机制砂中石粉对混凝土性能的影响
发布时间：
2022-07-06 09:20
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在机制砂生产过程中不可避免地产生粒径小于75µm颗粒，这些粉颗粒既可能是石粉也可能是泥粉。石粉和泥粉是两种截然不同的物质，一方面石粉和泥粉粒径都比较小，在混凝土浆体中可以起到填充作用；另一方面二者的结构完全不同，石粉结构密实，对水仅存在表面物理吸附，而泥粉是类似于海绵的层状松散结构，吸水率较高，吸附水后通常会发生膨胀，进而影响混凝土强度和耐久性；再次泥粉的主要成分是蒙脱石、伊利土和高岭土等对外加剂有强烈的吸附作用，石粉通常是机制砂生产过程中形成的细小颗粒，与母岩化学性质一致，对外加剂吸附较低。泥粉与石粉虽然在粒径是比较相近，但二者存在本质的区别，对混凝土产生的影响也大相径庭，随着机制砂中泥粉含量的增加，泥粉吸附水和外加剂的能力相应增加，混凝土用水量提高且坍落度损失加快。当泥粉含量较大时，也会对混凝土的强度、抗冻性、抗渗性等耐久性能产生不利的影响。
（1）机制砂的MB值
机制砂中石粉的品质及含量是机制砂重要质量指标之一，其亚甲蓝值高低对混凝土性能有着重要影响。目前，在生产实践中大多重视机制砂的石粉含量变化对混凝土性能的影响而忽视石粉品质的作用。MB值是反映石粉吸附性能的指标之一，也是判断机制砂中细粉主要组成是粘土还是石粉的重要方法，机制砂MB值的大小对混凝土性能的好坏具有显著影响。
实践中发现，机制砂MB值随着石灰石质石粉含量的增加而逐渐增加，但增加幅度较小。石灰石粉仅对亚甲蓝具有很小的影响，机制砂MB值受石粉含量的变化影响不大，石粉含量每增加5.0%时，MB值的增加幅度小于0.05g/kg。而泥粉随着含量的增加对MB值的影响几乎呈直线迅速增加，这说明泥粉对亚甲蓝试剂具有强烈的吸附性，能显著增大机制砂MB，利用MB值可以判断机制砂中的细粉(＜75μm)主要是以粘土还是石粉。
机制砂MB值除受机制砂中粘土含量影响外, 还与粘土特性有关,含不同种类粘土的机制砂由于粘土的矿物特性、比表面积和阳离子交换能力的差别,对MB值的影响也是有差异的。因此, 即使机制砂的粘土含量相同,但由于MB值的差异, 对混凝土性能的影响应是不同的。我国在GB/T14684-2011《建筑用砂》中规定亚甲蓝试验方法,并规定MB值<1.4的机制砂,石粉含量按混凝土强度等级大于C60、C60～C30、小于C30分别限定为<10%,MB值≥1.4的机制砂,石粉含量分别限定为1%、3%、5%(与天然砂含泥量相同)。
（2）机制砂中石粉对混凝土工作性的影响
在一定程度上可以将粒径小于75µm的石粉看作是一种惰性矿物掺合料，机制砂中的石粉可以调整胶凝材料的级配，尤其是在水泥细度较细的情况下造成胶凝材料中缺少45µm～75µm的颗粒，机制砂石粉可以有效补充这一部分颗粒，改善胶凝材料体积的空隙率。
在商品混凝土生产过程中应根据混凝土强度等级的变化选择合适石粉含量的机制砂，石粉含量太少起不到增加浆体体积改善工作性，降低混凝土泌水、离析的目的。石粉含量也不宜过高，过高造成需水量增加，混凝土工作性下降。因此要把握一个度的问题，不能太高也不能太低，控制一个合适的范围：对于强度等级低于C30的混凝土，胶凝材料较少，机制砂中含有10%～15%的石粉可以补充胶凝材料，增加浆体量，改善混凝土的和易性；但对于强度等级高于C60的混凝土而言，混凝土本身的胶凝材料较多，混凝土黏度较大，应适当控制石粉含量降低混凝土黏度，石粉含量宜控制在7%～10%；强度等级大于C80的超高强混凝土的石粉含量应低于3%～5%。
