凝灰岩机制砂石粉含量对C50混凝土性能的影响

试验研究
Experimental Research
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总171期 2023.09 混凝土世界
引言
目前，国家高度重视自然资源保护，出台了相应的政策禁止天然河砂的开采，因此使用机制砂代替天然河砂作为水泥混凝土的细集料已是大势所趋，如何更好地推广应用机制砂尤为重要。

由于中西部较早开展机制砂研究地区的主要矿山均为石灰岩，因此对机制砂的研究主要集中在石灰岩机制砂[1]，然而，在浙江的东部和沿海地区，凝灰岩是主要的矿山资源。

王旭昊等[2]研究了凝灰岩机制砂对C45混凝土的影响；张广田等[3]研究了采用隧道洞渣制备凝灰岩机
制砂对混凝土和易性和力学性能的影响；周玉娟等[4]研究了分别掺入河砂和凝灰岩机制砂对C50箱梁力学性能的影响，结果表明，机制砂混凝土的抗渗性能和抗裂性能与河砂混凝土较为相似，在抗压强度、收缩徐变方面比河砂混凝土更具优势；贾青[5]对凝灰岩机制砂在混凝土材料中的应用进行了研究；黄美容[6]对凝灰岩机制砂中石粉含量对C30混凝土性能的影响进行了研究；郭立贤等[7]研究了花岗岩和石灰岩机制砂的石粉含量对MB值、砂浆流动性和C35混凝土力学性能的影响。

目前在凝灰岩机制砂方面的研究成果比较少，缺乏凝灰岩岩性对混凝土影响的系统性研究，尤其是在使用凝灰岩机制砂配
收稿日期：2023-3-31第一作者：檀军锋，1975年生，高级工程师，主要从事工程质量检测及高性能混凝土的研究工作，E-mail：****************项目信息：中铁二十二局集团有限公司科技研发计划项目（19-04A）
凝灰岩机制砂石粉含量对C50混凝土性能的影响
檀军锋1　史凯鹏1　杨　雷1　李想东1　黄美玉2　罗　鑫31. 中铁京诚工程检测有限公司 北京 102444
2. 石家庄市长安育才建材有限公司 河北 石家庄 051430
3. 四川砼道科技有限公司 四川 成都 610200
摘 要：通过对C50凝灰岩机制砂混凝土的性能进行测试，研究了凝灰岩机制砂中不同石粉含量对混凝土工作性能及力学性能的影响。

结果表明：当凝灰岩机制砂中石粉含量在0%～6%时，C50机制砂混凝土的坍落度和扩展度随着石粉含量的增加而增大，当石粉含量超过6%时，混凝土的坍落度和扩展度随着石粉含量的增加而减小；当石粉含量在0%～8%时，混凝土的抗压强度随着石粉含量的增加而增加，当石粉含量超过8%时，混凝土的抗压强度随着石粉含量的增加而降低；对C50混凝土而言，凝灰岩机制砂中的石粉含量对混凝土的抗氯离子渗透性能影响并不是很大。

关键词：石粉含量；机制砂；凝灰岩石粉；工作性能；强度
Effect of Tuff Mechanism Sand Stone Powder Content on the Performance of C50 Concrete
Abstract: By testing the properties of C50 tuff mechanism sand concrete, this paper studies the effects of different stone powder content in tuff mechanism sand on the working and mechanical properties of concrete. The results show that when the content of stone powder in tuff mechanism sand is 0% ~ 6%, the slump and expansion of C50 mechanism sand concrete increase with the increase of stone powder content, and when the stone powder content exceeds 6%, the slump and expansion of concrete decrease with the increase of stone powder content. When the stone powder content is 0% ~ 8%, the compressive strength of concrete increases with the increase of stone powder content, and when the stone powder content exceeds 8%, the compressive strength of concrete decreases with the increase of stone powder content; for C50 concrete, the stone powder content in tuff mechanism sand has little effect on the chloride ion permeability of concrete.
Key words: Stone powder content; manufactured sand; tuff stone powder; working performance; strength
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CHINA CONCRETE 2023.09 NO.171
制C50混凝土方面，面临许多难题。

本文依托杭温铁路项目施工使用的金山碎石场生产的机制砂，研究了凝灰岩机制砂中石粉含量对C50凝灰岩机制砂混凝土工作性能（坍落度和扩展度）、抗压强度（7 d和28 d）及耐久性（抗氯离子渗透性能）的影响，为凝灰岩机制砂在高强混凝土中的应用提供指导。

1 材料与方法
1.1 试验材料
水泥：常山南方水泥有限公司生产的P ·O 42.5普通硅酸盐水泥，密度3.06 g/cm 3，比表面积313 m 2/kg，标准稠度用水量26.2%，初凝时间184 min，终凝时间236 min。

