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唐维前
泰州中海建材有限公司
【摘 要】随着混凝土行业的发展，采用机制砂代替河砂配制混凝土形势所需。本文简要概述了近几年关于石粉含量对机制砂混凝土工作性能、力学性能和耐久性能的影响的研究现状，指出了不同强度等级机制砂混凝土的最佳石粉含量不尽相同。
【关键词】石粉含量；机制砂混凝土；工作性能；力学性能
1 引言
随着我国基础设施建设的迅猛的发展，作为短时期内不可再生资源的天然砂，已经越来越无法满足未来持续工程建设的需要。随着混凝土技术发展、自然资源短缺与环境保护的需求等问题，采用机制砂全面替代天然砂已成为混凝土行业可持续发展的一种必然趋势。
机制砂是由岩石经除土处理，机械破碎、筛分制成的，粒径小于4.75mm的岩石颗粒，在生产过程中不可避免产生了10～15%左右的粒径小于0.075mm的石粉[1]。为了满足国标GB/T 14684-2011[2]规定的石粉含量的要求，在工程应用中往往通过水洗去除机制砂中的石粉，这不仅增加了机制砂的生产成本源、对环境不利，也破坏了机制砂的自然级配[3]。因此对机制砂中石粉的合理利用的研究逐渐成为了研究的重点，本文较为系统的介绍了有关石粉对机制砂混凝土拌合物性能、力学性能和耐久性性能影响的研究现状，以期为机制砂在工程应用中合理控制石粉含量提供理论参考。
2 机制砂中石粉含量对机制砂混凝土性能的影响
2.1 机制砂中的石粉对混凝土拌合物工作性的影响
众多的研究者关于机制砂中石粉对混凝土拌合物工作性的影响结论不一致。有些研究者认为：相比天然砂配制的混凝土，机制砂中的石粉能增加混凝土的需水量导致混凝土变得比较稠，和易性变差；另一些研究者认为：机制砂中石粉含量存在个最佳值的问题，超过最佳石粉含量这个度，石粉就对混凝土的拌合物产生不良影响。
宋金辉[4]认为石粉比表面积大，会增加需水量、降低坍落度；当石粉填充骨料间空隙，则起到润滑作用，不会增大需水量。适量的石粉能改善机制砂混凝土的保水性和粘聚性。
邱岳涛[5]用石粉按不同比例（0～20%）取代机制砂研究石粉用量对C25机制砂混凝土的工作性的影响。研究发现随着石粉含量的增加，混凝土的坍落度基本没受到影响，而扩展度呈下降趋势。混凝土的粘聚性和保水性随石粉含量的增加而逐步改善，石粉含量在10%的机制砂混凝土工作性能最好。刘小兵等[6]研究了不同石粉含量（0～25%）对C30机制砂混凝土拌合物性能的影响，实验表明石粉含量控制在10%～15%和易性最佳，石粉含量超过15%导致混凝土需水量增大，机制砂混凝土流动性显著降低。
范建锋等[7]研究了不同石粉含量对C30和C40机制砂混凝土的工作性能的影响。研究表明，对于中低强度机制砂混凝土，由于胶凝用量偏少，石粉的存在可以弥补粉料的不足，改善混凝土保水性，混凝土的泌水率随石粉含量的增加而降低。当石粉含量在7%～10%范围时，C30混凝土的工作性能最佳；当石粉含量在5%～7%时，C40混凝土工作性能最佳。张礼华等人[8]研究了在保持基础配合比不变情况下石粉含量对C30和C50机制砂混凝土的工作性能的影响规律。研究表明，对于C30混凝土，石粉含量小于7%时，石粉掺入在一定程度上可改善混凝土的工作性能，当石粉含量大于15%时，混凝土的坍落度损失较大。对于C50混凝土，当石粉含量在5%左右时，其工作性能明显改善。