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摘要：对机制砂石粉含量对铁路混凝土性能影响的试验研究，测试铁路混凝土的工作性和耐久性，试验结果表明：当石粉含量≤9%时，随着石粉含量的增加，混凝土拌合物的坍落度、泌水率逐渐降低，含气量、黏聚性大为提高，硬化混凝土的干燥收缩、碳化深度、抗渗高度逐渐降低；因此铁路混凝土配制时对机制砂石粉含量应控制在≤9%。
关键词：铁路混凝土 机制砂 石粉混凝土性能
中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：
Abstract: the mechanism of sand powder content railway concrete effect on the performance of test, test railway concrete workability and durability, the experimental results show that: when limestone content 9% or, with the increase of the content of cement, concrete as the things the slump, secrete water rate lower, including air, stick together greatly improve sex, hardening of concrete carbonation depth, drying shrinkage, anti-permeability highly gradually reduced; So railway concrete when making up, mechanism of sand powder content should be controlled in 9% or less.
Keywords: railway concrete mechanism sand stone concrete performance
0前言
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，其原砂的石粉含量可高达10%~20%，不满足GB/T l4684-2001《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%、TB10424-2010《铁路混凝土工程施工质量验收标准》规定对于MB＜1.4 的C30及以下混凝土用机制砂的石粉含量不宜超过10%、MB≥1.4的C30及以下混凝土用机制砂的石粉含量不宜超过5.0%的要求，所以在混凝土使用之前，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，确定机制砂中的最佳石粉含量和石粉含量的限值。
1试验用主要原材料
1.1水泥：采用云南远东水泥有限责任公司生产的P.O 42.5水泥，其各项技术指标满足GB175-2007、TB10424-2010要求。
1.2粉煤灰：采用阳宗海电厂生产的II级粉煤灰，其各项技术指标满足指标GB/T1596-2005、TB10424-2010要求。
1.3粗集料：石林板桥镇裕泰碎石场生产的粗集料，按粒径(5~10)mm、(10~ 20)mm和(20~30)mm质量比为2:6:2混合的级配碎石，其各项指标满足TB10424-2010要求。
细集料：石林板桥镇裕泰碎石场生产的细集料，其各项指标满足TB10424-2010要求。
1.4外加剂： 采用山西凯迪建材有限公司生产的KDSP-1缓凝型聚羧酸高性能减水剂，其各项指标满足JG/T223-2007、TB10424-2010要求。
1.5拌合用水：采用自来水(饮用水)，其各项指标满足TB10424-2010要求。
2試配混凝土性能测试方法
2.1新拌混凝土坍落度、泌水率、含气量试验
根据GB/T 50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法》规定的方法执行。
2.2硬化混凝土抗压强度试验
根据GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法》规定的相应试验方法执行。
2.3硬化混凝土抗渗性、抗碳化性能、电通量、干缩性能试验
根据GB/T 50082-2009《 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》规定的相应试验方法执行。
3试配混凝土配合比
强度等级为C35，配合比见表1。
试配铁路混凝土强度等级为C35，其配合比见下表1。
原材料在试验之前，筛出机制砂0.075mm粒径以下颗粒，作为试验基准组用细集料，其试验组用细集料根据不同石粉含量进行调整。
3.1水灰比不变的试配混凝土配合比见表2。
3.2不同石粉含量混凝土的物理力学性能试验结果见表3。
从试配试验结果看出：随着石粉含量的增加，混凝土的坍落度和泌水率逐渐下降，混凝土的含气量略有增加；其中石粉含量为0~3%时混凝土拌合物稍稍离析，当石粉含量大于9%时，混凝土拌合物的黏聚性大大提高。这是由于石粉颗粒表面比较圆滑，具有良好的形态效应与填充效应；适量的石粉掺入混凝土时，表面致密光滑的石粉颗粒分散在水泥颗粒之间，具有分散作用，与此同时，细小的石粉颗粒对水泥水化过程中形成的“絮凝结构”有着解絮作用；石粉颗粒呈球状，表面光滑，在水泥颗粒间可以发挥“滚珠”作用，增加混凝土拌合物的黏聚性，降低混凝土拌合物的泌水率，使得细小颗粒的气体被包裹在浆体中且不易溢出，改善新拌混凝土的工作性能。
