关键词：人工砂；石粉活性；石粉含量；混凝土性能

　　石粉含量一般是指石粉占人工砂质量的百分数。《建筑用砂》GB/T14684-2001标准规定，Ⅲ类人工砂的石粉含量应小于7%，根据使用地区和用途，在试验验证的基础上，可由供需双方协商确定。已有较多资料表明，人工砂石粉含量对于常态混凝土的影响是积极的，本文结合坪头水电站工程实例，先对中粒细晶岩石石粉活性进行试验研究，得知石粉活性能使混凝土的综合性能得以改进。再分别用不同水泥对石粉含量为15%、21%、24%三种人工砂对电站所需混凝土性能的影响进行试验研究，以得知高石粉含量人工砂适用范围。更好地发挥人工砂的优点，利用其特性，提高混凝土质量，降低工程成本，为坪头水电站工程建设提供依据，为进一步拓展高石粉含量人工砂的推广应用提供技术参考。

　　一、工程简介

　　坪头水电站位于美姑河汇入金沙江的汇入口10km，电站采用引水式开发，利用落差328m，地下厂房总装机容量180MW。混凝土总量约42万m³，主要有：地下水侵蚀的厂房混凝土、无地下水侵蚀的厂房混凝土、洞室混凝土等。水电站砂石骨料加工采用龙头沟的原材料，为白云细晶岩，人工砂石粉含量为7%时，细度模数3.47，人工砂石粉含量为15%时，细度模数3.00，石粉含量达到24.2%时细度模数2.58，细度模数随石粉含量减少而加大。如果把石粉作为废料冲洗掉，这不但费时费力，人工砂细度模数偏大，还增加了工程的造价。

　　二、试验研究

　　1.中粒细晶灰岩石石粉活性的试验研究

　　参照《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/1596-2005，对中粒细晶灰岩岩石的活性成分进行试验研究。分别采用嘉华抗硫酸盐水泥、峨胜中热水泥以及航天普硅水泥，在掺量为30%的条件下，进行粉煤灰、中粒细晶灰岩石粉和石英石粉替代水泥的胶砂强度比较试验，试验结果见图1。由试验结果可以看出：中粒细晶灰岩石粉具有一定活性，掺30%的中粒细晶灰岩石粉替代水泥后，其28d胶砂强度值高于掺30%的石英石粉替代水泥后胶砂强度，表明中粒细晶灰岩石粉的活性高于石英石粉。与粉煤灰相比，中粒细晶灰岩石粉的活性要低于粉煤灰的活性。石粉一般认为是惰性材料，通过实验得知石粉中的部分CaCO₃在水泥的水化过程中会参与反应，从而导致混凝土晶相会有不同程度的改变，提高水泥水化产物的结晶化程度，进而提高混凝土的密实性，使混凝土的综合性能得以改进。

图1 中粒细晶灰岩石粉活性试验结果

　　2.高石粉含量人工砂对混凝土性能的影响

　　高石粉含量人工砂具有活性，但是否能配制坪头水电站所需混凝土并不明确，针对该问题，中国水电顾问集团成都勘测设计研究院科学研究所进行了高石粉含量人工砂对坪头水电站所需混凝土的影响程度的研究试验。试验分别用不同水泥和石粉含量为15%、21%、24%三种人工砂，对坪头水电站所需混凝土性能的影响进行了实验研究。

　　试验研究有地下水侵蚀的厂房混凝土采用四川嘉华抗硫酸盐42.5级水泥、无地下水侵蚀的厂房混凝土采用峨胜P.042.5级水泥、洞室混凝土航天P.042.5级水泥，水泥各项技术指标符合GB175-2001技术要求；粉煤灰采用宜宾立基建材有限公司提供的由黄桷庄电厂生产的Ⅱ粉煤灰各项技术指标符合DL/5055-2007技术要求；外加剂采用江苏博特新材料有限公司的JM-Ⅱ缓凝高效减水剂和JM-2000（s）引气剂，各项测试指标均满足《混凝土外加剂应用技术规范》GB50119GB50119-2003。实验所用粗骨料超径和逊径为零，粗骨料表观密度、吸水率、针片状、压碎指标、坚固性等各项指标满足DL/T5144-2001规范要求；细骨料饱干密度、细度模数、坚固性等指标满足DL/T5144-2001规范要求，取3组样对细骨料颗粒级配进行试验，试验结果见“表1”。

