摘要：天然河砂资源日益减少，使用机制砂代替天然河砂配置混凝土已成趋势。本文以机制砂作细骨料，考虑原材料选取，通过配合比设计，设计出了 C100 机制砂高强混凝土；并研究了不同原料形态以及不同石粉含量（3%，5%，7%，10%）对机制砂混凝土强度、工作性和收缩性的影响。结果表明，该混凝土具有良好的工作性能与力学性能，满足结构设计要求，且石粉对混凝土性能影响较大，为工程实际应用提供参考。
关键词：高强机制砂混凝土；原料形态；石粉含量；性能
1引言
混凝土一直是人类最大宗的建筑结构材料之一[1,2] ，随着建设的不断发展，人们对混凝土的需求量越来越大，而砂作为混凝土的主要原材料,其用量也不断增大。目前建筑工程上常用的砂为天然砂，天然砂是自然形成的，价格便宜，取材也比较方便，但天然砂是一种不可再生资源，随着地区经济的发展和生态环境建设需求的增大,天然砂日益面临着供不应求的情况，因此寻找一种新的砂源来代替天然砂已刻不容缓。近年来，由于天然砂资源的短缺，机制砂作为一种新型的建筑用砂，越来越受到人们的重视，不仅进行了大量的试验研究和工程应用[5-7]，而且还被正式列入国家标准[3]。但是大多数研究和应用集中于中低强度混凝土，而对高强机制砂混凝土的研究和应用比较少，所以本文就机制砂C100高强混凝土的制备及其性能进行了研究。
2试验
2.1试验材料
（1）水泥采用华润P.O 52.5硅酸盐水泥，实测抗压强度为62.3MPa。（2）粗集料由大小两种玄武岩碎石混合而成，按比例1:3将两种碎石配成5~31.5mm连续级配碎石。（3）细集料选用人工破坏而成的机制砂，本试，各、采用了两种不同的机制砂原料形态（石灰石、卵石），各原料形态参数见表1。（4）外加剂采用高效聚羧酸减水剂，其型号为CP-WRM50。
2.2试验方法
根据混凝土配合比设计的一般规定：高强混凝土配合比应经试验确定，砂率宜采用37%-44%，外加剂与矿物掺合料的品种、用量应由适配决定；硅灰掺量不宜大于10%，矿物掺量宜取25%-40%。根据上述要求并通过多次调整，确定了C100高强机制砂混凝土设计配合比，见表2。其中细骨料选用由石灰石和卵石破碎而成的机制砂，考虑到机制砂石粉含量较多，通过筛分将石粉含量从3%递增到10%，分析石粉含量对混凝土工作性、强度和收缩性的影响。
3试验结果与分析
石粉是在制备机制砂时产生的，尽管制备机制砂的工艺不同，但都会产生一定量的石粉[4]，它基本没有活性，但是对混凝土的性能有较大的影响[8,9]，因此各国规范都对机制砂中的石粉含量做了规定。我国对石粉含量的要求基本上是按混凝土强度等级来划分的：小于C30的混凝土，石粉含量<7%；强度等级为C30~C60混凝土，石粉含量<5%；强度等级大于C60的混凝土，石粉含量<3%[10]。可以看出，对于机制砂中的石粉含量，我国控制的比较严格，但是国内外许多学者对机制砂中石粉含量做了大量的研究，发现高石粉含量不是越少越好，高石粉含量也能改善混凝土的性能[11,12]。本文为了考察石粉含量对钢管机制砂混凝土粘结性能的影响，将石粉筛分成了4组（3%，5%，7%，10%），试验结果见图1和表3、表4。
由图2和表2及表3可以看出，由石灰石和卵石原料形态配制的C100机制砂混凝土，其强度都可满足要求，但原料形态为石灰石的机制砂混凝土强度比卵石的略高，分析可能是因为石灰石破碎后较卵石含有相当比例的石粉，而石粉中的许多微粒子具有填充作用，从而使混凝土结构更加密实。
两种机制砂混凝土的强度都随石粉含量的变化关系见图3。从图中看出，当石粉含量较少时，混凝土强度随石粉含量的增加而增加，强度在石粉含量为7%时最高，之后随石粉含量的增加强度略有降低，说明7%以内的石粉含量对混凝土的强度有促进作用。各类试件的7d与28d强度值之比相差不大，A组与B组平均值分别为79%和83%，说明石粉含量对混凝土强度随龄期的变化影响不大。
从强度和和易性方面考虑，建议在配制高强机制砂混凝土时，可将机制砂石粉含量放宽至7%。
高强机制砂混凝土收缩性能的测试结果见下表。
根据表5试验中实测的混凝土收缩值可以发现，原料形态为石灰石的高强板机制砂混凝土，其收缩值整体要比卵石的略小。分析是因为石灰石较卵石本身表面粗糙，和水泥的粘结力强，限制了混凝土的收缩。
根据图4可以发现，高强机制砂混凝土的干缩会随龄期以及石粉含量的不同呈现出不同的规律：在7d龄期以前，混凝土的收缩基本随石粉含量的增加呈线性增长状态，而在7d龄期之后（含7d)，混凝土的收缩不再单一的随石粉含量的增加而增加，而是呈现出先增长后减小的状态：当石粉含量小于7%时,混凝土的收缩随石粉含量的增加而增大；当大于7%时, 随着石粉含量的增加，各龄期收缩却减小，这基本与蔡基伟[13]的研究结果基本一致。分析原因是石粉含量比较小时处于硅酸盐水泥的水化产物Ca（HO）2的高碱环境中，其中的Ca（HO）2、水化硅酸钙等可以与石粉发生水化反应，使水泥的水化产物析出晶体—碳酸钙晶体，即充当了胶凝材料的一部分使混凝土的浆体量增大，近而使混凝土收缩性变大，这种现象在早龄期以及低石粉含量时处于主导地位；当石粉含量过多时，只有少量石粉可以参加上述反应，而石粉的颗粒比较细，多余的石粉可以将混凝土中的空隙部分进行填充，使其更加密实，继而抑制了浆体的收缩，使混凝土收缩性变小。
04结语
1、机制砂原料形态和石粉含量均对高强机制砂混凝土的强度有影响：原料形态为石灰石的机制混凝土，其强度比卵石的略高；当石粉含量较少时，混凝土强度随石粉含量的增加而增加，强度在石粉含量为7%时最高，之后随石粉含量的增加强度略有降低。
2、适量的石粉可以提高高强机制砂混凝土的坍落度，并改善其工作性；从强度和和工作性方面考虑，建议在配制高强机制砂混凝土时，可将石粉含量放宽至7%。
3、高强机制砂混凝土的收缩性受机制砂原始形态的影响不大，但受龄期以及石粉含量的影响较大：在7d龄期以前，混凝土的收缩随石粉含量的增加而增大，而7d龄期以后（含7d)，混凝土收缩变化以石粉含量7%为分界点：当石粉含量≤7%时，收缩随石粉含量的增加而增大；当≥7%时，收缩随石粉含量的增加而减小。
4、机制砂中含有一定量的石粉对高强机制砂混凝土是有益的,机制砂并不是"越干净越好"，这不仅可以减少机制砂生产及去粉过程中造成的环境污染、资源浪费，还降低了建设成本。