当石粉含量小于10%时，混凝土各个龄期的抗压强度随着石粉含量的增加略有提高，当石粉含量可大于10%时，石粉含量对混凝土的强度的发展并没有贡献作用。这是由于适量的石粉可以充当Ca(OH)2结晶的晶核，参与促进熟料中硅酸盐的水化，从而对强度发展有利；也正是石粉加速Ca(OH)2结晶的作用，使所形成Ca(OH)2晶体结构中粒子数量较少，结合点也相应少，即晶体结构较差，随着石粉含量的增加，就成了硬化后混凝土抗压强度的不利因素。
在水灰比不变的情况下，随着石粉含量的增加，混凝土的干燥收缩先降低后增加。当石粉含量小于10%时，混凝土水化后水泥石结构和界面结构更为致密，干燥收缩也逐渐降低；当石粉含量超过10%时，由于混凝土水化所需的用水量大大低于混凝土配制时的用水量，随着石粉含量的增加，相当于增加了混凝土中的粉体的含量，使混凝土的干缩增加。
同样在水灰比不变的情况下，随着石粉含量的增加，混凝土的抗渗高度、碳化深度和电通量逐渐降低。适量的石粉可使机制砂混凝土具有很好的粘聚性和保水性，可以提高集料的有效堆积，改善了离析泌水现象，石粉填充了界面的空隙，使水泥石结构和界面结构更为致密，从而使得混凝土的抗渗、抗碳化、抗离子渗透性能得到改善。
4机制砂石粉在混凝土中的作用机理
适量的石粉含量在混凝土配制中可以补充粉体材料，可增加拌和物中的浆体含量，弥补机制砂棱角性和表面粗糙的缺点，克服机制砂形貌效应的不良影响，有利于减少机制砂与碎石间的摩擦，弥补水泥用量少、机制砂混凝土和易性差的缺陷，减少拌和物的泌水，增加水泥石的密实度，改善了混凝土硬化物的“次中心区过渡层”结构[4]。石粉颗粒可以诱导水化物析晶，提高有效结晶物含量从而提高强度。对于级配较差的机制砂，石粉具有完善颗粒级配，增大浆体流动性，减小用水量，增加拌合物密实度的作用[5]。
机制砂颗粒形状不规则，具有棱角性，颗粒之间相互啮合，对混凝土的变形有限制作用，但集料颗粒的交错分布，润滑所需的浆体层厚度增大，要保持同样的流动度，需要更多浆体。而且，机制砂粗糙的表面特性，可以增加集料与水泥浆之间的粘结强度，同时粗糙的表面和创伤微裂隙会增加吸水率，使混凝土显得干涩，而振捣时水分易释放，配制不当易出现泌水现象，同时产生较多的连通孔而降低耐久性和力学性能[6~7]。
5结论
5.1当石粉含量≤9%时，混凝土拌合物的坍落度稍微有所下降，泌水率逐渐降低，含气量略为增加，拌合物黏聚性大为提高，即适量的石粉含量可以改善机制砂的级配，在混凝土配制中补充粉体材料，弥补水泥用量少、机制砂混凝土和易性差的缺陷；增加石粉含量，混凝土的干燥收缩、碳化深度、抗渗高度逐渐降低，抗压强度有所提高，但效果不显著。所以铁路混凝土配制时对机制砂石粉含量应控制在≤9%。
5.2当石粉含量≥9%时，增大石粉含量可改善混凝土拌合物的工作性能，但对硬化混凝土的抗压强度有负面影响，即石粉增加了拌合物浆体含量，相对降低了水泥在浆体中的比例，混凝土的干燥收缩也逐渐增大。
参考文献
[1] 周云虎．龙滩大坝碾压混凝土用石粉替代部分粉煤灰的研究[J]．水力发电，1996，(6)：51-53．
[2]RK．Mehta Advancements in Concrete Technology[J]．Concrete International．June 1999．
[3] 谭克忠．黄丹水电站人工砂石粉限值探讨及使用总结[J]．四川水力发电，1 998，(9)：44—46．
[4] 林家骅，姜长全，李继海．江垭大坝碾压混凝土配合比的特点[J]．人民长江，1 999，(6)：20-26．
[5] 陈剑雄，崔洪涛等．掺入超细石灰石粉的混凝土性能研究[J]．施工技术，2004，4(33)：39-41．
[6] 陈剑雄，李鸿芳，陈寒斌．石灰石粉超高强高性能混凝土性能研究[J]．施工技术，2005，35(4)：27-28．
[7] 洪锦祥，蒋林华等．人工砂中石粉对混凝土性能影响及其作用机理研究[J]．公路交通技术，2005，22(11)：84-88．
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：铁路混凝土 机制砂 石粉混凝土性能
中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：
Abstract: the mechanism of sand powder content railway concrete effect on the performance of test, test railway concrete workability and durability, the experimental results show that: when limestone content 9% or, with the increase of the content of cement, concrete as the things the slump, secrete water rate lower, including air, stick together greatly improve sex, hardening of concrete carbonation depth, drying shrinkage, anti-permeability highly gradually reduced; So railway concrete when making up, mechanism of sand powder content should be controlled in 9% or less.