当石粉含量超过10%是，增加石粉含量对扩展度产生不利影响。中建商品混凝土成都有限公司[9]以C30、C40、C50和C60四个强度等级的混凝土为对象，研究了不同石粉含量对各强度等级混凝土的减少剂掺量、坍落度扩展度及损失的影响。研究表明，在保持水胶比和用水量不变情况下，随着石粉含量的增加，需要提高减水剂的掺量来保持混凝土工作性一致性；随着石粉含量的增加，混凝土的初始扩展度呈先增后降趋势。随着混凝土强度等级的增加，最佳石粉含量逐渐降低；机制砂石粉含量的增大会加快混凝土工作性的损失，且随着强度等级的增大，损失的效果越明显。
机制砂中石粉对机制砂混凝土的工作性影响主要在两方面，一方面，适量的石粉可以改善混凝土拌合物的粘聚性和保水性，有利于坍落度的改善；另一方面，在石粉含量较高的情况下，石粉的存在使粉体的总表面积增加，从而增加对自由水的吸附，减少了自由水的含量，不利于混凝土的工作性[10]。
2.2 机制砂中的石粉对混凝土力学性能的影响
邱岳涛[5]研究了石粉按不同比例（0～20%）取代机制砂研究石粉用量对C25机制砂混凝土的抗压强度的影响。研究表明由于石粉的微填充效应，增加了混凝土的密度度，石粉在一定程度可以明显提高混凝土的抗压强度。刘小兵等[6]研究表明，在同一配合比下添加不同石粉含量的条件下，当石粉含量小于20%时，混凝土的抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度随石粉含量的增加而增加，但石粉含量对混凝土的抗折强度的影响没有抗压强度那样明显。当石粉含量大于20%时，由于石粉含量太高破坏了混凝土中最密实堆积结构，致使混凝土强度现明显的降低趋势。
赵长军等人[11]认为机制砂中含少量石粉对混凝土各龄期抗压强度有所提高，弹性模量、抗拉强度、抗折强度等性能均略有提高，然而石粉含量超过一定值，混凝土各龄期抗压强度略有降低。石粉含量同样存在最佳值。
范建锋等人[7]研究表明，当石粉含量在7%～10%范围内，C30混凝土的抗压强度较高，当石粉含量在5%～7%范围时，C40混凝土的抗压强度较高。中建商品混凝土成都有限公司[9]研究表明，随着石粉含量的增加，混凝土的抗压强度先增后降，存在最佳值，石粉含量的最佳值随混凝土强度等级的增大而逐渐减小。
机制砂中的石粉在适量情况下可以对混凝土的力学性能产生积极作用，这与石粉的填充效应和活性效应有关。但石粉含量超过一定的限制时，就会产生负面影响，一方面过多的石粉会造成机制砂颗粒级配不合理，减弱了水泥浆与骨料之间的骨架作用，降低了混凝土的密实性；另一方面过多的石粉造成混凝土体系中的粉体材料过多，破坏了混凝土的紧密堆积结构，使混凝土的强度降低[9]。 2.2 机制砂中的石粉对混凝土耐久性的影响
邱岳涛[5]研究了石粉按不同比例（0～20%）取代机制砂研究石粉用量对C25机制砂混凝土的抗渗性及碳化深度的影响。发现当石粉用量为10%～15%时混凝土的抗水压抗渗性能最好，当石粉用量达到20%时抗渗性能急剧下降。随着石粉用量的增加，混凝土抗碳化能力稍有降低，但变化不明显。杨善顺[10]研究表明，随着随着石粉含量的增加，机制砂混凝土的抗渗性先增加后减小，存在一个最优值（12%），此时机制砂抗渗性能最好。
