解析破碎机生产人工砂石对混凝土常规性能方面的影响

　　人工骨料系指天然岩石经破碎机破碎的产品。其中小于5mm , 大于0. 16mm 的细颗粒称人工砂, 小于0. 16 mm 的微细粒称石粉。水电站工程采用的人工砂是经破碎机配合振动筛生产的。砂子石粉含量高, 根据水工混凝土施工规范(SDJ - 207- 82)要求, 砂子石粉含量控制标准为 6%～ 12% , 而铁十八局生产的人工砂石粉含量控制指标为18%±2%。由于石粉含量高, 超过规范要求, 在以前的混凝土生产中是少有的。目前又没有明确的质量控制标准, 为了保证混凝土质量, 节约原材料, 降低混凝土造价, 现场试验人员在混凝土施工中, 对人工砂石粉含量进行了抽样分析试验。现将试验结果及使用情况进行粗浅的总结。

　　2　人工骨料基本性质

　　2. 1　粗骨料

　　天然岩石经破碎机破碎制成粒径为 5～ 80 mm 的颗粒, 分为大、中、小三级, 主要采用岩石是白云质灰岩及石灰岩。

　　2. 2　细骨料

　　即人工砂, 主要由白云质灰岩及石灰岩制成, 细度模数控制指标为 2. 8±0. 2, 石粉含量为 18%±2%。主要物理指标见表1。

人工骨料主要物理性质指标表

　　3　人工砂的一些特点

　　从砂子颗粒组成分析表中可看出, 砂中细颗粒偏少, 平均细度模数 2.76, 当细度模数控制在2. 8左右时, 石粉含量的波动也是比较稳定的, 一般在18%。通过对33 组人工砂的回归分析, 发现细度模数与石粉含量有密切的相关关系。也就是说石粉含量的变化是随细度模数的变化而发生变化, 当细度模数越小, 石粉含量越高; 当细度模数越大, 石粉含量越低; 当石粉含量小于 17%时, 细度模数大于 3;当石粉含量大于20%时, 细度模数小于2. 8。

　　从砂子颗粒组成分析表可以看出, 当砂子石粉含量在 20%左右时, 砂子各粒径的含量基本在中砂区, 而0.315 mm 以下的颗粒在细砂区, 这表明人工砂粗颗粒偏多, 细颗粒偏少, 特别是 0. 63 mm 至0. 315 mm一级的颗粒。粗颗粒表面粗糙, 使混凝土拌和物的和易性变差, 为了改善混凝土拌和物和易性。这需要部分微细颗粒作为细小颗粒的补充, 改善混凝土拌和物的和易性, 同时微细颗粒可对混凝土微孔起填充作用, 增加混凝土密实性。

　　不同石粉含量的人工砂, 对吸水率有一定的影响, 试验表明, 当石粉含量从 9%增加到 16%时, 吸水率增加1% , 由于混凝土配合比设计时, 砂子是按饱和面干状态计算, 因此吸水率的增加不会影响混凝土用水量的增加。从 11 组人工砂小于 0. 16 mm的颗粒中, 测得大于 0. 08 mm 的颗粒含量占 20% , 小于0. 08mm 的颗粒占80%。从细度看, 石粉的细度接近水泥细度, 因此, 石粉的含量在拌和物中可起到非活性填充材料, 增加水泥浆含量的作用。人工砂石粉比重与人工砂比重基本上相同, 石粉偏大一点,这主要是磨细的石粉基本上消除了孔隙的影响, 因此大于砂的比重, 这是符合比重变化规律的, 同时说明石粉在材质上是与砂相一致的, 不属于轻物质。

　　4　石粉含量对混凝土的影响

　　4. 1　对混凝土强度的影响

　　试验采用相同的配合比, 相同的水泥, 砂子细度模数基本相同, 砂子石粉含量不同对混凝土强度影响不同, 不同石粉含量对混凝土强度的影响见表 2。

不同石粉含量对混凝土强度的影响表

　　从表中可看出, 当石粉含量分别为 8%、16%、25% , 石粉含量 16%时, 坍落度最大, 而强度与8%的相比只降低了 6. 0% , 而石粉含量 8%的, 坍落度只有 3 cm。这主要是由于细颗粒偏少, 不能包裹粗颗粒, 使粗颗粒之间摩擦阻力增大, 因此降低了混凝土拌和物的和易性。如果要保证坍落度一致, 将增大用水量, 如保持水泥用量不变, 将增大水灰比, 因此石粉含量 8%的混凝土强度将不会高于16%的强度。从机口抽样检查抗压强度1000 多组, 强度合格率在 95%以上, 离差系数在0. 15以下, 强度保证率在90%以上。详见混凝土试验资料统计报表3。从现场抽样统计结果, 90 d龄期, 强度增长率达130%～135%。   

