關鍵詞：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質量的百分數?！督ㄖ蒙啊稧B/T14684-2001標準規定，Ⅲ類人工砂的石粉含量應小于7%，根據使用地區和用途，在試驗驗證的基礎上，可由供需雙方協商確定。已有較多資料表明，人工砂石粉含量對于常態混凝土的影響是積極的，本文結合坪頭水電站工程實例，先對中粒細晶巖石石粉活性進行試驗研究，得知石粉活性能使混凝土的綜合性能得以改進。再分別用不同水泥對石粉含量為15%、21%、24%三種人工砂對電站所需混凝土性能的影響進行試驗研究，以得知高石粉含量人工砂適用范圍。更好地發揮人工砂的優點，利用其特性，提高混凝土質量，降低工程成本，為坪頭水電站工程建設提供依據，為進一步拓展高石粉含量人工砂的推廣應用提供技術參考。
一、工程簡介
坪頭水電站位于美姑河匯入金沙江的匯入口10km，電站采用引水式開發，利用落差328m，地下廠房總裝機容量180MW。混凝土總量約42萬m3，主要有：地下水侵蝕的廠房混凝土、無地下水侵蝕的廠房混凝土、洞室混凝土等。水電站砂石骨料加工采用龍頭溝的原材料，為白云細晶巖，人工砂石粉含量為7%時，細度模數3.47，人工砂石粉含量為15%時，細度模數3.00，石粉含量達到24.2%時細度模數2.58，細度模數隨石粉含量減少而加大。如果把石粉作為廢料沖洗掉，這不但費時費力，人工砂細度模數偏大，還增加了工程的造價。
二、試驗研究
1.中粒細晶灰巖石石粉活性的試驗研究
參照《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/1596-2005，對中粒細晶灰巖巖石的活性成分進行試驗研究。分別采用嘉華抗硫酸鹽水泥、峨勝中熱水泥以及航天普硅水泥，在摻量為30%的條件下，進行粉煤灰、中粒細晶灰巖石粉和石英石粉替代水泥的膠砂強度比較試驗，試驗結果見圖1。由試驗結果可以看出：中粒細晶灰巖石粉具有一定活性，摻30%的中粒細晶灰巖石粉替代水泥后，其28d膠砂強度值高于摻30%的石英石粉替代水泥后膠砂強度，表明中粒細晶灰巖石粉的活性高于石英石粉。與粉煤灰相比，中粒細晶灰巖石粉的活性要低于粉煤灰的活性。石粉一般認為是惰性材料，通過實驗得知石粉中的部分CaCO3在水泥的水化過程中會參與反應，從而導致混凝土晶相會有不同程度的改變，提高水泥水化產物的結晶化程度，進而提高混凝土的密實性，使混凝土的綜合性能得以改進。
圖1 中粒細晶灰巖石粉活性試驗結果
2.高石粉含量人工砂對混凝土性能的影響
高石粉含量人工砂具有活性，但是否能配制坪頭水電站所需混凝土并不明確，針對該問題，中國水電顧問集團成都勘測設計研究院科學研究所進行了高石粉含量人工砂對坪頭水電站所需混凝土的影響程度的研究試驗。試驗分別用不同水泥和石粉含量為15%、21%、24%三種人工砂，對坪頭水電站所需混凝土性能的影響進行了實驗研究。
試驗研究有地下水侵蝕的廠房混凝土采用四川嘉華抗硫酸鹽42.5級水泥、無地下水侵蝕的廠房混凝土采用峨勝P.042.5級水泥、洞室混凝土航天P.042.5級水泥，水泥各項技術指標符合GB175-2001技術要求；粉煤灰采用宜賓立基建材有限公司提供的由黃桷莊電廠生產的Ⅱ粉煤灰各項技術指標符合DL/5055-2007技術要求；外加劑采用江蘇博特新材料有限公司的JM-Ⅱ緩凝高效減水劑和JM-2000（s）引氣劑，各項測試指標均滿足《混凝土外加劑應用技術規范》GB50119GB50119-2003。實驗所用粗骨料超徑和遜徑為零，粗骨料表觀密度、吸水率、針片狀、壓碎指標、堅固性等各項指標滿足DL/T5144-2001規范要求；細骨料飽干密度、細度模數、堅固性等指標滿足DL/T5144-2001規范要求，取3組樣對細骨料顆粒級配進行試驗，試驗結果見“表1”。
