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水利建设 与管理 2 0 1 1 年 第 2期 不同石粉含量对机制砂混凝土性能的影响 宋德 明 宋业政 张存暖 ( 山东临沂水利工程总公司 2 7 6 0 0 6 ) 【 摘要 】 本文试验 了机制砂 的可用级配范围和适宜级配范围， 测定 了不同石粉含量混凝土的力学 、 热学性能数据， 做了干缩和自生体变形观测， 详尽地试验了不同石粉含量混凝土的抗渗性和抗冻性。通过大量的试验说明： 机制砂 混凝土 的抗压 强度、 劈裂抗拉 、 轴心抗压 、 轴心抗拉 、 弹性模量 、 极 限拉伸等力学性能， 随着石粉含量 的增多略低于机 制砂掺量低 的混凝土 ， 但差别 不大 ； 机制砂混凝土的和 易性很好 ， 能提高密实性， 抗渗性能达到 w1 9 ， 抗冻性能达到 3 0 0次冻 融循环， 且动弹模均在 8 0 以上 ， 达 到了耐久性 1 0 o年混凝土的指标。 【 关键词】 机制砂石粉混凝土性能 耐久性 随着河砂资源的 日 益减少 ， 机制砂 的使用迫在眉睫。 实践表明： 使用粒形良好 、 级配合理、 洁净耐久的机制砂 ， 可以增加混凝土的密实度、 提高混凝土的强度 、 改善耐久 性。 但是， 机制砂的石粉含量以多少为宜? 水工混凝土施 工规范 中规定机制砂的石粉含量为 6 1 8 ， 不同石粉 含量对混凝土的性能影响如何? 带着这些问题 ， 我们对机 制砂进行了混凝土性能对比试验。 1 机制砂的颗粒级配特征 机制砂是利用细碎石子轧制、 筛分制得的。 筛分小于 0 1 6 0 m m的为石粉。图 1 显示了 6 1 8 石粉含量的机 制砂的筛分曲线，可以看出，曲线大部分落在 I I 区范围 内， 仅石粉段超 出， 这符合石粉含量较多的机制砂筛分 曲 线的一般规律。 机制砂可用级配范嗣的细度模数为 2 8 1 3 8 9 ， 适宜级配范围的细度模数为 2 3 4 3 1 9 。 一 一 娟 蛭 土 皿 l ； 图 1 不同石粉含量机制砂筛分 曲线 2 不 同石粉含量 的混凝土性能试验 2 1 拌和物性能 由表 1的试验结果可以看出 ，三种不同石粉含量的 表 1 拌和物性能试验结果 石粉含量 坍落度 含气量 密度 初凝 时间 终凝时间 编 号 ( ) ( mm) ( ) ( k g m ) ( h ：mi n ) ( h ：mi n ) Bl 6O 5 6 48 2 3 l 8 6 ： 5 0 8 ：o o B一 2 1 1 4 5 3 4 6 2 3 22 6 ： 5 0 8 ： 1 O B- 3 1 8 0 5l 4 6 2 3 2 6 6 ：5 5 8 ： 2 5 混凝土坍落度和含气量以及凝结时间没有大的改变 ， 均 满足要求。 随着石粉含量的增加 ， 坍落度和含气量略为变 小 ， 但是拌和物的密度有增大之趋势， 说明石粉能增加混 凝土的密实性。 2 2 物理力 学性 能 2 2 1 抗压性能 已一 宝 骤 跫 妇 I j毒 ； 詈 i； 一 一 6 卜 -l 4 0 ， 矗 r _1 8 lJ 2O ( 4f ) 6( ) 7 I l 8 0 X 1 j r 耵 龄期 f d) 图 2不同石粉含量的机制砂混凝土强度增长 曲线 a 由图 2 可以看出， 石粉含量高的混凝土 3 天、 7 天 、 2 8 天和 9 0 天强度均略低于石粉含量低的混凝土， 但差别 不大。强度增长曲线特征一致。 钟 宋德 明等 不同石粉含量对机制砂 混凝土性 能的影响 3 9 b 7天前 立方体 抗压强 度与轴 向抗 压强度基本 相 同， 2 8天后的轴压强度低于立方体抗压强度 5 7 。 2 2 - 2 抗拉性能 a 轴拉强度大约是劈裂抗拉强度 的一半 ，是立方体 抗压强度的 1 1 3 。 b 轴拉强度 随着石粉含量 的增加 而微低 ，在石 粉 含 量 6 1 8 的范 围内轴拉 强 度 的差 别 只有 0 2 MP ( 见表 2) 。 