石粉对混凝土性能影响

石粉对混凝土性能影响

1原材料选择及试验方法

1.1试验材料

1.1．1、水泥

表1.1 水泥化学成分及物理性能

1.1.2、粉煤灰

表1.2 粉煤灰性能

1.1．3、矿粉

表1.3 矿粉性能

1.1.4、骨料

石子应连续级配，颜色均匀，含泥量小于1%，泥块含量小于0.5%，针片状颗粒不大于15%。本实验采用的碎石全部经过筛洗，碎石中的石粉含量可忽略不计。选用细度模数大于2.6的中砂，含泥量小于1.5%，质地坚硬，级配良好，其含水率较低且一直保持稳定，可以认为在试验过程中含水率保持不变。

1.1.5、外加剂

1.1.6、石粉

1.2 试件制作

参照《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2011），设计出本试验所用基准配合比，并按石粉掺量0%、10%、15%、20%、25%分别制作多组试件，配置混凝土时往搅拌机内按顺序加入石、水泥、石粉、砂，开动搅拌机，将水与减水剂徐徐加入，全部加料时间不超过2min，水全部加入后，继续拌和2～3min，将拌合物装入试模，并用振捣台振实，待试件成型后放入标准养护室养护。其中，用于抗压试验试件150×150×150mm不同石粉掺量的各3组，抗折试验试件100×100×400mm不同石粉掺量的各1组，抗渗试验试件175×185×150mm不同石粉掺量的各1组。

1.3 试验方法和试验过程

1.3.1、坍落度试验

在拌合均匀的混凝土拌合物中取出试样，分三层均匀的装入坍落度筒内，每层高度为筒高度的三分之一左右，每层用捣棒插捣25次。插捣应沿螺旋方向由外向中心进行，各次插捣应在截面上均匀分布。插捣底层时，捣棒应贯穿整个深度，插捣第二层和顶层时，捣棒应插透本层至下一层的表面；浇灌顶层时，混凝土应灌到高出筒口。坍落度筒的提离过程应在5～10s内完成，从开始装料到提起坍落度筒的过程中不间断的进行，在150s内完成。将筒放在一坍落的混凝土试样一旁。量测筒高与坍落后混凝土试样最高点之间的高度差，即为该混凝土拌合物的坍落度。

1.3.2、粘聚性试验

用导棒在已坍落的混凝土锥体一侧轻轻敲打。如果锥体在敲打后逐渐下沉，表示粘聚性良好。如果锥体突然倒塌或部分崩裂或发生离析现象，表示粘聚性不好。

1.3.3、保水性试验

保水性以混凝土拌合物中稀浆析出的程度来评定。坍落度筒提起后若有较多的稀浆从底部析出，锥体部分的混凝土因失浆而骨料外露。表明此混凝土拌合物保水性不好，若坍落度桶提起后无稀浆或仅有少量稀浆子底部洗出，表示此混凝土拌舍物保水性良好。

1.3.4、立方体抗压强度试验

将平整的刚垫板至于试验机下压板上对正，立方体成型侧面做承压面并使其与实验积压板轴心对齐，安放刚垫板，以0.5～0.8MPa／s的速度连续而均匀的加荷。当试件接近破损而开始迅速变形时，调整试验机油门，直至试件破坏，记录破坏荷载。试验在2000KN试验机上完成。

1.3.5、抗折强度试验

试件在试验机的支座上放稳对中，承压面选择试件成型的侧面。开动试验机，当加压头与试件将接触时，调整加压头和支座，接触均衡。加压头和制作均没有前后倾斜，各部分接触良好．以0.05～0.08MPa／s的速度连续而均匀的加荷。直至试件破坏，记录破坏荷载和破坏位置。

2、石粉对混凝土工作性能的影响

良好的工作性是混凝土质量均匀、获得高性能因而安全可靠的前提，随着施工技术和高层建筑的发展需要，混凝土的工作性愈来愈重要，良好的工作性因操作方便而加快施工进度，改善劳动条件，减小施工噪音，并为高性能混凝土的生产和施工提供可能性，但混凝土的流动性随时间的增加会降低，这部分损失主要是由胶凝材料的水化及混凝土中的水通过蒸发和吸收而减少引起的，除此之外，由于颗粒表面水化产物的存在而使颗粒之间的相互作用发生改变也是其工作性损失的原因。现对不同石粉掺量的混凝土工作性能进行试验，结果见图2.1。