　　骨料的最佳级配选择、最佳砂率及混凝土水胶比的确定均经过试验。依据最大振实容重和最小空隙率的原则来确定粗骨料的最优级配，当人工骨料：中石：小石＝50：50时骨料振实容重最大，空隙率最小，为最优级配；采用固定水胶比、用水量，变动砂率的原则来观测混凝土和易性、陷度及抗压强度等，从而选择混凝土最佳砂率；在水胶比为0.49、粉煤灰掺量为20％，单方用水量为170kg条件下，砂率为43％时混凝土拌合物和易性较好，抗压强度最高，为最佳砂率，砂率选择的试验结果见表2；选择水胶比0.47、0.49和0.52，进行不同水胶比条件下混凝土强度性能的试验研究。三种不同品种水泥的混凝土水胶比与强度的关系从图2可看出，混凝土强度随用水量减少而增加。混凝土配制强度按《水工混凝土配合比设计规程》DL/T5330-2005中规定，fcu,o=fcu,k+tσ公式计算，C20混凝土配制强度为26.6Mpa，C25混凝土配制强度为31.6Mpa。

表1 人工细骨料颗粒级配试验结果

表2 泵送混凝土最佳砂率确定

图2 三种水泥水胶比与混凝土28d抗压强度的关系

　　根据设计技术要求水电站所用泵送混凝土为C25W8F150及C20W8F150两种，结合工程实际情况，同时考虑混凝土耐久性和最大水灰比限制，略作调整后的混凝土配合比见“表3”。

　　针对中粒细晶灰岩人工砂存在石粉含量偏大实际情况，采用坪头水电站拟采用高抗硫酸盐水泥、普硅42.5级峨胜水泥、42.5级航天水泥，并按拟用配合比配制混凝土，开展人工砂的石粉含量对混凝土性能影响的实验研究。从“表4”可以看出：石粉含量选为15%、21%、24%三种人工砂，都可以配制满足设计要求的混凝土。

　　将不同品种水泥配制的泵送混凝土的性能指标按不同石粉含量进行分别累加，累加结果见“表5”。从表中可以看出：石粉含量为21%时，混凝土的抗压强度和弹性膜数量最高。其早龄期的抗拉强度优于其它两种石粉含量的混凝土，28d龄期的抗拉性能优于石粉含量为24%的混凝土，逊于石粉含量为15%的混凝土，其干缩变形最低。综合比较，当中粒细晶灰岩人工砂的石粉含量为21%时，混凝土性能较优。

表3 泵送混凝土配合比

表4 石粉含量对混凝土性能的影响

表5 人工砂石粉含量对混凝土性能影响的分析

　　三、结论

　　1.普遍认为石粉一般认为是惰性材料。试验表明中粒细晶灰岩人工砂具有一定活性，有利于石粉颗粒与水化产物间粘接强度的提高，人工砂含有适量的石粉对改善混凝土的性能有利。

　　2.随着人工砂中石粉含量的增加，混凝土砂率将减小，用水量将增加。水胶比在0.45-0.49间，石粉含量为15%、21%、24%三种人工砂都可以配制C25泵送混凝土、常态混凝土。当人工砂的石粉含量在21%时混凝土综合性能最优。使用石粉含量21%人工砂配制的低标号泵送混凝土、常态混凝土及微膨胀混凝土，在坪头水电站工程得到较好应用，节省了石粉含量超标处理时间，加快了施工进度，还降低了工程投资。

　　参考文献：

　　[1] 李光伟.高石粉含量人工砂在锦屏一级水电站中的应用[J].商品混凝土,2009.09

　　[2] 李兴贵.高石粉含量人工砂在混凝土中的应用研究[J].建筑材料学报,2004.7（1）;66-71

　　[3] 阳晏.机制砂的石粉含量对C30泵送混凝土性能影响[J].武汉理工大学学报,2007.8;0040-03

　　[4] 李北星.石粉与粉煤灰对C60机制砂高性能混凝土性能的影响[J].建筑材料学报,2006.04

　　[5] 路文典.人工砂石粉含量超标对常态混凝土性能影响的试验研究[J].山西水利科技,2000.4;46-50

　　作者：杨凡林¹ 李云亮² 苗绿野³

　　1.长江委陆水枢纽工程局,湖北赤壁,437302

　　2.长江工程职业技术学院,湖北武汉,430000

　　3.黄河勘测规划设计有限公司,河南郑州,450003

编辑：金哲