Keywords: railway concrete mechanism sand stone concrete performance
0前言
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，其原砂的石粉含量可高达10%~20%，不满足GB/T l4684-2001《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%、TB10424-2010《铁路混凝土工程施工质量验收标准》规定对于MB＜1.4 的C30及以下混凝土用机制砂的石粉含量不宜超过10%、MB≥1.4的C30及以下混凝土用机制砂的石粉含量不宜超过5.0%的要求，所以在混凝土使用之前，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，确定机制砂中的最佳石粉含量和石粉含量的限值。
1试验用主要原材料
1.1水泥：采用云南远东水泥有限责任公司生产的P.O 42.5水泥，其各项技术指标满足GB175-2007、TB10424-2010要求。
1.2粉煤灰：采用阳宗海电厂生产的II级粉煤灰，其各项技术指标满足指标GB/T1596-2005、TB10424-2010要求。
1.3粗集料：石林板桥镇裕泰碎石场生产的粗集料，按粒径(5~10)mm、(10~ 20)mm和(20~30)mm质量比为2:6:2混合的级配碎石，其各项指标满足TB10424-2010要求。
细集料：石林板桥镇裕泰碎石场生产的细集料，其各项指标满足TB10424-2010要求。
1.4外加剂： 采用山西凯迪建材有限公司生产的KDSP-1缓凝型聚羧酸高性能减水剂，其各项指标满足JG/T223-2007、TB10424-2010要求。
1.5拌合用水：采用自来水(饮用水)，其各项指标满足TB10424-2010要求。
2試配混凝土性能测试方法
2.1新拌混凝土坍落度、泌水率、含气量试验
根据GB/T 50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法》规定的方法执行。
2.2硬化混凝土抗压强度试验
根据GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法》规定的相应试验方法执行。
2.3硬化混凝土抗渗性、抗碳化性能、电通量、干缩性能试验
根据GB/T 50082-2009《 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》规定的相应试验方法执行。
3试配混凝土配合比
强度等级为C35，配合比见表1。
试配铁路混凝土强度等级为C35，其配合比见下表1。
原材料在试验之前，筛出机制砂0.075mm粒径以下颗粒，作为试验基准组用细集料，其试验组用细集料根据不同石粉含量进行调整。
3.1水灰比不变的试配混凝土配合比见表2。
3.2不同石粉含量混凝土的物理力学性能试验结果见表3。
从试配试验结果看出：随着石粉含量的增加，混凝土的坍落度和泌水率逐渐下降，混凝土的含气量略有增加；其中石粉含量为0~3%时混凝土拌合物稍稍离析，当石粉含量大于9%时，混凝土拌合物的黏聚性大大提高。这是由于石粉颗粒表面比较圆滑，具有良好的形态效应与填充效应；适量的石粉掺入混凝土时，表面致密光滑的石粉颗粒分散在水泥颗粒之间，具有分散作用，与此同时，细小的石粉颗粒对水泥水化过程中形成的“絮凝结构”有着解絮作用；石粉颗粒呈球状，表面光滑，在水泥颗粒间可以发挥“滚珠”作用，增加混凝土拌合物的黏聚性，降低混凝土拌合物的泌水率，使得细小颗粒的气体被包裹在浆体中且不易溢出，改善新拌混凝土的工作性能。