李兴贵[12]研究表明，石粉含量在12%以下时，机制砂混凝土的干燥收缩增大缓慢，石粉含量大于12%时，干缩率显著增大。刘小兵[6]认为混凝土短龄期的干燥收缩随石粉含量（0～25%）的增大而增大，而长龄期的干缩率在石粉含量10%～15%范围内有所减小，石粉含量超过15%干缩再次增大。当石粉含量在10%～15%时，混凝土的抗渗性能最好，当石粉含量超过15%时，抗渗性能急剧下降。张梓鑫等人[13]研究表明，相对于天然河砂混凝土，石粉机制砂混凝土在早期干燥收缩较大。当石粉含量为10%时，机制砂混凝土的收缩值最大。认为石粉含量较低时，机制砂起到骨架作用抑制收缩，当石粉含量较高时，混凝土浆体量增加，密实度更好，混凝土抵抗收缩能力变强。李北星等人[14]采用石粉含量在3.5%～14%的石灰岩机制砂配制C60高性能混凝土，对比天然配制的高性能混凝土，研究石粉含量对干燥收缩、弹性模量、徐变、抗氯离子渗透及抗冻性的影响。试验结果表明：当石粉含量在7%～10.5%的机制砂配制的高性能混凝土除徐变外，各项性能均优于天然配制的高性能混凝土。
李婷婷等人[15]研究表明，机制砂中石粉有利于提高低强度等级、胶凝材料较少的混凝土的抗渗性，但对于高强度等级的机制砂混凝土的作用则不明显。对于C30低强等级机制砂混凝土，石粉显著改善其氯离子抗渗性能，石粉的最佳值在10%～15%范围内；石粉对C60和C80高强机制砂混凝土的氯离子抗渗作用影响则不是很明显。机制砂中石粉对机制砂混凝土的抗渗性能的影响可归于以下几个方面，对于低强等级混凝土胶凝材料，由于石粉含量增加，丰富了混凝土的浆体量，填充了部分空隙，增强了密实度，从而提高了混凝土的抗渗性；对于高强度混凝土本来胶凝材料较高，自身之间能够相互填充，混凝土毛细孔较少，石粉的增加对其影响不大[16]。
3 结论与展望
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【摘 要】随着混凝土行业的发展，采用机制砂代替河砂配制混凝土形势所需。本文简要概述了近几年关于石粉含量对机制砂混凝土工作性能、力学性能和耐久性能的影响的研究现状，指出了不同强度等级机制砂混凝土的最佳石粉含量不尽相同。
【关键词】石粉含量；机制砂混凝土；工作性能；力学性能
1 引言
随着我国基础设施建设的迅猛的发展，作为短时期内不可再生资源的天然砂，已经越来越无法满足未来持续工程建设的需要。随着混凝土技术发展、自然资源短缺与环境保护的需求等问题，采用机制砂全面替代天然砂已成为混凝土行业可持续发展的一种必然趋势。
机制砂是由岩石经除土处理，机械破碎、筛分制成的，粒径小于4.75mm的岩石颗粒，在生产过程中不可避免产生了10～15%左右的粒径小于0.075mm的石粉[1]。为了满足国标GB/T 14684-2011[2]规定的石粉含量的要求，在工程应用中往往通过水洗去除机制砂中的石粉，这不仅增加了机制砂的生产成本源、对环境不利，也破坏了机制砂的自然级配[3]。因此对机制砂中石粉的合理利用的研究逐渐成为了研究的重点，本文较为系统的介绍了有关石粉对机制砂混凝土拌合物性能、力学性能和耐久性性能影响的研究现状，以期为机制砂在工程应用中合理控制石粉含量提供理论参考。
2 机制砂中石粉含量对机制砂混凝土性能的影响
2.1 机制砂中的石粉对混凝土拌合物工作性的影响
