關鍵詞：機制砂；混凝土；特性；石粉
0 引言
隨著環境保護的加強和基礎設施建設的迅速發展，河砂資源日益匱乏，價格上漲。同時砂作為大宗建筑材料，不適宜遠距離運輸，一般建筑施工均采取就地取材的方式選取原材料。因此，各地在生產機制砂時，多選用當地產抗壓強度較高、無堿活性的巖石作為制砂母巖。我國幅員遼闊，各種巖性巖石分布廣泛，其中石灰巖礦分布最為廣泛，但有些地區還廣泛的分布著其他巖性的巖石，例如我國東南和東北地區花崗巖廣泛分布，而我國西南、內蒙和南京等地區又是以玄武巖分布為主[1-3]。國內外學者對集料巖性對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等耐久性方面，而機制砂巖性對混凝土性能的影響研究相對較少[4]。因此，筆者從機制砂及其石粉特性著手，采用不同母巖巖性的機制砂代替河砂，研究巖性變化對混凝土性能和微結構的影響。
1 材料與方法
1.1 原料
試驗用水泥為北川中聯生產的P·O 42.5R級水泥，其密度為2.95g/cm3，比表面積為455m2/kg，主要性能指標見表1。峨眉山市某礦區玄武巖經破碎制得玄武巖機制砂；石英質機制砂來自四川廣安晟通公路檢測公司(四川華鎣山市)；河砂取自綿陽涪江，經水洗曬干備用。
1.2 試驗方法
分別按GB/T 14684-200l《建筑用砂》和JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》測定試驗用砂的堆積密度、孔隙率、級配及細度模數；分別按GB/T 50080一2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》和GB/T 5008l—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》測定混凝土的工作性能和力學性能．試摸尺寸為100mm×100mm×100mm,修正系數為0.95。物相分析儀器為荷蘭隊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 結果與討論
2.1 機制砂及石粉的性能與微結構
2.1.1 機制砂與河砂的物理性質
機制砂在顆粒形貌、級配和石粉含量方面與天然河砂都存在著明顯的差異，對混凝土性能的影響也大為不同[5]。試驗測定的機制砂與河砂相關物性見表2，結果表明：石英質機制砂的細度模數、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；而峨眉山玄武巖機制砂的上述指標均高于河砂。機制砂的這些特點決定了其對混凝土的工作性和力學性能將產生不同的影響。
2.1.2 機制砂與河砂的級配對比
由于機制砂為機械破碎而成，不同的巖性決定了其在相同破碎條件下產生顆粒群分布的差異。峨眉山玄武巖主要含基性長石、輝石等礦相和一定量的玻璃質結構，其晶質成分高，主要礦物硬度大(摩氏硬度大于6，接近石灰石的2倍)，結晶構造牢固，具有較高的表面硬度和機械強度。因此，其破碎較困難．同時，易產生細碎的粉體顆粒，即石粉。故峨眉山玄武巖機制砂在O.6mm以上的顆粒比河砂多8％左右(如表3)，其級配曲線基本位于河砂上方，0.6mm以下則相反(如圖1)。石英質機制砂則整體位于河砂級配曲線的下方，其具有更優化的顆粒級配分布，孔隙率更低，有利于形成緊密堆積，增加密實度。
2.1.3 石粉的物性與微結構分析
對各種巖性的石粉進行微觀分析，通過XRD、SEM等測試方法對石粉的微結構進行表征，結果如表4，圖2一4。
由表4可知：石英質機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，由于長時間沖蝕作用，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；石英質機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，含有鈉長石(NaAlSi3O8)等雜質礦物；玄武巖石粉棱角較多，且表面粗糙,裂縫多,主要含鈉長石、透輝石、蛇紋石等硅酸鹽礦物。對于機制砂而言，其顆粒形貌形狀不規則、多梭角，因此石粉顆粒需要更多的包裹水。這也是通常機制砂中含有大量石粉或摻加石粉時，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 機制砂巖性對混凝土性能的影響