在实际生产中不但要控制石粉含量，还要严格控制机制砂的亚甲蓝值。当机制砂MB值增加时，混凝土坍落度逐渐减小，工作性逐渐变差。当MB值超过1.45时(即机制砂中泥粉含量约为3.0%)，混凝土的工作性迅速变差。主要原因在于泥粉吸附了混凝土体系内大量的自由水，导致混凝土流动性显著下降。
（3）机制砂中石粉对混凝土力学性能的影响
机制砂的石粉含量对混凝土抗压强度产生一定的影响，对于某一强度等级混凝土来说，随着机制砂石粉含量的增加，混凝土抗压强度先增加后降低。这是由于机制砂的石粉含量在混凝土中主要起到两个方面的作用：一方面，少量的机制砂可以有效填充水泥石与骨料之间的空隙，提高混凝土密实度，随着机制砂含量的增加表现出混凝土强度随着增加；另一方面，随着机制砂石粉含量的增加，当石粉含量超过，该强度等级最佳含量时，会对混凝土的颗粒级配产生不利的影响，再加上石粉的比表面积过大，造成混凝土的需水量变大，和易性变差。
混凝土早期抗压强度受机制砂MB值变化的影响较大。随着MB值的增加，混凝土3d、7d龄期抗压强度显著降低。
在低强度等级混凝土中，随着机制砂MB值的增加，混凝土的强度都出现了一个先略增长再下降的趋势，MB值为约1.0时出现最大值，随着MB值的继续增大，混凝土的抗压强度下降且7d下降的幅度要比28d的大。其原因可能是：一方面，低强度等级混凝的水胶比较大，易产生离析泌水，在粗骨料表面形成薄弱的界面过渡区，降低混凝土的强度。而MB值的提高（泥粉的加入）改善了水泥浆体的保水性，降低了自由水在骨料表面的富集，在一定程度上改善混凝土界面过渡区，提高了混凝土强度。另一方面，随着机制砂MB值（泥粉含量）的提高，影响水泥的正常水化，降低了混凝土中水泥石的强度，且泥粉的增加也导致混凝土内部形成更多的微裂纹，混凝土强度的降低。机制砂MB值两种效应共同作用，导致低强混凝土随MB值增大呈现先增大后降低的趋势，且当MB值达到一定程度时，其后一种作用更加显著。
对于高强度等级混凝土，机制砂MB值对早期强度和后期强度均有不利影响。随着机制砂MB值的增大，泥粉含量增加，导致混凝土在干燥过程中内部裂缝加剧，造成混凝土强度倒缩。28d前，混凝土的强度增长变缓，60d后强度甚至开始出现倒缩，MB值在大于1.4以后尤为明显，且倒缩幅度较大。其原因是长期自然养护的过程中，混凝土中水分缺失，内部水化颗粒水化中止，所以强度略微增长，且随着MB值的增大，泥粉含量增加，导致混凝土在干燥过程中内部裂缝加剧，造成混凝土强度倒缩。
（4）机制砂石粉含量对抗裂性的影响
机制砂石粉含量的增加将使混凝土的收缩增大，不利于混凝土塑性开裂的控制。对于低强度等级混凝土而言，机制砂石粉含量超过10%，随着石粉含量的增加，混凝土裂缝产生的时间提前，裂缝的条数和宽度增加。而对于高强度等级的混凝土机制砂石粉含量超过7%以后，混凝土抗裂性变差的情况更加明显。随着机制砂MB值的增加，混凝土抗裂等级降低。当MB值不超过1.45时，其对混凝土塑性开裂影响不大。当MB值超过1.80时，混凝土总开裂面积、平均开裂面积和单位面积总开裂面积均显著增加。泥粉特性对混凝土干缩具有重要影响。一方面，泥粉颗粒具有蓬松多孔层状结构，可以吸收大量自由水，呈膨胀状态分散在混凝土体系中。一旦混凝土置于干燥环境中，内部相对湿度低，泥粉颗粒间隙吸附的自由水通过扩散就会释放出来。另外，机制砂中泥粉颗粒比表面积较大，在一定程度上也会增加体系内浆体数量。因此，泥粉含量增加会显著增大混凝土的干缩。
（5）机制砂中石粉含量对混凝土抗渗性能的影响
机制砂中的石粉可以有效改善混凝土材料的颗粒级配，降低混凝土材料的空隙率，阻止水泥水化过程中产生的毛细孔，石粉含量越大，阻断透水通道的能力越强，越有利于改善混凝土的抗渗性能；另一方面，石粉比表面积较大可以有效改善中低强度混凝土的黏聚性和保水性，提高抗离析能力，降低水泥石的微观缺陷。
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