骨料的最佳級配選擇、最佳砂率及混凝土水膠比的確定均經過試驗。依據最大振實容重和最小空隙率的原則來確定粗骨料的最優級配，當人工骨料：中石：小石＝50：50時骨料振實容重最大，空隙率最小，為最優級配；采用固定水膠比、用水量，變動砂率的原則來觀測混凝土和易性、陷度及抗壓強度等，從而選擇混凝土最佳砂率；在水膠比為0.49、粉煤灰摻量為20％，單方用水量為170kg條件下，砂率為43％時混凝土拌合物和易性較好，抗壓強度最高，為最佳砂率，砂率選擇的試驗結果見表2；選擇水膠比0.47、0.49和0.52，進行不同水膠比條件下混凝土強度性能的試驗研究。三種不同品種水泥的混凝土水膠比與強度的關系從圖2可看出，混凝土強度隨用水量減少而增加。混凝土配制強度按《水工混凝土配合比設計規程》DL/T5330-2005中規定，fcu,o=fcu,k+tσ公式計算，C20混凝土配制強度為26.6Mpa，C25混凝土配制強度為31.6Mpa。
表1 人工細骨料顆粒級配試驗結果
表2 泵送混凝土最佳砂率確定
圖2 三種水泥水膠比與混凝土28d抗壓強度的關系
根據設計技術要求水電站所用泵送混凝土為C25W8F150及C20W8F150兩種，結合工程實際情況，同時考慮混凝土耐久性和最大水灰比限制，略作調整后的混凝土配合比見“表3”。
針對中粒細晶灰巖人工砂存在石粉含量偏大實際情況，采用坪頭水電站擬采用高抗硫酸鹽水泥、普硅42.5級峨勝水泥、42.5級航天水泥，并按擬用配合比配制混凝土，開展人工砂的石粉含量對混凝土性能影響的實驗研究。從“表4”可以看出：石粉含量選為15%、21%、24%三種人工砂，都可以配制滿足設計要求的混凝土。
將不同品種水泥配制的泵送混凝土的性能指標按不同石粉含量進行分別累加，累加結果見“表5”。從表中可以看出：石粉含量為21%時，混凝土的抗壓強度和彈性膜數量最高。其早齡期的抗拉強度優于其它兩種石粉含量的混凝土，28d齡期的抗拉性能優于石粉含量為24%的混凝土，遜于石粉含量為15%的混凝土，其干縮變形最低。綜合比較，當中粒細晶灰巖人工砂的石粉含量為21%時，混凝土性能較優。
表3 泵送混凝土配合比
表4 石粉含量對混凝土性能的影響
表5 人工砂石粉含量對混凝土性能影響的分析
三、結論
1.普遍認為石粉一般認為是惰性材料。試驗表明中粒細晶灰巖人工砂具有一定活性，有利于石粉顆粒與水化產物間粘接強度的提高，人工砂含有適量的石粉對改善混凝土的性能有利。
2.隨著人工砂中石粉含量的增加，混凝土砂率將減小，用水量將增加。水膠比在0.45-0.49間，石粉含量為15%、21%、24%三種人工砂都可以配制C25泵送混凝土、常態混凝土。當人工砂的石粉含量在21%時混凝土綜合性能最優。使用石粉含量21%人工砂配制的低標號泵送混凝土、常態混凝土及微膨脹混凝土，在坪頭水電站工程得到較好應用，節省了石粉含量超標處理時間，加快了施工進度，還降低了工程投資。
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作者：楊凡林1 李云亮2 苗綠野3
1.長江委陸水樞紐工程局,湖北赤壁,437302
2.長江工程職業技術學院,湖北武漢,430000
3.黃河勘測規劃設計有限公司,河南鄭州,450003
編輯：金哲
