考慮石粉作為膠凝材料的碾壓混凝土氣泡參數(shù)研究

摘要：作為評價混凝土抗凍性的參數(shù)之一，混凝土氣泡間距系數(shù)越來越受到重視。在混凝土氣泡參數(shù)的測定中，漿體的體積含量是一個重要的計算參數(shù)。由于碾壓工藝的需要，通常碾壓混凝土的細骨料含有較多的石粉。石粉是否作為漿體材料對于碾壓混凝土的氣泡參數(shù)測定有直接影響。當考慮80μm石粉或160μm石粉作為漿體材料時，計算出的氣泡參數(shù)將變大。建議采用氣泡間距系數(shù)分析評價碾壓混凝土抗凍性時考慮石粉含量的影響。

關鍵詞：碾壓混凝土 石粉含量 氣泡參數(shù)

0 概述

　　碾壓混凝土筑壩是近幾十年發(fā)展起來的一項新型建壩技術。隨著北方嚴寒地區(qū)水電建設的發(fā)展，要求碾壓混凝土具有高抗凍的性能。大量研究表明，引入微小氣泡是提高混凝土抗凍性能的有效方法。作為評價混凝土抗凍性的參數(shù)之一，混凝土氣泡間距系數(shù)越來越受到重視。在混凝土氣泡參數(shù)的測定中，漿體的體積含量是一個重要的計算參數(shù)。

由于碾壓工藝的需要，通常碾壓混凝土的細骨料含有較多的石粉。石粉是否作為漿體材料對于碾壓混凝土的氣泡參數(shù)測定有直接影響。

從字面意義看，石粉是指巖石粉末。在混凝土研究中，石粉有兩種含義，一是指諸如石灰石、凝灰?guī)r、沸石等磨制的細粉，另外還指細骨料中粒徑小于0.16mm的部分。不同國家對石粉的定義也有差別。在我國，石粉被定義為人工砂中粒徑小于0.16mm的細顆粒，在其他國家，如美國、巴西，石粉被定義為骨料中含有的通過200號篩的細顆粒。[]1

石粉在混凝土中已經(jīng)有了廣泛的應用。我國的國家標準《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》允許在水泥中摻入石灰石粉作為非活性摻合料；在混凝土中，石粉也經(jīng)常作為惰性填充材料改善混凝土的和易性。在碾壓混凝土中，石粉常常通過砂中石粉和單獨摻入石粉兩種方法進入碾壓混凝土，所起的作用被認為是代砂或代水泥。例如：普定、巖灘、江埡、汾河二庫、白石、黃丹等水電工程中，均采用了石粉取代部分細骨料；龍灘、漫灣、大朝山、小灣等水電工程中，采用了石粉作為摻合料取代部分水泥[,]23。石粉的巖性主要有石灰?guī)r、火山灰?guī)r、大理巖、花崗巖、輝綠巖、凝灰?guī)r等。

雖然針對石粉在混凝土中的具體應用，對于石粉的作用和性質(zhì)界定不同，但是這些應用中采用的石粉性質(zhì)都是類同的。也就是說，代細骨料進入混凝土的石粉和代水泥進入混凝土的石粉其實都一樣，只是人為定義的區(qū)別。

一般認為用于碾壓混凝土的石粉有以下幾種類型：1、粒徑小于160μm，這些石粉通常以細骨料的形式進入碾壓混凝土，在細骨料中占8%～22%；2、粒徑小于80μm，這些石粉約占細骨料中石粉含量的50%；3、粒徑小于45μm，這些石粉通常是單獨磨細作為摻合料進入碾壓混凝土。

