作为建设大国，我国混凝土的消耗量逐年增加，而天然砂作为混凝土的主要原料，其需求量的增加不言而喻。但没有节制地开采天然砂，已经对环境造成了一定的破坏。为了保护河道河床，相关部门已经颁发了一系列针对性的政策，严格禁止不合理地开发天然河砂资源，市场上的天然河砂越来越少，成本也越来越高，因此急需一种材料能够替代天然河砂。机制砂是由制砂机等制砂设备加工制成，是一种制作比较简单、应用比较便捷的混凝土原材料，已在较多工程中使用。因此，机制砂代替天然河砂成为混凝土行业发展的一大趋势。但是机制砂表面有较高的粗糙度、外形尖锐有棱角、针片状多等特性都会影响混凝土的性能。目前，机制砂在低强度等级混凝土中的应用技术较为成熟，但是在高强混凝土中的研究相对来说较少。因此，本文主要对不同母岩、石粉质量分数、级配等因素进行试验研究，以探究其对C80混凝土工作性的影响。
1试验
1.1试验原材料
水泥：P·O42.5级普通硅酸盐水泥；矿粉：S95级矿粉，主要性能指标见表1；细集料：机制砂，包括云母岩、石灰岩、铁尾矿3种母岩，其相关性能指标见表2；粗集料：石灰石碎石，含泥量≤0.5%，级配为2.36～25.50mm；外加剂：石家庄花联新型材料科技有限公司生产的聚羧酸盐减水剂。
1.2试验方法及主要测试设备
混凝土配合比如表3所示，工作性测试和评价方式按照GB/T50080《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》执行。机制砂颗粒形状测试仪器为BT-2900动态图像颗粒分析系统，由丹东百特仪器有限公司生产。圆形度计算方法为：e=（4π×投影面积）/（周长×周长）。
2试验结果及分析
2.1不同母岩机制砂对C80混凝土工作性的影响
选取石灰岩、铁尾矿和云母岩3种母岩机制砂，同一制砂参数和工艺下生产。水洗、筛分后去除石粉，级配接近国际《建筑用砂》中II区级配中值，由其制备的C80混凝土工作性测试结果见表4。
由表4可以看出，用石灰岩、云母岩、铁尾矿机制砂制备的C80混凝土的坍落度分别为220，205，200mm，扩展度分别为540，520，510mm。石灰岩机制砂混凝土比云母岩机制砂混凝土的坍落度大15mm，扩展度大20mm；云母岩机制砂混凝土比铁尾矿机制砂混凝土的坍落度大5mm，扩展度大10mm。由此可以看出，由石灰岩机制砂制得的C80混凝土的工作性最优。
2.2机制砂石粉质量分数对C80混凝土工作性的影响
选择机制砂母岩为石灰岩，石粉质量分数分别为0，3%，6%，8%，10%。由其制备的C80混凝土工作性的试验结果如表5所示。
从表5中可以看出，不掺加石粉时，混凝土坍落度为220mm，扩展度为530mm，黏聚性较小；石粉质量分数为3%和6%时，混凝土和易性良好，具有相同的工作性，比不掺加石粉的机制砂混凝土坍落度增加了10mm，扩展度增加了30mm。石粉质量分数为8%时，混凝土的坍落度为220mm，扩展度为510mm。相比于SF-2和SF-3组，混凝土的坍落度下降了10mm，扩展度下降了50mm，拌合物开始表现出黏性；继续增加石粉质量分数到10%时，混凝土坍落度为190mm，扩展度为480mm。相比于SF-2和SF-3组，混凝土的坍落度和扩展度下降更多，分别降低了40mm和80mm，表现出更强的黏性。因此，随着机制砂中石粉质量分数的增加，C80混凝土的坍落度和扩展度呈现先增加后减小的趋势。当石粉质量分数为3%和6%时，C80混凝土的工作性最好。适量的石粉（3%～6%）能够有效地削弱机制砂表面粗糙带来的不利影响，减小了粗细骨料之间的摩擦，改善混凝土的工作性。但是当其质量分数超过6%时，混凝土的工作性就会开始下降，黏性增加显著，且随着石粉质量分数的继续增加，会加大新拌混凝土的用水量，同时其对外加剂的吸附会降低减水剂的减水效果，导致混凝土的工作性劣化。