為了驗證機制砂巖性對混凝土性能的影響，在相同試驗條件下，使用不同巖性的細集料配制了C50強度等級的混凝土試塊，其工作性和力學性能測試結果見表5。
從表5可以看出，機制砂較河砂而言，其工作性下降明顯，玄武巖機制砂早期強度下降較多，但后期可以趕上甚至超過河砂和石英質機制砂配制的混凝土。在工作性方面，石英質機制砂的坍落度和擴展度均下降，擴展度下降幅度更大，達70％；玄武巖機制砂坍落度和擴展度損失更多。這可能是由以下幾個方面造成的：首先，玄武巖機制砂石粉含量是石英質機制砂的兩倍，在同水灰比條件下，石粉含量大，細顆粒多，需水量增大，故其坍落度下降。同時，較大的石粉含量導致玄武巖機制砂顆粒級配不合理，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制砂擴展度較大的主要原因。其次，玄武巖機制砂顆粒表面粗糙，裂縫多，石粉中較大顆粒多細顆粒的吸附現象更嚴重，這也是機制砂配制混凝土需水量增大的原因。在強度方面：石英質機制砂與河砂的成分基本相同，級配曲線差異較小是石英質機制砂與河砂配制的混凝土的強度無明顯變化的原因；玄武巖機制砂混凝土的早期強度明顯較河砂混凝土的小，后期強度幾乎相同，這是由于玄武巖機制砂的細度模數大，需水量大，流動度小，導致密實較差，早期強度較低，級配不合理是造成玄武巖機制砂混凝土早期強度下降明顯的主要原因；后期強度的增長可能是玄武巖中包裹在玻璃體中的活性硅鋁質氧化物的溶出，發生二次水化，優化了水泥石及界面過渡期的微結構，同時，在一定程度上加快了水泥水化造成的。
3 結論
(1)采用相同破碎方式制備的機制砂在表觀密度、堆積密度、細度模數、石粉含量等物性差異較大。表面硬度和機械強度較高的礦物經破碎得到的機制砂，其過粗顆粒含量和過細顆粒含量多于河砂，級配不合理，需要通過人工篩分的方法進行調整。
(2)河砂石粉的顆粒棱角明顯鈍化，表面光滑；石英質機制砂石粉顆粒尖銳，有明顯的棱角，附著有較多的石粉，含有鈉長石(NaAlSi3O8)等雜質礦物；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)不同巖性機制砂對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制砂混凝土工作性下降的主要原因，石粉含量對玄武巖機制砂顆粒級配的影響更大；強度方面，峨眉山玄武巖機制砂混凝土早期抗壓強度具有較明顯的變化，其3d抗壓強度僅為河砂混凝土的61.3％，28d時可以趕上甚至超過河砂、石英質機制砂配制的混凝土。
(4)河砂與石英質機制砂主要礦物均為石英，其結晶良好，其石粉為惰性填充料；玄武巖質機制砂，由于其玻璃體包裹的活性SiO2和活性A12O3，可以溶出，并發生二次火山灰反應，消耗Ca(0H)2，加速水泥的水化速度，同時，生成的二次水化產物填充于C-S-H凝膠的孔隙中，有利于基體強度的發展。因此，在配制機制砂混凝土時，具有一定活性的礦物經破碎制得的機制砂較惰性礦物更有利于混凝土的強度和耐久性。
參考文獻：
[1]劉崇熙，等．混凝土骨料性能和制造工藝[M1]．廣州：華南理工大學出版社，1999．
[2]Anne—Mieke PoPPe，SEHUTTER GD．Cement hydmtion in the pIes—ence of high filler contents[J]．cement and concrete Research，2005(35)：2290一2299．
[3]KAKAU G，TSIVIUS S，AGGEU E，et a1．Hydration pmducts 0f C3A，C3S and portland cement in the presence of CaC03[J]．Cement and Concrete Research，2000(30)：1073一1077．
[4]李興貴，高石粉含量人工砂在混凝土中的應用研究[J]．建筑材料學報，2004，7(1)：66—71．
[5]牟善彬，孫振亞，陳雁安．玄武巖活性組分的水化及在水泥生產中的應用[J]．水泥，1995：10—12．
作者簡介：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