粉煤灰：华润电力（电力）有限公司生产的F类Ⅱ级粉煤灰。

细骨料：金山碎石场生产的凝灰岩机制砂，细度模数2.7，含泥量＜0.6%。

粗骨料：金山碎石场生产的5～25 mm碎石，碎石级配比例为5～10 mm ∶10～16 mm ∶16～25 mm=1∶6∶3。

减水剂：石家庄市长安育才建材有限公司生产的缓凝型减水剂GK3000，减水率30%，含固量28.46%。

水：地下水。

1.2 配合比
通过筛分及水洗去除凝灰岩机制砂中的石粉，将0.075 mm以下石粉单独收集备用。

依托杭温铁路项目目前使用的C50机制砂混凝土配合比，石粉掺量分别为0%、2%、4%、6%、8%、10%、12%，配合比见表1。

1.3 试验方法
混凝土坍落度和扩展度：根据GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行测试。

混凝土抗压强度：制作尺寸150 mm×150 mm×150 mm 的抗压强度试件，根据GB/T 50081—2019《普通混凝土
物理力学性能试验方法标准》进行测试。

混凝土电通量：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》进行测试。

2 结果与分析
2.1 石粉含量对混凝土工作性能的影响
不同凝灰岩石粉含量下，C50凝灰岩机制砂混凝土的坍落度、扩展度变化如图1所示。

由图1可知，C50凝灰岩机制砂混凝土的坍落度和扩展度随着石粉含量的增加呈现先增加后降低的趋势。

当石粉含量为6%时，混凝土的坍落度和扩展度达到最大值，这主要是因为石粉的细度与水泥相近，当石粉含量在一定范围内增加时，会导致混凝土中的浆体总质量增加，有足够多的浆体填充骨料之间的缝隙，从而提高混凝土的包裹性，同时又因为机制砂有较多的棱角，表面粗糙，混凝土浆体的增多，有利于减少机制砂和粗骨料之间的摩擦，从而产生润滑滚动的效果，进而提高了混凝土的和易性；但当石粉含量超过6%时，由于石粉的吸水性较强，使混凝土拌合物中的自由水质量减少，拌合物的
表 1 C50混凝土配合比
kg/m 3
水泥粉煤灰细骨料粗骨料减水剂水石粉42045736.001103 5.581480.0042045721.281103 5.5814814.7242045706.561103 5.5814829.4442045691.841103 5.5814844.1642045677.121103 5.5814858.8842045662.401103 5.5814873.60420
45
647.68
1103
5.58
148
88.32
图 1 不同石粉含量时C50混凝土的工作性能
（b ）
扩展度
（a ）坍落度Copyright ©博看网. All Rights Reserved.
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浆体变稠，从而导致混凝土拌合物的坍落度、扩展度开始降低，混凝土的流动性变慢。

2.2 石粉含量对混凝土抗压强度的影响
不同凝灰岩石粉含量下，C50凝灰岩机制砂混凝土的7、28 d抗压强度变化如图2所示。

由图2可知，当石粉含量在0%～8%时，混凝土的抗压强度随着石粉含量的增加而增加，当石粉含量超过8%时，混凝土的抗压强度随着石粉含量的增加而降低。

混凝土抗压强度的提高是因为，一方面，机制砂中石粉含量的增加导致浆体稠度的增长，增加了砂与浆体之间的粘结强度，同时增大了砂的堆积密度，改善了骨料级配，对混凝土的孔隙起到了更好的填充效果，增加了混凝土的密实度；另一方面，石粉在水泥水化早期发生晶核反应，导致水泥水化速度加快，从而提升了混凝土的前期强度。

但需要注意的是，随着石粉含量的继续增加，骨料的比表面积增大，会导致包裹骨料的浆体不足，最终导致C50混凝土的抗压强度降低。

2.3 石粉含量对混凝土抗氯离子渗透性的影响
不同凝灰岩石粉含量下，C50凝灰岩机制砂混凝土的28 d电通量变化如图3所示。

由图3可知，随着石粉含量的增加，混凝土电通量的变化并不明显。

这可能是因为C50混凝土的胶材用量更高，水胶比较低，混凝土的密实度增加，内部的连通孔隙减少，整体的抗渗性较好。

因此，石粉含量的增加对C50混凝土的抗渗性能影响较小。

结论
本文研究凝灰岩机制砂石粉含量对C50混凝土工作性能、力学性能及耐久性能的的影响，得出以下结论：
（1）凝灰岩机制砂中的石粉在一定程度上可以改善机制砂的级配缺陷，进而改善机制砂混凝土拌合物的工作性能。

当石粉含量在0%～6%时，C50机制砂混凝土的坍落度和扩展度均随着石粉含量的增加而增大；当凝灰岩石粉含量超过6%时，其坍落度和扩展度均随着石粉含量的增加而减小。

（2）当凝灰岩机制砂中的石粉含量在0%～8%时，C50混凝土的抗压强度随着石粉含量的增加而增强。

出现这一现象的原因主要是机制砂中石粉含量的增加改善了骨料级配，对混凝土的孔隙起到了更好的填充效果，增加了混凝土的密实度。

当凝灰岩石粉含量超过8%时，C50混凝土的抗压强度随着石粉含量的增加而降低，这是因为随着石粉含量的继续增加，骨料的比表面积增大，会导致包裹骨料的浆体不足，最终导致混凝土的抗压强度降低。

（3）对C50混凝土而言，随着凝灰岩机制砂中石粉含量的增加，其电通量的变化并不明显，说明凝灰岩石粉对混凝土的抗氯离子渗透性能影响不大。

参考文献
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砂浆流动度及C35混凝土力学性能的影响[J]. 混凝土世界,
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图 2 不同石粉含量时C50混凝土的抗压强度图 3 不同石粉含量时C50混凝土的抗氯离子渗透性
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