關于機制砂中石粉作用的研究

摘要：機制砂中石粉含量波動較大,對混凝土的性能影響顯著,現(xiàn)場控制較為困難。本論文通過理論分析輔以部分試驗，從不同的視角分析機制砂中石粉的具體作用，從而指導現(xiàn)場施工配合比的調整。

關鍵詞：機制砂，石粉含量，理論分析，試驗

0前言

由中交四航局承建的云桂鐵路云南段三標段(DK407+070～DK473+300)全長64.571km，位于云南省廣南縣境內，線路經(jīng)過蓮城、舊莫、珠琳三個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。鐵路設計等級為雙線Ⅰ級，路段旅客列車最高行車速度200km/h預留250km/h，標段內共有50個區(qū)間路基段，全長15.228公里；橋梁26座，全長10.93公里；隧道22座，全長38.413公里；預制箱梁249榀?；炷猎O計強度等級C20~C50，結構實體用混凝土均為高性能混凝土，局部路基加固處理采用強度大于15MPa的CFG樁。

本標段處于滇桂交界地帶，線路行走于云貴高原與廣西盆地間的斜坡地帶，即兩大地貌單元的過渡區(qū)，沿線地形起伏劇烈，屬典型的山嶺重丘區(qū)，交通運輸極不發(fā)達，沿線河砂嚴重匱乏。該地區(qū)巖石以質地堅硬的石灰?guī)r為主，考慮到工程任務中隧道所占比例較大，可充分利用隧道開挖后的石渣，為便于施工管理，降低成本，除預制梁外均采用機制砂拌制混凝土。自2010年5月進場后，對當?shù)夭捎檬規(guī)r生產(chǎn)的機制砂進行檢測，石粉含量普遍較高，細度模數(shù)較大，具體檢測結果見表1。

表1 廣南縣部分石場機制砂抽樣檢測結果

注:細度模數(shù)測試參見JGJ52-2006表3.1.2-2

1試驗材料及試驗方法

1.1試驗材料

試驗用原材料與實際工程混凝土一致，水泥為云南興建水泥公司生產(chǎn)的興建牌P.O42.5水泥，其物理性能見表2。

　　表2興建P.O42.5型水泥物理性能

機制砂采用表1中2號石場生產(chǎn)的細度模數(shù)為3.2，石粉含量12.6%的粗砂。對于機制砂進行試驗室處理，試驗成型時僅使用其中的石粉，具體方法為：

機制砂烘干后直接采用行標篩，在振篩機上定時篩分5min，套篩依次為10.0mm，5.00mm，2.50mm，1.25mm，0.63mm，0.315mm，0.160mm，0.080mm，將通過0.080mm方孔篩的石粉收集密封保存后備用，干篩石粉制樣完成。

采用上述行標套篩和同一石場相同的機制砂，制取水洗后石粉。先將機制砂浸泡6h后，在套篩上使用大量水沖洗，收集所有通過0.080mm方孔篩的石粉料漿，沉淀6小時后去除上層清水，然后烘干至恒重。采用木棍在托盤內將烘干后結塊的石粉碾碎，過0.080mm方孔篩，并對未能通過的石粉團塊重復用木棍碾碎，過篩，直至全部通過。收集上述通過0.080mm方孔篩的粉料，再次過篩混勻，密封保存后備用，水洗石粉制樣完成。

1.2試驗方法

依照國家標準GB/T17671-1999《水泥膠砂強度檢驗方法》在實驗室配制砂漿，砂采用ISO標準砂。對于機制砂中的石粉通過干篩和水洗兩種方式提取，烘干打散后將這部分未經(jīng)粉磨而粒徑小于0.08mm的石粉視為混合材，按照5%，10%，13%，17%，23%的比例加入到水泥中成型試件，標準養(yǎng)護3天后測試其抗折和抗壓強度。

2試驗結果及分析

2.1摻入石粉后物理力學性能的變化

小于0.08mm的石粉，雖然沒有經(jīng)過粉磨，但具有礦物摻合料的一般特性。例如，細度與水泥相近，作為一種非活性材料即使沒有參與水泥水化，同時也不考慮存在二次水化和改善界面，但由于這些石粉微粒本身都具有較高的強度，其在水泥石中可起到骨架作用，不同比例的石粉摻入后，并未大幅度降低早期強度。對于石粉的摻入，早期主要體現(xiàn)出微集料效應，通過干篩和水洗兩種不同方法制備的石粉對力學性能的影響見圖1和圖2。干篩后獲得的石粉似乎體現(xiàn)出更高一點的“活性”，推測與水洗后石粉新生成的表面由于吸附等原因導致表面能下降有關。

圖1機制砂石粉含量膠砂抗折強度(3d)的影響

圖2機制砂石粉含量膠砂抗壓強度(3d)的影響

2.2石粉作為礦物外加劑的摻入形式

如果將石粉視為水泥以外的礦物外加劑，計入膠凝材料總量，其摻入形式可能為等量取代、等強取代和超量取代。