图2.1 不同石粉掺量对混凝土工作性能的影响

在不改变水泥含量的情况下，不掺石粉的混凝土坍落度为190mm，且黏聚性与保水性均不好，混凝土的坍落度随着石粉掺量的增大而减小。从试验结果分析，少量的石粉能够提高混凝土拌合物的扩展度，增加流动性，这是由于石粉发挥了“微集料”作用的结果，混凝土的粘聚性也随着石粉含量的增加有较明显的改善，当石粉掺量达到15%时，混凝土的粘聚性由很差变为良好，混凝土的保水性也由不好变为较好，泌水情况也得到明显改善。石粉的掺入增加了浆体的粘滞性，使混凝土拌合物的粘聚性增加，因此降低了混凝土拌合物的坍落度，减少了混凝土的离析泌水。随着石粉掺量的继续增大，混凝土的流动性明显降低，这是由于石粉的比表面积较高，因此随着石粉掺量的增加，必然导致包裹石粉所需的用水量增加，从而降低了混凝土拌合物的流变性。

3、石粉对混凝土基本力学性能的影响

3.1石粉对混凝土抗压强度的影响

适量的石粉的掺入可以提高混凝土密实性，但过高的石粉含量会削弱骨料的骨架作用和降低水泥浆强度，从而降低混凝土强度。抗压强度是衡量混凝土力学性能最基本的指标，现有研究表明石粉对混凝土早期抗压强度的增加较为明显，一般认为掺入石粉对混凝土抗压强度的影响随混凝土龄期的增长而逐渐减弱。现对不同石粉掺量的混凝土的3d、7d、28d的抗压强度进行试验，结果见图3.1。

图3.1 不同石粉掺量对混凝土抗压强度的影响

如表一所示，石粉掺量为20%时，3d、7d和28d的混凝土抗压强度都是最高的，当石粉掺量超过20%时，过多石粉的加入，使得混凝土的级配不合理，粗颗粒的含量相对减少，减弱了骨架的作用，故对混凝土的强度有一些负面的影响，导致抗压强度下降。另外，石粉对混凝土3d抗压强度影响最大，其次是7d抗压强度，石粉对混凝土强度提高的幅度随混凝土龄期的增加而不断降低，所以石粉对混凝土早期强度的提高有较大的帮助。我们从石粉外掺混凝土三天抗压强度也可以明显地看到，无论石粉的掺量是多少，混凝土的强度均比不掺石粉的混凝土的强度要高。

3.2石粉对混凝土抗折强度的影响

混凝土的抗折强度是混凝土路面的主要质量指标。一般认为，混凝土的抗压强度是粗集料骨架的嵌挤和水泥浆的粘结作用而形成的，而抗折强度则靠水泥浆与集料接口的结合强度，这是理论上的理想强度，实际上抗折强度的形成机理受各种因素的影响，其工程中的强度与理论强度差别很大。现对不同石粉掺量的混凝土28d的抗折强度进行试验，结果见图3.2。

图3.2 不同石粉掺量对混凝土抗折强度的影响

实验结果可以看出，石粉对混凝土抗折强度的影响与石粉对混凝土抗压强度的影响规律是一致的，随着石粉含量的增加，混凝土的抗折强度有所增加，当石粉含量增加到20%时，抗折强度有降低的趋势。虽然石粉对混凝土抗压强度与抗折强度的影响规律是一致的，但不尽相同。石粉掺量在20%内，抗折强度随石粉的增加而增加，掺量大于20%时，由于过多的石粉降低了混凝土界面的粘结性能，降低了混凝土的抗折强度，对混凝土的抗折不利。

