摘要：机制砂除了棱角性以外其含有的石粉与天然砂的含泥是两者最显著的区别，石粉含量对混凝土的影响也是机制砂混凝土研究的重点。通过研究石粉含量对M4.5、M5.5路面用机制砂混凝土工作性、抗折性能的影响，探索石粉含量对机制砂混凝土性能的影响。
关键词：机制砂、石粉、混凝土、性能
1、概述
随着我国对环境保护的日益重视，不少地区天然砂（河砂）资源已不能满足基础设施建设的迅猛发展需求。使用机制砂代替天然砂配制混凝土已成为今后发展的必然趋势。机制砂中的石粉与天然砂中严重影响混凝土工作性、强度和耐久性的泥粉不同,石粉与母岩的物理化学性质完全一样,适量的石粉还可以改善机制砂混凝土的工作性和强度等性能。因此对机制砂中石粉的研究也成为机制砂混凝土性能研究的重点。
2、国内外标准对机制砂中石粉含量的要求
目前各国标准中对用于路面混凝土的机制砂石粉含量最高限值存在较大差异，我国交通部颁发的JTGT F30-2014《公路水泥混凝土路面施工技术细则》中规定水泥混凝土路面用机制砂亚甲蓝试验MB值＜1.4或快速法合格时，石粉含量要求：I类公路＜3％、II类公路＜5％、III类公路＜7％；石粉含量限值要求介于美国标准ASTM C33的3％与英国标准BS 882的8％之间。
为了满足规定的石粉含量要求，机制砂生产过程中过量的石粉必须通过水洗或风选筛除，这不仅增加了机制砂的生产工序，还提高了机制砂的生产成本，容易造成机制砂级配不合理。而且会造成新的环境污染。
3、不同岩性的石粉对机制砂混凝土性能的影响
石粉在混凝土中并非只起到微集料的填充作用处于完全惰性，而是在水泥所形成的高碱环境下逐渐发生微弱的化学反应，特别是石灰岩质石粉中一部分的CaCO3与水泥中的C3A和C4AF发生反应，生成水化碳铝酸钙，对水泥的水化具有增强作用。基于大量研究多集中在对石灰岩质的机制砂或石粉上，本试验采用的集料为活性较低的变质岩（片麻岩）来研究石粉含量对不同强度等级混凝土力学性能方面的影响。
4、石粉含量变化对混凝土力学性能的影响
4.1原材料
(1)、水泥：M4.5采用中联水泥厂产P.O42.5级普通硅酸盐水泥，密度3.11g/cm3 ,28d抗折强度7.6MPa；
M5.5采用中联水泥厂产P.O52.5级普通硅酸盐水泥，密度3.15g/cm3 ，28d抗折强度8.4MPa；
(2)、粗集料：大岛山产片麻岩质石子，4.75－26.5mm连续级配，压碎值17.8%;针片状颗粒含量3.2%；孔隙率43.2%;含泥量0.3%；表观密度=2.668g/ cm3
(3)、细集料：片麻岩质机制砂，细度模数2.9；表观密度2.660g/ cm3；MB值为0.9;石粉含量5.3%
(4)、粉煤灰：新海电厂I级粉煤灰
(5)、外加剂：武汉产PC-200型聚羧酸高性能减水剂；减水率31.2％
(6)、水：饮用水
4.2试验方法及结果
(1)、试验方法：按JTG/T F30-2014《公路水泥混凝土路面施工技术细则》、GB/T 50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》、JTG E30—2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》进行。
选用抗折M4.5和M5.5两种强度目标配合比进行设计、适配，每种等级混凝土采用固定水灰比、固定材料用量，只替换不同石粉含量的机制砂进行试验（减水剂只用于调整混凝土坍落度70mm）。
(2)、试验结果：对于抗折M4.5机制砂混凝土，石粉含量为10%~15%时28d抗折强度最佳5.35Mpa；对于抗折M5.5机制砂混凝土，石粉含量为7%左右抗折强度最佳6.83Mpa；最佳石粉含量对应的28d抗折强度比石粉含量为0％时高10－14％，当石粉含量超过临界值后，对应的28d抗折强度随着石粉含量的增加而降低，当石粉含量达到20％时，对应的28d抗折强度比临界值大约低10％。
在保持相同水灰比和水泥用量的条件下, 机制砂中石粉能增加混凝土抗折强度的主要原因在于机制砂中石粉改善了水泥浆与骨料界面间的粘结：
a、粗糙多棱角的颗粒限制了水泥石的变形及骨料颗粒之间的滑动；
b、良好的粘结界面,使得界面孔隙少,减少了应力集中；
c、石粉提高了水化产物的结晶程度,晶胶比的提高使混凝土在外力作用下的变形减小，断裂能随抗压强度的增大而增加。
从工作性来看：当石粉含量在最佳值时拌和物的需水量最小，当石粉含量超过临界值后需水量开始增加。细颗粒含量过少会使拌和物的粘聚性差，而细小的石粉颗粒填补了骨料间的间隙，一定程度上提高了混凝土的保水性和粘聚性，减少了泌水和离析现象，增加了混凝土浆量，从而改善了混凝土的和易性。但石粉含量超过临界值后，颗粒级配会不合理、减弱了骨架作用，混凝土的胶骨比偏离最佳值、稠度开始降低，其抗折性能也会随之下降。
5、结论
在保证机制砂亚甲蓝试验MB值≤1.4或快速法合格情况下，机制砂中石粉含量在配置抗折混凝土时有个最佳的范围，对于混凝土强度和工作性的影响来看，石粉含量的最佳值与集料的颗粒级配和混凝土中胶凝材料的单位用量相关：抗折M4.5机制砂混凝土，石粉含量为10%~15%时工作性及抗折强度最佳；抗折M5.5机制砂混凝土，石粉含量为7%左右工作性及抗折强度最佳；对应的最大28d抗压强度也在此范围。当石粉含量超过临界值后，对应的抗折强度随着石粉含量的增加而降低、混凝土工作性开始变差。
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