪器，将振动设备加入，采用凯氏球体贯入深度、振动凯氏系数等指标描述混凝土的静态、动态工作性。静态测试主要是采用双手对凯氏球体向混凝土表面下降进行控制，再松手，自由下落的凯氏球体向混凝土贯入，对其深度详细记录。动态测试主要是凯氏球体保持贯入相同位置，将振动器开动，受振动棒的振动作用，凯氏球体向混凝土持续贯入，自振动器开动至不超过36秒，每隔6秒对贯入深度记录一次，最后线性拟合六组贯入深度，结果表明该拟合直线的斜率也就是振动凯氏系数，重复测试上述过程三次。

根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》测试混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度及静压弹性模量。

3. 结果与讨论

3.1 工作性

混凝土坍落度受石粉含量的影响，随石粉不断提高含量，石粉5%含量时MSC达到115毫米最大的坍落度，石粉含量由5%增至先增后减13%时，坍落度降幅高达47.8%。主要是因适量石粉使浆体增加含量，机制砂弥补了粒形不足，拌合物改善了工作性，但由于石粉比表面积远大于机制砂，过量的石粉提高了固体的总比表面积，加大了浆体需水量，造成MSC拌合物坍落度降低较快。本研究中机制砂与天然砂级配不存在明显差异，但天然砂棱角性比机制砂明显小一些，所以，NSC拌合物比MSC的坍落度大。

国内外目前对MSC的工作性大部分采用坍落度试验进行评价，但结果有争议，考虑到实际工程中MSC采用振动或振捣方式提供拌合物流动性，确保施工特点，所以因此有必要采用振动凯氏球体试验研究石粉，对拌合物工作性及其在振动下工作性变化情况受含量的影响。随着石粉含量的提高，MSC 拌合物的凯氏球体贯入深度逐渐减小，表明拌合物稠度不断提高，与坍落度试验粘聚性变化规律基本相同。这是由于石粉含量的增加使浆体稠度增加，粘聚性随之提高。因此，可利用凯氏球体贯入深度定量描述石粉含量对 MSC 拌合物粘聚性的影响情况。振动凯氏系数可描述振动或振捣下混凝土拌合物的工作性变化，越大的振动凯氏系数，表明振动棒振动影响下凯氏球体加快向混凝土贯入，混凝土拌合物对振动的敏感性更高，振捣下工作性测试运行越明显的变化。

因石粉浆体润滑作用使MSC降低的集料内摩阻力，振动下减小凯氏球体向混凝土贯入的阻力，导致振动下混凝土拌合物的工作性增大变化幅度，所以，增大振动凯氏系数大，但当石粉含量过高时，拌合物过于黏稠，振动对拌合物工作性起到的作用减小，振动凯氏系数减小，拌合物对振动的敏感程度降低。

3.2 力学性能

石粉含量影响混凝土抗压强度的程度，增大随着石粉含量，MSC在不同时间节点的抗压强度变化规律不存在明显差异，先增后减，在石粉5%含量时处于峰值状态。石粉影响MSC的强度分为正、负效应，其填充作用使集料与水泥浆体的界面过渡区得到改善。晶核作用对于铝酸三钙和硅酸三钙早期水化有一定促进作用，使强度明显提高，上述作用属于强度正效应。过量增加石粉，将对骨料的最紧密堆积，降低混凝土强度，这就是石粉强度负效应。正效应高于负效应时，石粉能够使MSC增大强度。相反，降低MSC强度，石粉不足7%含量时，MSC的28天抗压强度比NSC大一些。主要是因相对于天然砂而言，机制砂具有较大的棱角性，粗糙表面，MSC集料间及水泥与细集料间具有更大粘结强度。机制砂比天然砂的压碎率小，适量石粉具有更大的MSC 抗压强度。混凝土劈裂抗拉强度受石粉含量的影响，随着不断提高石粉含量，MSC劈裂抗拉强度先升后降，石粉7%含量时处于峰值，以上分析中MSC抗压强度和静压弹性模量都在石粉7%含量时达到峰值，表明石粉有更促进劈裂抗拉强度的作用。

4. 结语

    综上所述，在振动或振捣时，若对C45凝灰岩MSC拌合物的工作性变化有要求，对石粉含量适宜混凝土工作性的研究中不只是对坍落度综合考虑，还要考虑振动凯氏系数对石粉含量的影响。对石粉含量控制在5—7%之间，使 C45凝灰岩MSC拌合物与C45 NSC的坍落度接近，并使C45凝灰岩MSC的振动凯氏系数比C45NSC大。随着提高石粉含量，C45凝灰岩影响要素先增后减。

参考文献：

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作者简介：

成聪慧（1989-），男，汉族，黑龙江五大连池人，硕士研究生学历，研究方向：混凝土性能。