混凝土试验资料统计报表

　　4. 2　对混凝土抗拉强度的影响

　　从现场抽样采用劈裂法, 做混凝土抗拉试验, 试验结果表明, 人工砂石粉含量在 15%～20%时对抗拉强度无明显影响。从试验结果分析, 相同龄期的抗拉强度与抗压强度的比率范围, 随水灰比的变化, 各种条件的不同, 有一定的变化, 一般在1／12～ 1／15之间, 在各种条件相同时, 比率主要随抗压强度的增高而减小, 人工骨料混凝土抗压、抗拉强度对比见表4。

    
人工骨料混凝土抗压、抗拉强度对比表

　　4. 3　对混凝土抗渗性能的影响

　　工程混凝土抗渗能力设计要求S 6S 4。现场抽取了龄期为 28 d、 90 d 水灰比试件, 抗渗试验采用逐级加压法, 试验结果均满足设计要求, 全部大于S 6。

　　4. 4　对混凝土拌和物的影响

　　通过两年时间的使用, 采用人工砂生产混凝土近25万m³, 当石粉含量低于 15%时, 混凝土拌和物和易性较差, 保水性不好, 施工、振捣困难, 就是增加砂率也很难改善混凝土和易性。当石粉含量大于15%时, 混凝土拌和物和易性明显得到改善, 流动性增大, 泌水减小, 容易振捣, 在振捣作用下能够均匀、密实的填满模板的角落。这主要是由于石粉的细度基本与水泥细度相同, 因此石粉含量的增加, 相当于增加了水泥净浆的数量, 减少了砂子之间的摩擦, 增加了砂浆的流动性, 改善了砂浆的保水性及混凝土的和易性。

　　过去在国内外绝大多数混凝土施工中, 都将细骨料中的微细粒冲掉, 降低了骨料利用率, 增加了工程造价。目前已有很多资料研究表明, 微细颗粒对混土的各项性能有很大的影响, 对此人们给予了极大的重视, 开展了一系列试验研究工作, 并在工程实践中使用, 以寻求人工砂中石粉含量的最佳控制限值范围, 在保证质量的前提下, 改善混凝土的性能, 提高砂子利用率, 降低工程造价。实践证明人工砂石粉含量在15%到20%之间, 对混凝土拌和物的各项性能有明显改善作用, 特别是大体积混凝土, 由于温控要求,将使水泥用量减少到了最低用量, 以及低标号贫混凝土, 当使用人工砂石粉含量偏小时, 细度模数偏大, 离析现象将更为严重, 而砂中含有适当的石粉将补偿水泥用量的不足, 提高混凝土拌和物粘聚性减少析水, 增强保水性, 减少砂子与石子摩擦, 增大拌和物流动性, 改善混凝土拌和物和易性。有关资料及试验表明, 当混凝土使用较大水灰比时, 拌和物和易性差, 而石粉含量在1%～ 20%时,混凝土和易性极较好, 在水工混凝土中, 当水灰比大于0. 55时, 混凝土抗渗性能不稳定, 但从现场抽样结果看, 当水灰比在0. 58～ 0. 63时, 混凝土抗渗仍比较稳定, 均大于S 6要求, 由此可见, 适当石粉含量可填充混凝土的微细孔隙, 增加混凝土的密实性, 改善混凝土的抗渗性, 有资料表明, 石粉含量不大于20%时, 水灰比小于0. 55。混凝土90 d 龄期抗渗级别可达S 13以上。

　　本文仅就人工砂石在混凝土生产中对混凝土常规性能方面的影响分析, 至于对混凝土的特殊性能, 如抗冲、耐磨、抗裂、干缩等方面的问题有待进一步的研究分析。