論機(jī)制砂中石粉含量對水泥混凝土工作性及強(qiáng)度的影響

何玉柒

（安徽省高速公路試驗(yàn)檢測科研中心有限公司 安徽省合肥市 230061）

1 機(jī)制砂的定義

按照交通運(yùn)輸部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路工程水泥混凝土用機(jī)制砂》（JT/T819-2011），機(jī)制砂的定義為：機(jī)制砂是指經(jīng)除土處理，由機(jī)械破碎，篩分制成的粒徑小于4.75mm的巖石顆粒，但不包含軟質(zhì)巖石，風(fēng)化巖石的顆粒。

2 機(jī)制砂的石粉含量嚴(yán)重制約了機(jī)制砂的推廣應(yīng)用

機(jī)制砂中的石粉，指的是粒徑小于0.075mm的顆粒，交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路工程水泥混凝土用機(jī)制砂》（JT/T819-2011）中明確了用于配制各等級混凝土用機(jī)制砂的石粉含量技術(shù)要求。但是在實(shí)際工程中，機(jī)制砂推廣應(yīng)用困難重重，究其原因是多方面的，其中工程技術(shù)人員對石粉在機(jī)制砂混凝土中作用研究不夠和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對機(jī)制砂中的石粉含量限制過嚴(yán)無疑是其中最重要的原因之一，如交通運(yùn)輸部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路工程水泥混凝土用機(jī)制砂》（JT/T819-2011）規(guī)定強(qiáng)度等級小于C30、C30～C60、大于C60的混凝土用機(jī)制砂中的石粉含量限值分別為10%、7%、5%，與國外標(biāo)準(zhǔn)相比過于嚴(yán)格，嚴(yán)重地制約了機(jī)制砂的應(yīng)用。這主要體現(xiàn)在以下三方面：

（1）石粉含量要求過高增加了制砂的成本。通常，未經(jīng)除塵的機(jī)制砂石粉含量一般大于10%以上，高者達(dá)到20%左右，而標(biāo)準(zhǔn)中對石粉含量要求分別要達(dá)到10%、7%、5%以下，如果要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，則需要將大部分除掉除掉，機(jī)制砂的有效產(chǎn)量會(huì)大幅降低，同時(shí)，處理粉塵也需要耗費(fèi)資金。

（2）除粉過程不僅需要消耗大量資源，也對周邊環(huán)境造成破壞。目前，機(jī)制砂除粉工藝一般采用水洗或旋風(fēng)除塵，前者需要耗費(fèi)大量的水資源，后者容易對環(huán)境造成污染。

（3）對機(jī)制砂的石粉含量要求過于嚴(yán)格，會(huì)破壞了機(jī)制砂的自然級配，導(dǎo)致混凝土工作性差。機(jī)制砂中適量石粉的存在有利于改善機(jī)制砂的堆積密度和混凝土的和易性，相反石粉含量過低還容易造成混凝土離析、泌水。值得指出的是，洗砂過程不僅是洗去了有用的石粉，還有部分0.075mm的以上的顆粒也被除去，導(dǎo)致機(jī)制砂的級配不良，從而使配制的混凝土和易性更差。

因此，為了保護(hù)自然和生態(tài)環(huán)境，加速機(jī)制砂的推廣應(yīng)用，有必要對機(jī)制砂中的石粉特性和作用機(jī)理進(jìn)行深入研究和探討，并通過試驗(yàn)確定配置不同強(qiáng)度等級的水泥混凝土用機(jī)制砂最適宜的石粉含量。

3 機(jī)制砂中石粉的特性與作用機(jī)理

機(jī)制砂中石粉，其粒徑雖小于0.075mm，但機(jī)制砂中石粉與天然砂中的泥粉完全不同，機(jī)制砂中石粉的顆粒形貌、細(xì)度與水泥接近，比表面積較小；機(jī)制砂中石粉不包含粘土、頁巖、有機(jī)物等有害成分，較為潔凈，性能穩(wěn)定；而天然砂中的泥粉往往包含粘土、甚至有機(jī)物等有害成分，這些物質(zhì)比表面積大，具有膨脹性，性能較差且不穩(wěn)定。

