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石粉含量对混凝土拌合的影响

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  随着天然砂资源的逐渐枯竭,机制砂在混凝土拌合中已经获得了大量的使用机会。而机制砂为岩石经矿山破碎设备破碎加工而成,生产过程中不可避免产生一定数量的石粉,这也是天然砂与机制砂*主要的区别之一。天然砂中小于75μm的颗粒主要是泥,对混凝土的工作性、体积稳定性和耐久性都存在不利影响,而机制砂生产过程中产生的石粉则与母岩的矿物组成一样,只是粒径发生了本质改变,其对混凝土性能的影响规律与天然砂中的泥则完全不同。大量研究表明,石粉在混凝土中所起作用与石粉的细度和岩性等因素密切相关。

 

  1.不同细度石粉对混凝土性能的影响

 

  早期的研究多直接采用机制砂生产过程中得到的粒径颗粒小于80μm或0.16mm的石粉,石粉中粒径小于45μm的颗粒较少,石粉细度较粗,研究结果多认为石粉属于惰性材料,主要起改善骨料级配,填充沙子与水泥之间的空隙。相应地,研究得到的机制砂中*优石粉含量也较低,以应用于水工混凝土或碾压混凝土的机制砂为例,推*的*优石粉含量(<0.16mm)多在15%左右,但此时机制砂中粒径小于80μm的石粉含量可能只有5%左右,石粉含量超过*优含量后,配置的混凝土性能显著下降。且随着石粉含量增加,混凝土干缩增加。

 

  当石粉粒径小于45μm时,石粉的活性可以较明显地表现出来,石粉粒径越小,其活性越高。当石粉颗粒细到一定程度时,可以有效改善以水泥为主的胶凝材料的颗粒级配,降低混凝土单位用水量,并填充水泥浆体中的孔隙,使水泥浆体更致密,从而改善混凝土性能。部分岩石用于轧制机制砂时石粉含量较高,其中含有大量粒径小于45μm的颗粒,如锦屏二级水电站大理岩机制砂,*高石粉含量超过25%,但其石粉中小于45μm的颗粒含量大于80%,此时严格按照规范要求限制大理岩人工砂的石粉含量,将会造成大量微细石粉的浪费。

 

  2.不同岩性石粉对混凝土性能的影响

 

  不同岩性母岩轧制的机制砂中的石粉含量存在较大差异,如玄武岩制砂得到的人工砂中石粉含量就较低,而性脆的辉绿岩、强度较低的片麻岩和大理岩等制砂得到的机制砂中石粉含量就较高,大多在20%以上;且不同岩性石粉的自身性能也存在较大差异。下面就举辉绿岩、片麻岩和大理岩三个例子。

 

  百色水利枢纽工程采用的辉绿岩轧制机制砂,因辉绿岩母岩硬度高、性脆,加工出的人工砂中石粉含量较高,且其中含有大量的粒径在几微米的颗粒,原始干燥状态下筛得的辉绿岩石粉由于受表面分子作用力(范德华力)或静电作用力的影响,颗粒之间相互吸附粘结;经水润湿后筛得辉绿岩机制砂石粉,在水和外部机械力作用下,颗粒间产生的分子粘结力、毛细管粘结力和内摩擦力,使石粉微粒粘结成球粒,经水浸泡后静置干燥,可以结成具有相当强度的硬块,与硅粉加水静置干燥后的状态相似。而工程中常用的花岗岩石粉和石灰石石粉加水静置干燥后虽能保持结块状态,但一触即散。与此同时,因辉绿岩母岩中含有一定量的绿泥石、黝帘石等蚀变物,母岩中K2O、Na2O含量较高,石粉与水接触后易溶出可加速水泥早期水化进程的Na+,辉绿岩石粉需水量比高达107%,与常见石灰石的需水量比小于****存在本质区别;且该石粉使静浆的凝结时间大大缩短。

 

  苗尾水电站片麻岩石粉,因母岩中的云母含量高达35%左右,导致石粉中的云母含量达到40%,且石粉中粒径小于0.08mm的颗粒占石粉质量的55.9%,粒径小于45μm的颗粒占石粉含量的31.2%,采用片麻岩机制砂配制混凝土时,人工砂中石粉含量从6%增加到18%时,混凝土单位用水量随石粉含量增加而增加,混凝土拌合物性能则逐渐变差,与其他工程常用的石粉对混凝土单位用水量和拌合物性能的影响规律存在较大差异。

 

  锦屏二级水电站大理岩是一种碳酸盐变质岩,主要有方解石组成,其化学组成与工程常用的石灰石粉相近,需水量比96%,接近Ⅰ级粉煤灰,石粉中部分粒径较小的微细颗粒可当掺合料使用。为此,可适当提高人工砂中的石粉含量限值。

 

  从以上研究结论可以看出,石粉在混凝土拌合过程的应用还有许多需要进一步研究的空间和利用空间,一味的选择放弃是一种对自然资源的无情浪费。