关于石粉含量影响C60高性能混凝土性能的研究

关于石粉含量影响C60高性能混凝土性能的研究

刘刚

深圳市鸿生建材有限公司广东深圳518000

摘要：本文根据具体实验，针对石粉含量影响C60高性能混凝土性能的情况作分析研究，在混合砂中配制不同比例的石粉含量进行对比试验，得出了石粉含量对C60混合砂高性能混凝土塑性开裂性以及抗压耐久性的影响规律，并提出了高性能混凝土的最佳配制方案，以期为有关方面提供必要的技术支持。

关键词：石粉；C60混凝土；收缩性能；影响；研究

前言

混凝土材料作为工程项目使用量最多的建筑材料，在各种建设工程中应用广泛。随着建筑技术的不断提升，对于混凝土使用性能的要求也越来越高，其中高性能混凝土的结构耐久性就是最重要的研究课题之一。现通过对配制混凝土时混合砂中的石粉含量作为研究对象，以具体试验进行石粉含量影响C60高性能混凝土性能的研究，旨在得出最佳的配置方案，从而获取最好性能的混凝土产品。

1试验

1.1原材料

水泥为P•II52.5级水泥；粉煤灰为F类I级粉煤灰，密度2.34g/cm3，细度（45μm筛筛余）5.1%，需水量比94%；磨细矿渣粉采用S95级矿渣粉，密度2.89g/cm3，比表面积403m2/kg，流动度比106%；机制砂为花岗岩机制砂；水泥、粉煤灰和矿渣粉化学组成如表1所示，粉煤灰、矿粉的矿物成分如图1、2所示；机制砂为花岗岩机制砂，河砂为优质河砂，基本物理性能如表2、3所示。

1.2试验方法

本试验以C60混合砂高性能混凝土为研究对象，对比研究不同量石粉对高性能混凝土结构性能的影响。试验所用混凝土配合比如表4所示。具体试验方法如下：

1.2.1早期塑性开裂

采用尺寸为100mm×600mm×800mm的平板型模具，模具四边用角钢焊接而成，通过螺栓与底板固定于一体，模具内部铺设七根分别用50mm×50mm、40mm×40mm角钢与50mm×50mm钢板焊接而成的裂缝诱导器，并平行于模具短边。具体如图3所示。试验具体步骤参照GB/T50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》进行。

试验时，应使混凝土表面略高于试模，并用捣棒进行插捣。然后用抹刀抹平表面，使得表面看不到粗骨料。混凝土成型30min后，将风扇摆至适当位置，并设置规定风速（5±0.5）m/s，使风速与裂缝诱导器平行，并且刚好处于试件表面正上方100mm处。并使用40倍读数的显微镜对试件表面进行跟踪观察。主要观察各个配合比所成型试件的裂缝数量，裂缝宽度、裂缝长度以及最早出现裂缝的时间。一直观察到24h试验结束。各抗裂性指标按如式（1）、（2）计算：

式中：b——单位面积的开裂裂缝数目，根/m2；

N——总裂缝数目，根；

A——平板的面积0.48m2。

c=a×b（3）

式中：c——单位面积上的总裂开面积，根/m2。

1.2.2自收缩

采用试件尺寸为515mm×100mm×100mm的棱柱体试块，测试过程中，整个测试装置（包括试件、传感器等）固定于具有避振功能的固定式试验台上。试验装置如图4所示。

式中：εa（t）——t龄期时试件的自收缩；

L0——试件初始长度，mm；

Lt——t龄期时试件长度，mm。

2结果与讨论

2.1早期塑性开裂

主要以试件单位面积上的总开裂面积作为混凝土早期开裂等级的控制指标。并按JGJ/T193—2009《混凝土耐久性检验评定标准》对早期抗裂性能进行等级划分，具体划分标准如表5所示，试验结果如表6所示。