表 2 劈裂抗拉强度 、 轴拉强度、 极 限拉伸值试验结果 石粉含量 劈裂抗拉强度 ( MP a ) 轴拉强度( MP a ) 极 限拉伸值( 1 O ) ( ) 3 d 7 d 2 8 d 9 0 d 7 d 2 8 d 9 0 d 7 d 2 8 d 9 0 d 6 3 0 5 3 l 5 0 5 6 6 l 1 7 8 2 7 3 9 2 9 0 1 O1 l 1 7 l 1 4 3 O 2 37 9 5 O 2 6 5 6 1 7 4 2 62 3 8 l 8 8 9 8 1 1 4 l 8 29 8 3 7 2 4 9 8 6 5 3 1 47 24 9 3 7 3 8 5 9 4 1 0 6 C 从轴拉强度随龄期的增长规律来看 ， 7天前的轴拉 强度较低 ， 仅 占最大轴拉强度的 4 0 ， 3天的轴拉强度不 足 1 0 MP a ( 见图 3 ) 。反映出了机制砂混凝土前期抗拉强 度低的客观规律 。 4 f l 3 s 羔3f J 2 5 矮2 0 1 5 J t J ( I 5 0 0 图 3 轴 向拉伸强度 曲线 d 极限拉伸。 试验结果表明 ： 石粉含量高的混凝土极 限拉伸值 比石粉含量低的混凝土略低 ，其中 7天极 限拉 伸值为 ( 8 5 9 0) x1 0 ，应该重视混凝土的初期防裂措施 ( 见 图 4 ) 。 l 2I 】 i I l I ( 1 著 I f )f 】 鬟 l l 20 3 0 l ( J J l 7 I I ( 1 )1 H 龄期 ( d) 图 4 机制砂混凝土极限拉伸增长线 2 。 2 3 弹性模量 试验表 明 ： 轴压弹模 与轴拉 弹模接近一致 ， 两者 的 平均之差小 于 O 2 G P a 。石粉含量高 的混 凝土轴压弹模 和轴拉 弹模均 略低 于石粉含量低 的混凝 土。各组 混凝 土的 2 8天轴压弹模在 3 5 3 3 6 2 G P a ； 2 8天轴拉弹模 在 3 6 4 3 7 2 G P a ( 见表 3 ) 。轴压弹性模量 随令期的增 长规 律 见图 5 。 表 3 轴压弹模与轴拉弹模试 验结果 石粉含量 轴压弹模( G P a ) 轴拉弹模 ( GP a ) ( ) 7 d 2 8 d 9 0 d 7 d 2 8 d 9 0 d 6 33 9 3 6 2 4 0 5 3 36 3 7 2 4 02 l 1 4 3 4 3 6 I 40 3 3 1 3 6 8 3 9 4 l 8 3 2 8 3 5-3 3 9 1 3 2 盘 3 6 4 3 9 5 I 一 ， 一 _ 一 _ e 6 1 I 4 l 8 0 1 0 2 t 3 0 4 ( 1 5l l “l 7 0 图 5 弹性模量过程线 含有石粉 的机制砂混凝土 的抗压强度与劈裂抗拉 、 轴压弹模关系密切 ， 两者呈线性相关( 见图 6 ) 。 a 抗压强度( ) 与劈裂抗拉的关系为 劈裂抗拉( MP a ) = 0 1 2 7 R+ 0 4 5 1 6 b 抗压强度( R) 与弹性模量的关系为 弹性模量( G P a ) = 0 2 8 6 R + 2 5 9 2 3 耐久 性 3组混凝土养护至 2 8天龄期后进行了抗渗试验和抗 冻试验。抗渗试验采用逐级加压至 2 0 MP a ，劈开试件观 舱 一 0 蛹 掣器瑙暴 宋德 明等 不 同石粉含量对机制砂 混凝土性 能的影响 图 6 机制砂混凝土抗压强度与劈裂抗拉、 轴压弹模关 系 察渗水高度的方法 。抗冻融 试验采用快冻法观测相对动 弹模的下降值。试验结果见表 4 。 a 抗渗结果表明： 不同石粉含量的混凝土抗渗等级均 大于 WI 9 。其中，渗水高度还随着石粉含量的增加而减 小。 因此， 石粉含量在 6 0 1 8 之间时 ， 适当增加石粉含 量对抗渗有利。 b 各组混凝土的抗冻等级均超过 F 3 0 0 。