本文選擇了六組碾壓混凝土配合比進行對比分析，研究考慮不同粒級石粉作為漿體材料對碾壓混凝土氣泡間距系數(shù)的影響。

1 用于對比分析的配合比

進行對比分析的混凝土配合比見表 1所示。

所用的細骨料有3種：①天然砂，②花崗巖人工砂，③大理巖人工砂。表 2中列出了三種細骨料的石粉含量，可以看出，天然砂中的石粉含量較低且80μm以下細石粉比例小，約占20%，隨著人工砂石粉含量提高，80μm以下的細粉比例也從約37.5%提高到約53.8%。

2 考慮石粉作為漿體成分的凈漿含量

　　既然石粉在混凝土中，尤其是碾壓混凝土中可以作為摻合料，那么石粉就可以作為漿體成分。因此，筆者考慮將80μm石粉甚至160μm石粉作為漿體，由此計算碾壓混凝土中的漿體含量并作為參數(shù)計算氣泡間距系數(shù)。

首先需要計算凈漿含量，計算結果見表 3。從表中可以看出，考慮石粉作為漿體成分而計算出的凈漿含量得到了提高。不考慮石粉作為漿體成分時，凈漿含量為18.0%～22.9%；考慮80μm石粉作為漿體成分時，凈漿含量為19.3%～26.3%；考慮160μm石粉作為漿體成分時，凈漿含量為21.4%～28.8%。

圖 1顯示了不考慮石粉、考慮80μm石粉、考慮160μm石粉三種方案計算的凈漿含量增大幅度。可以看出，采用石粉含量為15.8%的三級配一組不論考慮哪種粒級的石粉都對凈漿含量影響較大，而其它幾組考慮160μm石粉時變化較大，只考慮80μm石粉時變化很小。

3 考慮石粉作為漿體成分的氣泡間距系數(shù)

采用《水工混凝土試驗規(guī)程》中的直線導線法對硬化混凝土的氣泡參數(shù)進行測定和分析。在加工好的切片觀測面上標注間隔相等的測試導線，采用體視顯微鏡沿導線觀測導線所切割的氣泡弦長和氣泡個數(shù)，以此推算混凝土中的空氣含量和氣孔間距系數(shù)。

直線導線法的原理是在固體中取任意直線，某一組分在此直線上所截取的線段長度總和，與此直線全長的比值，即為該組分在此固體中的體積含量。對于混凝土來說，各種尺寸的封閉氣泡便是其中的組分之一。導線截取的氣泡弦長總和與導線全長的比值就是混凝土中氣泡的體積含量。

根據(jù)前述考慮80μm石粉或者160μm石粉作為漿體成分計算得出的漿體含量重新計算混凝土的氣泡間距系數(shù)見表 4。

從表 4和圖 2的對比結果可以看出，三組二級配碾壓混凝土的氣泡間距系數(shù)在0.285～0.369，考慮80μm石粉作為漿體使氣泡間距系數(shù)增大約0.9%～3.2%，考慮160μm石粉作為漿體使氣泡間距系數(shù)增大約6.0%～12.5%，三組三級配碾壓混凝土的氣泡間距系數(shù)在0.672～0.980，考慮80μm石粉作為漿體使氣泡間距系數(shù)增大約3.1%～14.9%，考慮160μm石粉作為漿體使氣泡間距系數(shù)增大約15.6%～25.8%。

4 結語

　　本文分析了碾壓混凝土中石粉的一般來源和出現(xiàn)形式，指出已經(jīng)有石粉被作為膠凝材料的實例；

碾壓混凝土的漿體含量作為氣泡間距系數(shù)計算的重要參數(shù)，當考慮80μm石粉或者160μm石粉作為漿體成分時，漿體含量增加3%～26%，細骨料中石粉含量越高增加越多；

考慮石粉作為漿體成分計算出的氣泡間距系數(shù)二級配碾壓混凝土增加了0.9%～12.5%，三級配碾壓混凝土增加了3.1%～25.8%，影響顯著；

建議采用氣泡間距系數(shù)對碾壓混凝土的抗凍性進行分析評價時考慮石粉含量的影響，尤其注意80μm石粉。

參考文獻

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