關(guān)鍵詞：機(jī)制砂；混凝土；特性；石粉
0 引言
隨著環(huán)境保護(hù)的加強(qiáng)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的迅速發(fā)展，河砂資源日益匱乏，價(jià)格上漲。同時(shí)砂作為大宗建筑材料，不適宜遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，一般建筑施工均采取就地取材的方式選取原材料。因此，各地在生產(chǎn)機(jī)制砂時(shí)，多選用當(dāng)?shù)禺a(chǎn)抗壓強(qiáng)度較高、無堿活性的巖石作為制砂母巖。我國(guó)幅員遼闊，各種巖性巖石分布廣泛，其中石灰?guī)r礦分布最為廣泛，但有些地區(qū)還廣泛的分布著其他巖性的巖石，例如我國(guó)東南和東北地區(qū)花崗巖廣泛分布，而我國(guó)西南、內(nèi)蒙和南京等地區(qū)又是以玄武巖分布為主[1-3]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)集料巖性對(duì)混凝土性能的影響做了大量的研究，多注重于粗集料影響混凝土性能的研究，且集中于堿一集料反應(yīng)等耐久性方面，而機(jī)制砂巖性對(duì)混凝土性能的影響研究相對(duì)較少[4]。因此，筆者從機(jī)制砂及其石粉特性著手，采用不同母巖巖性的機(jī)制砂代替河砂，研究巖性變化對(duì)混凝土性能和微結(jié)構(gòu)的影響。
1 材料與方法
1.1 原料
試驗(yàn)用水泥為北川中聯(lián)生產(chǎn)的P·O 42.5R級(jí)水泥，其密度為2.95g/cm3，比表面積為455m2/kg，主要性能指標(biāo)見表1。峨眉山市某礦區(qū)玄武巖經(jīng)破碎制得玄武巖機(jī)制砂；石英質(zhì)機(jī)制砂來自四川廣安晟通公路檢測(cè)公司(四川華鎣山市)；河砂取自綿陽(yáng)涪江，經(jīng)水洗曬干備用。
1.2 試驗(yàn)方法
分別按GB/T 14684-200l《建筑用砂》和JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)定試驗(yàn)用砂的堆積密度、孔隙率、級(jí)配及細(xì)度模數(shù)；分別按GB/T 50080一2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》和GB/T 5008l—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)定混凝土的工作性能和力學(xué)性能．試摸尺寸為100mm×100mm×100mm,修正系數(shù)為0.95。物相分析儀器為荷蘭隊(duì)PANaIycjcal公司X’Pert PR0型粉晶X射線衍射儀；SEM分析儀器為日本東芝公司TM-1000型掃描電子顯微鏡。
2 結(jié)果與討論
2.1 機(jī)制砂及石粉的性能與微結(jié)構(gòu)
2.1.1 機(jī)制砂與河砂的物理性質(zhì)
機(jī)制砂在顆粒形貌、級(jí)配和石粉含量方面與天然河砂都存在著明顯的差異，對(duì)混凝土性能的影響也大為不同[5]。試驗(yàn)測(cè)定的機(jī)制砂與河砂相關(guān)物性見表2，結(jié)果表明：石英質(zhì)機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)、堆積空隙率小于河砂，但石粉含量、表觀密度和堆積密度均高于后者；而峨眉山玄武巖機(jī)制砂的上述指標(biāo)均高于河砂。機(jī)制砂的這些特點(diǎn)決定了其對(duì)混凝土的工作性和力學(xué)性能將產(chǎn)生不同的影響。
2.1.2 機(jī)制砂與河砂的級(jí)配對(duì)比
由于機(jī)制砂為機(jī)械破碎而成，不同的巖性決定了其在相同破碎條件下產(chǎn)生顆粒群分布的差異。峨眉山玄武巖主要含基性長(zhǎng)石、輝石等礦相和一定量的玻璃質(zhì)結(jié)構(gòu)，其晶質(zhì)成分高，主要礦物硬度大(摩氏硬度大于6，接近石灰石的2倍)，結(jié)晶構(gòu)造牢固，具有較高的表面硬度和機(jī)械強(qiáng)度。因此，其破碎較困難．同時(shí)，易產(chǎn)生細(xì)碎的粉體顆粒，即石粉。故峨眉山玄武巖機(jī)制砂在O.6mm以上的顆粒比河砂多8％左右(如表3)，其級(jí)配曲線基本位于河砂上方，0.6mm以下則相反(如圖1)。石英質(zhì)機(jī)制砂則整體位于河砂級(jí)配曲線的下方，其具有更優(yōu)化的顆粒級(jí)配分布，孔隙率更低，有利于形成緊密堆積，增加密實(shí)度。
2.1.3 石粉的物性與微結(jié)構(gòu)分析
對(duì)各種巖性的石粉進(jìn)行微觀分析，通過XRD、SEM等測(cè)試方法對(duì)石粉的微結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，結(jié)果如表4，圖2一4。
由表4可知：石英質(zhì)機(jī)制砂石粉的粒徑最小，其中0-40μm顆粒占84％，大于60μm的顆粒僅3％；河砂石粉的粒徑最大，其中大于40μm的顆粒占總重的57％；玄武巖石粉的粒徑位于兩者之間，粒徑分布主要集中在3-50μm。