石粉含量为 1 8 O 的一组经过 3 0 0 次冻融循环后 ， 相对动弹性模量仍 表 4 抗 渗、抗冻 试验结果 石粉含量 渗水高度 相对渗水高度 相对动弹性模量 ( ) 编号 抗渗等级 抗冻等级 ( ) ( mm) ( ) 5 0 l O H0 2 0 0 3 0 HD KS l 60 2 8 1 87 W l 9 1 o o 9 8 9 5 9 2 F3 o o KS 一 2 l 1 4 2 5 1 6 7 W l 9 l O O 9 9 9 5 91 F 3 0 0 KS - 3 l 8 0 21 1 4 0 W 1 9 9 6 9 2 8 8 81 F 3 0 o 在 8 0 以上， 达到了耐久 1 0 0 年混凝土的抗冻指标。 2 4 变形性能 a 混凝土干缩率随着石粉含量的增加而增大 ，石粉 含量为 6 0 的混凝土 l 8 0 天干缩率为 3 0 2 1 0 4 ，石粉含 量为 1 8 O 的混凝土 1 8 0天干缩率为 3 2 8 1 0 - ( 见表 5 ) 。 随着石粉含量 南6 增至 1 8 ， 干缩率增加 9 。 表 5 混凝土千缩 试验结果 石粉含量 干 缩 率 ( 1 0 ) 编号 ( ) l d 3 d 7 d 1 4 d 2 1 d 2 8 d 6 0 d 9 0 d 1 2 0 d l 5 0 d 1 8 0 d GS 一1 60 6 9 9 7 1 4 7 l 9 5 2 2 9 2 51 2 7 2 2 8 8 2 9 2 2 9 9 3 O 2 GS - 2 1 1 4 6 8 9 8 l 5 O 2 O O 2 3 6 2 6 6 2 8 3 2 9 6 3 0 1 3 0 7 3 0 9 GS -3 1 8 0 7 0 1 0 5 1 5 9 2l 1 2 4 7 2 7 9 2 9 8 3 0 3 3l O 3 21 3 2 8 b 自 生体积变形试验。 由图 7可以看出， 石粉含量为 6 0 和 l 1 4 的两组混凝土自生体积变形接近 ，石粉含 量为 1 8 0 的混凝土无论早期 的微小膨胀还是后期 的收 缩均 比其他两组略大。 |- r 1 J SP2 ll 4 一 川 ” f 2 蝙 I i 2 I ) l (=) 图 7自生体 积 变 形试 验 结果 2 5 热学性 能 对三组混凝 土进行 了包括线膨胀系数 、 比热 、 导热 系数 、 导温系数 和绝热温升在内的热学试验 ， 试验结果 见 表 6 。 各组混凝土的线膨胀系数均为 6 3 1 0 - 6 C， 3 0 时的 比热在 O 9 6 3 9 0 9 6 7 8 10 ( k g () 之间 ， 导热系数在 8 3 0 7 8 3 1 5 10 ( m h ) 之 问 ， 导 温 系 数 在 0 0 0 2 8 1 9 0 0 0 2 8 2 4 m2 11 之间， 不同石粉含量混凝土的比热、 导热系 数 、 导温系数没有明显差别， 非常接近一致。 机制砂混凝土的绝热升温在 3 6 2 3 7 2 之间 ，石粉 含量高的混凝土绝热温升值略高。 为了研究机制砂 中石粉含量对胶凝体系水化热的影 响， 进行了细石粉掺量和细砂的对 比试验( 见表7 ) 。 对比试验结果可以看 lq J ，同样是掺加 8 0 I x m细石粉， 掺量为 l 0 的 3 天 、 7 天 、 1 4 天水化热均高于掺量为 5 5 o 0 一 一 B d 至 一 爨歌j 丑 要 枷 一 = 氍嚣 匹 宋德 明 等 不 同石 粉 舍 量对 机 制 砂 混 凝 土性 能 的 影 响 4 1 表 6 热 学 参 数 试 验 结 果 线膨胀系数 比热公式 比热( 3 0 o C) 导热 系数 导温系数 绝热温 升值 编号 ( 1 0 - 6 ) ( 1 5 - 6 0 有效1 k J ( k g ) k J ( m h o C) ( Il 1 h ) ( ) R一1 6 3 C =0 3 9 6 8 + 0 0 3 7 0 t 一 0O 0 0 6 t 0 9 6 6 