4、石粉对混凝土耐久性能的影响

混凝土的耐久性是指混凝土对气候作用、化学侵蚀、物理作用或其他破坏作用的抵抗能力。耐久性好的混凝土当暴露于使用环境时，具有保持原有形状、质量和使用性的能力，不会因为保护层碳化或裂缝宽度过大而引起钢筋锈蚀，不发生混凝土严重腐蚀而影响混凝土结构的使用寿命等破坏。关于石粉含量对混凝土耐久性的影响，本文对掺入石粉的混凝土进行渗水高度试验来进行分析。

4.1抗渗试验步骤

（1）、取期龄28d的试件并擦干表面，在试件侧面滚涂一侧溶化的石蜡，然后在压力试验机上将试件压入电炉预热过的试模，试件底面比试模底略高1～2mm，用电动砂轮机打磨试件高出试模部分直到平齐，并确定底面没有石蜡。

（2）、将试件装在试验机上，使水压在24h内恒定控制在1.2MPa，且加压过程不大于5min，应以达到稳定压力的时间作为试验记录起始时间。当有一个试件断面出现渗水时，应停止该试件并以试件的高度作为该试件的渗水高度。

（3）、加压24小时后卸下试件并放在压力机上，在试件上下两端面中心处沿直径方向各放一根直径为6mm的钢垫条，并确保它们在同一竖直平面内。开动压力机，将试件沿纵断面劈裂为两半，约2～3分钟后看清水痕并用墨汁描出渗水轮廓。

（4）、将梯形板放在试件劈裂面上，并用钢尺沿水痕等间距量测10个测点的渗水高度值。

4.2试验结果及分析

混凝土材料的腐蚀大多是有水及有害液体或气体侵入，产生物理和化学的反应发生的，其诸多破坏因素也与抗渗性能有直接的关系，通常认为抗渗性是评价混凝土耐久性最重要的指标。基于混凝土的抗渗性与耐久性存在的密切关系，大幅度提高混凝土抗渗性是改善混凝土耐久性的关键。现对不同石粉掺量混凝土28d的抗渗水高度进行试验，结果见图4.1。

图4.1 不同石粉掺量对混凝土抗渗性能的影响

石粉的加入改善了混凝土水泥浆体与骨料之间的过渡层。其中，界面过渡区将性质不同的水泥浆体和骨料连成一个整体，它对混凝土渗透性有最重要的影响。这种结构主要是由于集料和水泥浆的分散不均，造成水泥浆中的水分离析，积蓄在粗集料周围从而形成的。因此必须尽可能地抑制过渡层的生成，才能获得高抗渗性。而在原料、工艺与水胶比均相同的条件下，水泥石的密实度主要决定于胶凝材料的组分，在混凝土中合理掺加一定量的石粉，可有效改善过渡层的结构，并提高水泥石的密实度。正是由于上述原因，石粉的合理掺量能使得混凝土的抗渗性得到有效改善。但过量石粉的加入，一部分未参加反应的石粉聚集在骨料表面，降低了骨料的粗糙程度，影响了水泥浆体与骨料之间的胶结能力，损害了界面的性能，降低了混凝土的抗渗性。

5、关于石粉研究主要得到的结论

(1)适量的石粉可改善混凝土的工作性能。

(2)石粉对混凝土早期抗压强度的影响较为明显，随龄期的增加不断下降。石粉掺量在20%时，随石粉掺量的增加，混凝土强度逐渐提高，超过25%时，随石粉的增加，混凝土的抗压强度逐渐降低。石粉掺量在20%以内时，随掺量增加抗折强度随之提高，掺量超过20%时，抗折强度明显下降。

(3)石粉的掺入对混凝土的抗渗性能有一定的改善作用，并且随着石粉掺量的增加，混凝土的抗渗性能呈规律化，特别是当石灰石粉掺量达到20%时，混凝土的抗渗水高度降低了47.2％，说明石粉掺量在20%时混凝土的耐久性最好。

(4)综合考虑各试验结果，对各个石粉掺量的混凝土进行了物理力学性能以及耐久性的角度来看，石粉掺量为20%，混凝土各个方面的性能最佳，适合应用于工程实践中。