机制砂是指粒径不超过4.75mm,并且经过除土处理、机械破碎、筛分制成的岩石、矿山尾矿或工业废渣颗粒,不包括软质、风化的颗粒,细度模数一般在2.6~3.6之间,属于中粗砂,含有一定量石粉,颗粒级配不规则,表面粗糙,棱角尖锐。
人们一般认为石粉对混凝土是有害的,有的地方甚至不惜浪费时间、精力和钱财,想尽办法来除去砂中的石粉。其实混凝土中加入适当石粉是有好处的。机制砂混凝土中的石粉作用有三个:
1、水化作用
研究表明,水化早期形成的钙矾石会在后期向单硫型硫铝酸钙转化,这会降低水泥石强度,但是加入含有碳酸钙的石粉,就可以有效解决问题;另外,石粉是以碳酸钙为主的,而碳酸钙可以和C3A发生水化反应,形成水化碳铝酸钙,从而提高了混凝土强度。
2、填充作用
石粉可以填充混凝土中的空隙,充当混凝土的填料,以此增加混凝土的密实度,从而起到惰性掺合料的作用。对于胶凝材料用量少、拌合物性能差的特点,只要使用中、低强度等级的机制砂混凝土,就可以得到有效弥补。
《山砂混凝土技术规程》DBJ52016-2010中对C50~C55强度等级的山砂混凝土(砂率37%~45%),提出石粉不能超过7%,这是因为石粉含量和胶凝材料的总量(混凝土的细粉含量)不能超过550kg/m3。(注:山砂属于机制砂的一种,《山砂混凝土技术规程》DBJ52-016-2010中特指公称粒径小于5.00mm的,碳酸盐类岩石经除土开采、机械破碎、筛分而成的岩石颗粒。)
3、保水增稠作用
机制混凝土中有石粉,可以降低混凝土拌合物离析和泌水的风险。因为石粉可以吸收混凝土中的用水,无形中增加了混凝土的单方用水量,所以石粉含量越高,混凝土粘度越大;另外,加入石粉也可以减少混凝土的收缩,补偿混凝土后期水化用水,因为,即使混凝土硬化了,以前被石粉吸收的水分也会渐渐释放。
研究发现,石粉含量应该适量。机制砂中石粉的主要成分为碳酸钙,但水化作用并不是无限的,也要受限于水泥的成分。如果石粉含量过高,不利于集料与水泥石的粘结,因为水泥石中或界面过渡区会出现游离态的石粉,从而降低混凝土性能。
另外,石粉含量超过一定限值后,不利于混凝土的耐久性能,因为单方石粉承担的保水量明显减少,干缩明显变大。综合各种研究,一般C50以下混凝土石粉含量应控制在10%~15%,而C50以上混凝土石粉含量应该不超过10%。