众多的研究者关于机制砂中石粉对混凝土拌合物工作性的影响结论不一致。有些研究者认为：相比天然砂配制的混凝土，机制砂中的石粉能增加混凝土的需水量导致混凝土变得比较稠，和易性变差；另一些研究者认为：机制砂中石粉含量存在个最佳值的问题，超过最佳石粉含量这个度，石粉就对混凝土的拌合物产生不良影响。
宋金辉[4]认为石粉比表面积大，会增加需水量、降低坍落度；当石粉填充骨料间空隙，则起到润滑作用，不会增大需水量。适量的石粉能改善机制砂混凝土的保水性和粘聚性。
邱岳涛[5]用石粉按不同比例（0～20%）取代机制砂研究石粉用量对C25机制砂混凝土的工作性的影响。研究发现随着石粉含量的增加，混凝土的坍落度基本没受到影响，而扩展度呈下降趋势。混凝土的粘聚性和保水性随石粉含量的增加而逐步改善，石粉含量在10%的机制砂混凝土工作性能最好。刘小兵等[6]研究了不同石粉含量（0～25%）对C30机制砂混凝土拌合物性能的影响，实验表明石粉含量控制在10%～15%和易性最佳，石粉含量超过15%导致混凝土需水量增大，机制砂混凝土流动性显著降低。
范建锋等[7]研究了不同石粉含量对C30和C40机制砂混凝土的工作性能的影响。研究表明，对于中低强度机制砂混凝土，由于胶凝用量偏少，石粉的存在可以弥补粉料的不足，改善混凝土保水性，混凝土的泌水率随石粉含量的增加而降低。当石粉含量在7%～10%范围时，C30混凝土的工作性能最佳；当石粉含量在5%～7%时，C40混凝土工作性能最佳。张礼华等人[8]研究了在保持基础配合比不变情况下石粉含量对C30和C50机制砂混凝土的工作性能的影响规律。研究表明，对于C30混凝土，石粉含量小于7%时，石粉掺入在一定程度上可改善混凝土的工作性能，当石粉含量大于15%时，混凝土的坍落度损失较大。对于C50混凝土，当石粉含量在5%左右时，其工作性能明显改善。当石粉含量超过10%是，增加石粉含量对扩展度产生不利影响。中建商品混凝土成都有限公司[9]以C30、C40、C50和C60四个强度等级的混凝土为对象，研究了不同石粉含量对各强度等级混凝土的减少剂掺量、坍落度扩展度及损失的影响。研究表明，在保持水胶比和用水量不变情况下，随着石粉含量的增加，需要提高减水剂的掺量来保持混凝土工作性一致性；随着石粉含量的增加，混凝土的初始扩展度呈先增后降趋势。随着混凝土强度等级的增加，最佳石粉含量逐渐降低；机制砂石粉含量的增大会加快混凝土工作性的损失，且随着强度等级的增大，损失的效果越明显。
机制砂中石粉对机制砂混凝土的工作性影响主要在两方面，一方面，适量的石粉可以改善混凝土拌合物的粘聚性和保水性，有利于坍落度的改善；另一方面，在石粉含量较高的情况下，石粉的存在使粉体的总表面积增加，从而增加对自由水的吸附，减少了自由水的含量，不利于混凝土的工作性[10]。
2.2 机制砂中的石粉对混凝土力学性能的影响
邱岳涛[5]研究了石粉按不同比例（0～20%）取代机制砂研究石粉用量对C25机制砂混凝土的抗压强度的影响。研究表明由于石粉的微填充效应，增加了混凝土的密度度，石粉在一定程度可以明显提高混凝土的抗压强度。刘小兵等[6]研究表明，在同一配合比下添加不同石粉含量的条件下，当石粉含量小于20%时，混凝土的抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度随石粉含量的增加而增加，但石粉含量对混凝土的抗折强度的影响没有抗压强度那样明显。当石粉含量大于20%时，由于石粉含量太高破坏了混凝土中最密实堆积结构，致使混凝土强度现明显的降低趋势。
