与天然砂相比,机制砂不仅级配较差,细度模数偏大、表面粗糙、颗粒尖锐有棱角,而且还含有一定数量的粒径小于75μm的石粉。机制砂原砂的石粉含量高达10%—20%,而国家标准GB/T14684—2001《建筑用砂》规定C30及以下混凝土用机制砂的石粉含量不宜超过7%,但根据使用地区和用途,在试验验证的基础上,允许供需双方协商确定机制砂中的石粉含量。目前,国内有人针对混凝土的不同性能探讨了机制砂中的石粉极限含量,如李兴贵通过对混凝土力学性能和干缩性能的试验研究得出,机制砂中的石粉更优含量为16%左右;吴明威以中低强度机制砂混凝土为研究对象,通过对混凝土工作性能、力学性能、碳化、干缩及抗渗性能等影响的对比分析,得出机制砂中的石粉含量应不大于10%;路文典研究了高石粉含量对常态机制砂混凝土性能影响的研究,得出采用石粉含量20%的人工砂可配制出C20—C30、抗渗等级S8、抗冻等级D150以上的常态混凝土;宋少民等通过对中低强度机制砂混凝土和易性和强度的研究,得出机制砂中的石粉含量控制在9%—12%左右较合适。国外一些国家混凝土用机制砂石粉含量的限值高达10%以上,如印度为15%—20%、英国为15%、法国为12%—18%等。这说明在混凝土使用之前,有必要结合具体的原材料和混凝土的用途,在试验验证的基础上,确定机制砂中的更佳石粉含量和石粉含量的限值。
固定水灰比为0.50,用水量为175 kg/m3,砂率为42%,减水剂的掺量为水泥质量的0.9%。通过石粉等质量取代机制砂调节机制砂的石粉含量,对比石灰岩机制砂的石粉含量对混凝土坍落度、抗压强度、水压力抗渗性能和氯离子扩散系数的影响。
随着机制砂石粉含量的增加,混凝土的坍落度先是增加,后又减小。在石粉含量10%时,混凝土的坍落度更大;石粉含量在7%—15%之间时,混凝土的坍落度相差不大,即从石粉含量对混凝土坍落度的影响来看,机制砂的石粉含量可由7%放宽到10%,甚至15%。一开始,随着机制砂石粉含量的增加,混凝土的坍落度的增加,是由于石粉增加了浆体的质量;当达到更大值时,石粉含量继续增加,减小了水粉比且增大了集料的比表面积,使石粉和水泥表面层的水膜变薄,限制了浆体的自由的移动,从而使混凝土的坍落度逐渐变小。石粉含量对抗压强度的影响随着石粉含量的增加,混凝土的7 d和28 d的抗压强度均是先变大,后又减小,在石粉含量为10%时,达到更大值。其中,在石粉含量为7%—15%之间时,混凝土的抗压强度相差1—2 MPa,即相差不大,这说明从抗压强度来看,机制砂的石粉含量可放宽到10%—15%。在起初,石粉可以起微集料的作用,填充集料之间以及集料与水泥浆之间的空隙,从而提高混凝土的密实性;同时使水粉比减小,从而提高混凝土拌和物稳定性,故混凝土的抗压强度呈现变大的趋势。但随着石粉含量的继续增加,由于石粉增大的集料的比表面积,但水泥浆的数量有限,从而降低了水泥浆的包裹能力,使混凝土的抗压强度强度呈现下降的趋势。石粉含量对混凝土水压力抗渗和氯离子扩散系数影响的规律一致,即均是先增加,后又减小,且和混凝土抗压强度的变化规律一致,即均在石粉含量10%时,混凝土的抗渗性能更好,在石粉含量7%—15%之间时,相差不大。即混凝土抗渗试验结果也表明,石粉含量可由7%放宽到10%甚至15%。
通过机制砂的石粉含量对抗渗性能影响的试验结果也说明,适量的石粉增大了混凝土的密实性,且降低了水粉比,减小了混凝土离析、泌水的可能性,提高了混凝土拌和物的稳定性,从而提高硬化后混凝土的整体性能。
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