2.3机制砂MB值对C80混凝土工作性的影响
研究对象为石灰岩机制砂，不同MB值对C80混凝土工作性的影响如表6所示。
通过表6可以发现，MB值为0.50g/kg时，混凝土的坍落度为230mm，扩展度为560mm。随着MB值的增长，C80混凝土的坍落度和扩展度均逐渐减小，工作性劣化。MB值为0.75g/kg时，混凝土坍落度和扩展度分别为200mm和500mm，较N-1组混凝土坍落度和扩展度下降了11%和12.5%；MB值为1.00g/kg时，混凝土坍落度降到160mm和420mm，较N-1组混凝土坍落度和扩展度下降了30。4%和25%。当MB值继续增大至1.25g/kg，新拌混凝土总体上已失去工作性。当MB值增大到一定值时，大量减水剂被石粉吸附，混凝土拌和用水减少，导致其工作性劣化。因此，混凝土的工作性受MB值影响显著，宜控制在0.75g/kg以下。
2.4机制砂级配对C80混凝土工作性的影响
选择母岩为石灰岩的机制砂，石粉固定为5%。机制砂级配基本参数如表7所示。不同级配机制砂对C80混凝土工作性的影响见表8。
由表8可以发现，G3组颗粒连续程度较好，各级粒径分布合理，混凝土工作性较好，坍落度为220mm，扩展度为540mm。G2组C80混凝土工作性较G3组稍差，坍落度比G3组小15mm、扩展度小30mm，保水性不足。这是因为颗粒连续程度较G3组差，大颗粒占比较多。G1组和G4组新拌C80混凝土坍落度分别为170mm和190mm，扩展度分别为450mm和530mm。这两组机制砂级配缺少大颗粒组分，细颗粒较多，导致混凝土坍落度降低，黏聚性较高，混凝土工作性欠佳。而G5组机制砂大颗粒较多，细颗粒较少，混凝土出现离析、泌水现象，和易性较差，失去可塑性。
2.5机制砂粒形特征对C80混凝土工作性的影响
粒形的棱角特征一般用圆形度来表征。圆形度越大，表明颗粒形貌越趋于圆形。采用不同设备制得的石灰岩机制砂配制C80混凝土，几种粒形平均长径比和圆形度如表9所示，其中序号RS组为掺石粉的河砂。颗粒形状如图1所示，粒形特征对C80混凝土工作性的影响如表10所示。
通过表10可以发现，各组的C80混凝土坍落度均在210～230mm间，扩展度均在520～550mm间。MS1组拌得的C80混凝土和易性较其他三组差一点，且出现轻微离析。在相同的颗粒级配下，与掺石粉的河砂相比，机制砂圆形度超过0.87后，二者对C80混凝土工作性的影响相差不大。
3结论
（1）对于C80混凝土而言，石灰岩、云母岩、铁尾矿3种母岩机制砂所拌得的C80混凝土坍落度、扩展度从大到小顺序为：石灰岩机制砂＞云母岩机制砂＞铁尾矿机制砂。
（2）质量分数为3%～6%的石粉可以改善C80混凝土的工作性。石粉质量分数＞6%时，C80混凝土的工作性开始下降；当MB值为0.50g/kg时，混凝土工作性最好。随着MB值的继续增大，混凝土坍落度、扩展度逐渐降低。
（3）机制砂级配是C80混凝土泌水的主要因素。颗粒连续程度好，各级粒径分布合理，混凝土工作性较好；在相同的颗粒级配下，圆形度大于0.87的机制砂可以制备出与河砂工作性相同的C80混凝土。
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