当石粉含量小于10%时，混凝土各个龄期的抗压强度随着石粉含量的增加略有提高，当石粉含量可大于10%时，石粉含量对混凝土的强度的发展并没有贡献作用。这是由于适量的石粉可以充当Ca(OH)2结晶的晶核，参与促进熟料中硅酸盐的水化，从而对强度发展有利；也正是石粉加速Ca(OH)2结晶的作用，使所形成Ca(OH)2晶体结构中粒子数量较少，结合点也相应少，即晶体结构较差，随着石粉含量的增加，就成了硬化后混凝土抗压强度的不利因素。
在水灰比不变的情况下，随着石粉含量的增加，混凝土的干燥收缩先降低后增加。当石粉含量小于10%时，混凝土水化后水泥石结构和界面结构更为致密，干燥收缩也逐渐降低；当石粉含量超过10%时，由于混凝土水化所需的用水量大大低于混凝土配制时的用水量，随着石粉含量的增加，相当于增加了混凝土中的粉体的含量，使混凝土的干缩增加。
同样在水灰比不变的情况下，随着石粉含量的增加，混凝土的抗渗高度、碳化深度和电通量逐渐降低。适量的石粉可使机制砂混凝土具有很好的粘聚性和保水性，可以提高集料的有效堆积，改善了离析泌水现象，石粉填充了界面的空隙，使水泥石结构和界面结构更为致密，从而使得混凝土的抗渗、抗碳化、抗离子渗透性能得到改善。
4机制砂石粉在混凝土中的作用机理
适量的石粉含量在混凝土配制中可以补充粉体材料，可增加拌和物中的浆体含量，弥补机制砂棱角性和表面粗糙的缺点，克服机制砂形貌效应的不良影响，有利于减少机制砂与碎石间的摩擦，弥补水泥用量少、机制砂混凝土和易性差的缺陷，减少拌和物的泌水，增加水泥石的密实度，改善了混凝土硬化物的“次中心区过渡层”结构[4]。石粉颗粒可以诱导水化物析晶，提高有效结晶物含量从而提高强度。对于级配较差的机制砂，石粉具有完善颗粒级配，增大浆体流动性，减小用水量，增加拌合物密实度的作用[5]。
机制砂颗粒形状不规则，具有棱角性，颗粒之间相互啮合，对混凝土的变形有限制作用，但集料颗粒的交错分布，润滑所需的浆体层厚度增大，要保持同样的流动度，需要更多浆体。而且，机制砂粗糙的表面特性，可以增加集料与水泥浆之间的粘结强度，同时粗糙的表面和创伤微裂隙会增加吸水率，使混凝土显得干涩，而振捣时水分易释放，配制不当易出现泌水现象，同时产生较多的连通孔而降低耐久性和力学性能[6~7]。
5结论
5.1当石粉含量≤9%时，混凝土拌合物的坍落度稍微有所下降，泌水率逐渐降低，含气量略为增加，拌合物黏聚性大为提高，即适量的石粉含量可以改善机制砂的级配，在混凝土配制中补充粉体材料，弥补水泥用量少、机制砂混凝土和易性差的缺陷；增加石粉含量，混凝土的干燥收缩、碳化深度、抗渗高度逐渐降低，抗压强度有所提高，但效果不显著。所以铁路混凝土配制时对机制砂石粉含量应控制在≤9%。
5.2当石粉含量≥9%时，增大石粉含量可改善混凝土拌合物的工作性能，但对硬化混凝土的抗压强度有负面影响，即石粉增加了拌合物浆体含量，相对降低了水泥在浆体中的比例，混凝土的干燥收缩也逐渐增大。
参考文献
[1] 周云虎．龙滩大坝碾压混凝土用石粉替代部分粉煤灰的研究[J]．水力发电，1996，(6)：51-53．
[2]RK．Mehta Advancements in Concrete Technology[J]．Concrete International．June 1999．
[3] 谭克忠．黄丹水电站人工砂石粉限值探讨及使用总结[J]．四川水力发电，1 998，(9)：44—46．
[4] 林家骅，姜长全，李继海．江垭大坝碾压混凝土配合比的特点[J]．人民长江，1 999，(6)：20-26．
[5] 陈剑雄，崔洪涛等．掺入超细石灰石粉的混凝土性能研究[J]．施工技术，2004，4(33)：39-41．
[6] 陈剑雄，李鸿芳，陈寒斌．石灰石粉超高强高性能混凝土性能研究[J]．施工技术，2005，35(4)：27-28．
[7] 洪锦祥，蒋林华等．人工砂中石粉对混凝土性能影响及其作用机理研究[J]．公路交通技术，2005，22(11)：84-88．
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