從圖2-4中的SEM和XRD分析可知，河砂石粉的顆粒棱角明顯，由于長(zhǎng)時(shí)間沖蝕作用，棱角鈍圓，且表面光滑，組成礦物主要為石英，為惰性組分，在水泥水化過程中僅起填充作用；石英質(zhì)機(jī)制砂石粉顆粒尖銳有明顯的棱角，表面光滑，附著了較多的石粉，含有鈉長(zhǎng)石(NaAlSi3O8)等雜質(zhì)礦物；玄武巖石粉棱角較多，且表面粗糙,裂縫多,主要含鈉長(zhǎng)石、透輝石、蛇紋石等硅酸鹽礦物。對(duì)于機(jī)制砂而言，其顆粒形貌形狀不規(guī)則、多梭角，因此石粉顆粒需要更多的包裹水。這也是通常機(jī)制砂中含有大量石粉或摻加石粉時(shí)，混凝土的需水量大幅增加或混凝土的保水性明顯提高的重要原因。
2.2 機(jī)制砂巖性對(duì)混凝土性能的影響
為了驗(yàn)證機(jī)制砂巖性對(duì)混凝土性能的影響，在相同試驗(yàn)條件下，使用不同巖性的細(xì)集料配制了C50強(qiáng)度等級(jí)的混凝土試塊，其工作性和力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果見表5。
從表5可以看出，機(jī)制砂較河砂而言，其工作性下降明顯，玄武巖機(jī)制砂早期強(qiáng)度下降較多，但后期可以趕上甚至超過河砂和石英質(zhì)機(jī)制砂配制的混凝土。在工作性方面，石英質(zhì)機(jī)制砂的坍落度和擴(kuò)展度均下降，擴(kuò)展度下降幅度更大，達(dá)70％；玄武巖機(jī)制砂坍落度和擴(kuò)展度損失更多。這可能是由以下幾個(gè)方面造成的：首先，玄武巖機(jī)制砂石粉含量是石英質(zhì)機(jī)制砂的兩倍，在同水灰比條件下，石粉含量大，細(xì)顆粒多，需水量增大，故其坍落度下降。同時(shí)，較大的石粉含量導(dǎo)致玄武巖機(jī)制砂顆粒級(jí)配不合理，最終使配制的混凝土和易性差，易離析，這可能是造成玄武巖機(jī)制砂擴(kuò)展度較大的主要原因。其次，玄武巖機(jī)制砂顆粒表面粗糙，裂縫多，石粉中較大顆粒多細(xì)顆粒的吸附現(xiàn)象更嚴(yán)重，這也是機(jī)制砂配制混凝土需水量增大的原因。在強(qiáng)度方面：石英質(zhì)機(jī)制砂與河砂的成分基本相同，級(jí)配曲線差異較小是石英質(zhì)機(jī)制砂與河砂配制的混凝土的強(qiáng)度無明顯變化的原因；玄武巖機(jī)制砂混凝土的早期強(qiáng)度明顯較河砂混凝土的小，后期強(qiáng)度幾乎相同，這是由于玄武巖機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)大，需水量大，流動(dòng)度小，導(dǎo)致密實(shí)較差，早期強(qiáng)度較低，級(jí)配不合理是造成玄武巖機(jī)制砂混凝土早期強(qiáng)度下降明顯的主要原因；后期強(qiáng)度的增長(zhǎng)可能是玄武巖中包裹在玻璃體中的活性硅鋁質(zhì)氧化物的溶出，發(fā)生二次水化，優(yōu)化了水泥石及界面過渡期的微結(jié)構(gòu)，同時(shí)，在一定程度上加快了水泥水化造成的。
3 結(jié)論
(1)采用相同破碎方式制備的機(jī)制砂在表觀密度、堆積密度、細(xì)度模數(shù)、石粉含量等物性差異較大。表面硬度和機(jī)械強(qiáng)度較高的礦物經(jīng)破碎得到的機(jī)制砂，其過粗顆粒含量和過細(xì)顆粒含量多于河砂，級(jí)配不合理，需要通過人工篩分的方法進(jìn)行調(diào)整。
(2)河砂石粉的顆粒棱角明顯鈍化，表面光滑；石英質(zhì)機(jī)制砂石粉顆粒尖銳，有明顯的棱角，附著有較多的石粉，含有鈉長(zhǎng)石(NaAlSi3O8)等雜質(zhì)礦物；玄武巖石粉棱角較多，且表面粗糙，需水量大，主要含鈉長(zhǎng)石、透輝石、蛇紋石等硅酸鹽礦物，并且含有一定量的玻璃體。
(3)不同巖性機(jī)制砂對(duì)C50混凝土的工作性影響不同，顆粒形貌的差異和石粉含量的變化是機(jī)制砂混凝土工作性下降的主要原因，石粉含量對(duì)玄武巖機(jī)制砂顆粒級(jí)配的影響更大；強(qiáng)度方面，峨眉山玄武巖機(jī)制砂混凝土早期抗壓強(qiáng)度具有較明顯的變化，其3d抗壓強(qiáng)度僅為河砂混凝土的61.3％，28d時(shí)可以趕上甚至超過河砂、石英質(zhì)機(jī)制砂配制的混凝土。
(4)河砂與石英質(zhì)機(jī)制砂主要礦物均為石英，其結(jié)晶良好，其石粉為惰性填充料；玄武巖質(zhì)機(jī)制砂，由于其玻璃體包裹的活性SiO2和活性A12O3，可以溶出，并發(fā)生二次火山灰反應(yīng)，消耗Ca(0H)2，加速水泥的水化速度，同時(shí)，生成的二次水化產(chǎn)物填充于C-S-H凝膠的孔隙中，有利于基體強(qiáng)度的發(fā)展。因此，在配制機(jī)制砂混凝土?xí)r，具有一定活性的礦物經(jīng)破碎制得的機(jī)制砂較惰性礦物更有利于混凝土的強(qiáng)度和耐久性。
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作者簡(jiǎn)介：唐凱靖(1985一)，男，碩士在讀，主要從事高性能水泥基材料的研究。
編輯：ls