8 8_3l 2 O o o2 8 21 3 6 2 R一2 63 C ：0 3 9 6 9 + 0 0 3 6 9 t 一 00 0 o 6 f 0 9 6 3 9 83 0 7 0 【 x 】 2 8 2 4 3 64 R一3 6 _ 3 C =O 3 9 78 + 0 0 3 7 0 t 一 0O 0 0 6 t 0 9 6 7 8 8-31 5 00 02 8 l 9 3 72 表 7 水 化 热 试 验 配比 及 结 果 水化热 ( J g ) 配比 水 水泥 粉煤灰 石粉 l d 3 d 7 d 1 4d 8 t i m5 1 4 0 2 4 5 l O 5 3 1 6 5 8 1 5 l ， 8 2 01 ， 】 2 3 8 9 8 0 m 1 0 l 4 0 2 4 5 】 O 5 6 2 6 5 ， 4 1 5 2 3 2 o 4 4 2 4 4l2 31 5 t r nl O l 4 0 2 4 5 】 O 5 6 2 6 35 l 4 8 9 1 9 8 8 2 3 7 6 的， 而同样掺加 1 0 的情况下 ， 掺加 8 0 x m细石粉和掺加 3 1 5 “ m的细砂相 比，各龄期细石粉的水化热均比掺加细 砂的水化热高。由此可以认定胶凝材料体系中细颗粒的 粒径和含量对水化热有影响，细石粉的含量增加会提高 水化热。 因此 ， 在水化热需要控制的混凝土中， 8 0 t in细石 粉的含量应该得到控制。 3结语 a 不同石粉含量的混凝土拌和物的坍落度 、 含气最 、 凝结时间与黄砂混凝土拌和物的坍落度 、 含气量 、 凝结时 间接近一致 ， 满足水工混凝土的施工要求 。 b 抗压强度 、 劈裂抗拉 、 轴心抗压 、 轴心抗拉 、 弹性模 量 、 极限拉伸等物理力 学性能 ， 随着石粉 含量的增 多 ， 各 种抗压 、 抗拉强度略低于石粉含量低的混凝土 ， 但差别不 大。 石粉含量高的混凝土的轴压 ( 拉) 弹模和极限拉伸值 也比石粉含量低的混凝土略低 ， 但都基本一致。 c 不 同石粉含量混凝土的抗渗性均达到 W1 9等级 ， 只是在渗透水高度上略有差异 ；抗冻性能也同样全部达 到 F 3 0 0等级 ， 最低 的柏对动弹模仍在 8 0 以上 ， 达到了 耐久 1 0 0年混凝土的抗冻指标。 d 不同石粉含量混凝土 的于缩和 自生体积变形规律 是 ： 随着石粉含量的增多 ， 干缩和 自生体积变形也以相应 增多。在石粉 含量 6 1 8 之间， 干缩和 自生体积变形也 增) J 日1 1 0 。 e 热学性能。 不同石粉含量混凝土的线胀系数、 导热 导温系数没有多大差异 ， 基本保持一致。 f 机制砂 的颗粒级 配应 为 ：小于 0 6 ra m 的颗粒含 量不 能小于 3 0 ，大 于 4 7 5 ram 的颗 粒 含量不 能超过 1 0 。 总之 ，j种不同石粉含量的混凝土进行的各项性能 试验结果 表明：石粉含量超量掺入可能使混凝土力学性 能略有下降、 体积变形性能略有增加 ， 但能提高混凝土的 抗渗性和抗冻性， 对混凝土的和易性具有改善功能 ， 能提 高混凝土的耐久性。建议推广使用。 ( 上接第 7 o页) 耐久性了 目标 ， 所评判的老化程度 皆为四 级 ， 即可靠性严重不符合国家现行标准规范要求 ， 已无法 正常使用 ， 需降低标准使用或报废重建 。在报废重建前 ， 必须采取应急措施 ， 确保工程安全 。根据 水 闸安全鉴定 规定 ( S L 2 1 4 8 ) ， 勿甫引水枢纽评定为四类闸 ， 建 议降 低标准运行或报废重建。 勿甫 引水枢纽为叶尔羌河上的第二级引水渠首 ， 担 负着叶尔羌河西岸总干渠的补充引洪 ，向苏库恰 克水库 引洪蓄水 ， 解决巴楚 、 岳普湖两县春旱缺水 问题 ， 补充莎 车县的勿甫 、 荒地灌 区用水 ， 以及保证莎车县东方红水库 的蓄水等任务。 鉴于勿甫引水枢纽在叶尔羌河流域灌 区的重要性 ， 建议对勿甫引水枢纽报废重建。