判斷機(jī)制砂中的石粉質(zhì)量可以通過MB亞甲藍(lán)試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)，試驗(yàn)會(huì)發(fā)現(xiàn)石粉的亞甲藍(lán)值不會(huì)隨石粉含量的變化而變化；而天然砂中泥土亞甲藍(lán)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，亞甲藍(lán)MB值隨著泥粉含量增加而增加，相關(guān)性明顯。這說明機(jī)制砂中石粉，沒有膨脹性粘土，是非常潔凈的；而天然砂中泥粉含有膨脹性粘土，質(zhì)量較差，性能不穩(wěn)定。

機(jī)制砂中的石粉含量一般都超過10%，這個(gè)含量對大多數(shù)混凝土不會(huì)產(chǎn)生有害的影響。而天然砂中的泥粉對混凝土的強(qiáng)度、耐久性和體積穩(wěn)定性是有害的。石粉在機(jī)制砂混凝土中有增粘、潤滑、填充、晶核、水化增強(qiáng)等多種效應(yīng)。具體來說，石粉的作用體現(xiàn)在以下三方面：

（1）對于級配較差的機(jī)制砂，石粉能明顯地增加其堆積密度，從而改善其級配。

（2）石粉能促進(jìn)水泥混凝土水化誘導(dǎo)期和加速期的結(jié)束時(shí)間提前，并對水泥水化有增強(qiáng)作用。

（3）石粉在某種程度上能代替水泥的作用，使混凝土內(nèi)部孔徑得到一定程度的細(xì)化，能夠提高混凝土的綜合性能。

4 機(jī)制砂中石粉含量對水泥混凝土工作性能和強(qiáng)度影響

參照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55-2011）分別進(jìn)行C30和C50機(jī)制砂混凝土配合比設(shè)計(jì)，混凝土的配合比見表1，并按照不同的石粉含量對混凝土的工作性和強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見表2和表3。

表1 機(jī)制砂水泥混凝土配合比一覽表

表2 不同石粉含量的C30機(jī)制砂混凝土工作性和強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

從以上試驗(yàn)表明，對C30混凝土和C50混凝土，機(jī)制砂的最優(yōu)石粉含量是不同的。在一定的范圍內(nèi)，混凝土拌合物的工作性隨石粉含量的增大而而得到明顯改善，混凝土的28d標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度也能達(dá)到比較理想的狀態(tài)。當(dāng)然，石粉也并不是越多越好，對C30混凝土來說，最優(yōu)石粉含量為10～15%，對C50混凝土來說，最優(yōu)石粉含量為5～10%。

5 結(jié)束語

由于河砂的不可再生性和保護(hù)環(huán)境的需要，機(jī)制砂代替河砂將是未來一段時(shí)間水泥混凝土技術(shù)的研究和發(fā)展趨勢。本文通過對機(jī)制砂中的石粉特性和作用機(jī)理進(jìn)行深入探討，并通過試驗(yàn)確定不同強(qiáng)度等級的水泥混凝土用機(jī)制砂最適宜的石粉含量，建議在機(jī)制砂加工和使用過程中應(yīng)注意以下幾方面：

表3 不同石粉含量的C50機(jī)制砂混凝土工作性和強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

（1）機(jī)制砂的石粉含量對其使用性能影響較大，因此應(yīng)根據(jù)混凝土的標(biāo)號對機(jī)制砂的加工質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制。

（2）機(jī)制砂中石粉，其與天然砂中的泥粉完全不同，較為潔凈，性能穩(wěn)定，增加石粉，會(huì)改善混凝土的離析和泌水現(xiàn)象。因此機(jī)制砂的石粉含量并非越低越好；對于低標(biāo)號混凝土可適當(dāng)提高石粉含量如10～15%，對于高標(biāo)號混凝土，石粉含量應(yīng)取低值，如5～10%。

（3）為加速機(jī)制砂的推廣應(yīng)用，建議標(biāo)準(zhǔn)制定部門對機(jī)制砂中的石粉含量進(jìn)行充分的調(diào)研和研究，在確?；炷临|(zhì)量的前提下，適當(dāng)提高機(jī)制砂中的石粉含量標(biāo)準(zhǔn)。

[1《]公路工程水泥混凝土用機(jī)制砂》（JT/T819-2011）[S].中華人民共和國交通運(yùn)輸部.北京：人民交通出版社，2011.

[2]李鳳蘭，劉春杰，潘麗云，李長永.機(jī)制砂混凝土概論[M].北京：中國水利水電出版社，2014.

[3]李婷婷.機(jī)制砂在茶吉高速公路中的應(yīng)用研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2009.