由表5可知，L-MRS3、L-MRS5、L-MS7单位面积上的总开裂面积c的大小依次递减，且抗裂等级均为V级；而L-RS0的c比其他3组大很多，且开始出现裂缝时间也较L-MRS3、L-MS7更早，抗裂等级是IV级。但对比他人研究的普通混凝土能够看出，该混合砂高性能混凝土的早期抗裂性能远比普通混凝土的要好。其原因是大量掺入矿物掺和料，不仅可以取代大量水泥，从而减少水化热的释放，而且可以改变混凝土中水泥石的应力状态，减少甚至阻止了裂缝的产生。除此之外，从上表可以明显看出，纯河砂混凝土比混合砂和纯机制砂混凝土的早期抗裂性能差很多。原因可能为纯天然河砂光滑圆润，而机制砂形状不规则、多棱角、表面粗糙，相较于河砂更具咬合力，从而使得混凝土的早期抗裂性能更好。

对比表5中L-MRS3、L-MRS5、L-MS7可知，随着石粉含量（3%、5%、7%）的增加，最大裂缝宽度逐渐变小，单位面积上的总开裂面积c逐渐变小，即早期抗裂性能越来越好。主要由于：一方面石粉颗粒细度比水泥还细，且石粉具有一定的惰性，可以填充水泥石中的大孔隙，使得水泥石更加密实，减少了混凝土中自由水蒸发的渠道；另一方面石粉的晶核效应可以加快水泥的水化，使得水化反应的固相体增多，在增大混凝土早期的抗拉强度的同时因水泥水化热的释放降低了混凝土的收缩。所以，在适当的石粉含量范围内，石粉含量越大，混凝土的早期抗裂性能越优。

2.2自收缩

表3中各配合比所成型的试件不同龄期抗压强度值如图5所示，各试件的自收缩试验结果数据如图6所示。

由图6可知，L-MRS3的1d早龄期自收缩率值最小，L-MS7的自收缩率值最大。3d龄期之后，L-MRS5的自收缩率值最小，L-MS7的自收缩率值最大。随着时间的延长，自收缩率均慢慢增大，到12d龄期左右，自收缩率均趋于稳定不变的状态，且自收缩率值从大到小的顺序依次为L-MS7（石粉含量7%）、L-MRS3（石粉含量3%）、L-RS0（纯河砂）、L-MRS5（石粉含量5%）。说明当细集料中石粉含量增加时，混凝土的自收缩率值呈现先降低后升高的趋势，即混合砂混凝土的自收缩性能最优时的最佳石粉含量为5%，且比纯河砂混凝土的自收缩性能更好。同时对比同批次试件的各龄期强度值图5可知，混凝土的抗压强度与其自收缩性能基本对应，混凝土的抗压强度越高，其自收缩性能就越好。该现象充分说明，适当的石粉含量，可以使混凝土中集料的级配更优，改变混凝土的内部结构使其更加密实，且适量的石粉还可以起到微集料填充效应、成核加速水泥水化反应作用，使水泥石更加密实，从而减小了混凝土的自收缩。因此，石粉含量为5%的L-MRS5才会自收缩性能最好，同时抗压强度值也最大。

3结论

综上所述，本试验对掺入不同量石粉的混凝土性能进行了一系列的试验研究，分析了不同石粉掺量对其物理及其它性能的影响规律，得出以下主要结论：对混凝土的结构性能而言，石粉最佳掺量在5%左右，此时混凝土早期塑性开裂性能以及自收缩性能最高。因此，以最佳石粉含量的混合砂进行混凝土配置，大大提高了混凝土的使用性能，本试验所得值得建设施工人员重点关注并进一步应用。

参考文献：

[1]范德科、马强、周宗辉、单立福、孔凡胜、王忠浩.石粉对机制砂混凝土性能的影响[J].硅酸盐通报.2016（03）.

[2]刘战鳌、周明凯、李北星.石粉对机制砂混凝土性能影响的研究进展[J].材料导报.2014（19）.