赵长军等人[11]认为机制砂中含少量石粉对混凝土各龄期抗压强度有所提高，弹性模量、抗拉强度、抗折强度等性能均略有提高，然而石粉含量超过一定值，混凝土各龄期抗压强度略有降低。石粉含量同样存在最佳值。
范建锋等人[7]研究表明，当石粉含量在7%～10%范围内，C30混凝土的抗压强度较高，当石粉含量在5%～7%范围时，C40混凝土的抗压强度较高。中建商品混凝土成都有限公司[9]研究表明，随着石粉含量的增加，混凝土的抗压强度先增后降，存在最佳值，石粉含量的最佳值随混凝土强度等级的增大而逐渐减小。
机制砂中的石粉在适量情况下可以对混凝土的力学性能产生积极作用，这与石粉的填充效应和活性效应有关。但石粉含量超过一定的限制时，就会产生负面影响，一方面过多的石粉会造成机制砂颗粒级配不合理，减弱了水泥浆与骨料之间的骨架作用，降低了混凝土的密实性；另一方面过多的石粉造成混凝土体系中的粉体材料过多，破坏了混凝土的紧密堆积结构，使混凝土的强度降低[9]。 2.2 机制砂中的石粉对混凝土耐久性的影响
邱岳涛[5]研究了石粉按不同比例（0～20%）取代机制砂研究石粉用量对C25机制砂混凝土的抗渗性及碳化深度的影响。发现当石粉用量为10%～15%时混凝土的抗水压抗渗性能最好，当石粉用量达到20%时抗渗性能急剧下降。随着石粉用量的增加，混凝土抗碳化能力稍有降低，但变化不明显。杨善顺[10]研究表明，随着随着石粉含量的增加，机制砂混凝土的抗渗性先增加后减小，存在一个最优值（12%），此时机制砂抗渗性能最好。
李兴贵[12]研究表明，石粉含量在12%以下时，机制砂混凝土的干燥收缩增大缓慢，石粉含量大于12%时，干缩率显著增大。刘小兵[6]认为混凝土短龄期的干燥收缩随石粉含量（0～25%）的增大而增大，而长龄期的干缩率在石粉含量10%～15%范围内有所减小，石粉含量超过15%干缩再次增大。当石粉含量在10%～15%时，混凝土的抗渗性能最好，当石粉含量超过15%时，抗渗性能急剧下降。张梓鑫等人[13]研究表明，相对于天然河砂混凝土，石粉机制砂混凝土在早期干燥收缩较大。当石粉含量为10%时，机制砂混凝土的收缩值最大。认为石粉含量较低时，机制砂起到骨架作用抑制收缩，当石粉含量较高时，混凝土浆体量增加，密实度更好，混凝土抵抗收缩能力变强。李北星等人[14]采用石粉含量在3.5%～14%的石灰岩机制砂配制C60高性能混凝土，对比天然配制的高性能混凝土，研究石粉含量对干燥收缩、弹性模量、徐变、抗氯离子渗透及抗冻性的影响。试验结果表明：当石粉含量在7%～10.5%的机制砂配制的高性能混凝土除徐变外，各项性能均优于天然配制的高性能混凝土。
李婷婷等人[15]研究表明，机制砂中石粉有利于提高低强度等级、胶凝材料较少的混凝土的抗渗性，但对于高强度等级的机制砂混凝土的作用则不明显。对于C30低强等级机制砂混凝土，石粉显著改善其氯离子抗渗性能，石粉的最佳值在10%～15%范围内；石粉对C60和C80高强机制砂混凝土的氯离子抗渗作用影响则不是很明显。机制砂中石粉对机制砂混凝土的抗渗性能的影响可归于以下几个方面，对于低强等级混凝土胶凝材料，由于石粉含量增加，丰富了混凝土的浆体量，填充了部分空隙，增强了密实度，从而提高了混凝土的抗渗性；对于高强度混凝土本来胶凝材料较高，自身之间能够相互填充，混凝土毛细孔较少，石粉的增加对其影响不大[16]。
3 结论与展望