在制备混凝土的过程中，为确保配制的水泥混凝土在实际应用中可以达到工程使用标准，通常情况下，施工方会使用机制砂材料代替传统的河砂或天然砂，但机制砂在生产时会产生一定量的石粉，根据工程项目的建设需求，水泥混凝土配制中的机制砂用量需要控制在10%以内。根据大量的研究与实践成果，机制砂并不是越“纯净”越好，在机制砂中掺入适量的石粉，不仅可以优化水泥混凝土的综合性能，还可以降低混凝土配制的成本。本研究选用石灰石机制砂，研究了不同石粉含量对C30机制砂混凝土工作性能和抗压强度的影响，并根据试验结果，确定机制砂混凝土的石粉掺量。
1 试验
1.1 试验材料
本试验中机制砂混凝土的主要原材料有水泥、石子、石粉和机制砂，混凝土强度等级为C30。其中，水泥采用P.O42.5等级硅酸盐水泥，水泥的物理性能如表1所示。碎石采用粒径为5～25mm的石灰岩碎石，碎石物理性能如表2所示。减水剂采用高效缓凝型减水剂，减水剂性能如表3所示。石粉是从机制砂生产中风吸弃置取得。由于无法直接获取不同石粉含量的机制砂，采用湿法生产的石灰岩机制砂，进行多次筛试验，筛分结果如表4所示。由筛分结果可知，机制砂细度模数为3.08，石粉含量为2.8%，通过风吸法获得石粉，在机制砂中添加石粉得到不同石粉含量的机制砂。
1.2 试验方法
为了准确分析机制砂不同石粉含量对混凝土性能的影响，本试验采用的混凝土试块为C30机制砂混凝土，配合比为水泥260Kg/m3、碎石1060Kg/m3、机制砂780Kg/m3、粉煤灰80Kg/m3、拌合用水150Kg/m3、聚羧酸减水剂（10%含固量）10.2Kg/m3。根据试配强度本次试验C30机制砂混凝土的水胶比为0.44，砂率为42%。将原机制砂内石粉采用风吸法处理干净，然后按3%、5%、7%、10%、13%、15%、17%的比例添加相同母材的石粉。需要注意的是，在添加石粉量时，也要减少相同用量的机制砂，以保持砂总质量不变。按照该方法制作7组长宽高规格为150mm×150mm×150mm的标准条件养护试块，每组6块。观察各试块的工作性能，根据《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GBT50080测定不同石粉添加量下机制砂混凝土的坍落度以及7d和28d的强度，得出的试验数据用于工作性能和抗压强度比较分析。
2 试验结果与分析
在机制砂生产过程中，不可避免的产生粒径不足75μm的颗粒，只要成分是石粉和泥粉，均能在混凝土浆体中起到填充作用，对混凝土性能也会产生影响。但是泥粉的掺入会影响机制砂混凝土的级配，而适当的石粉含量则可以弥补级配缺陷。随着机制砂中石粉含量的增加，石粉吸附水的能力也相应增加，不仅会增加混凝土用水量，同时还会影响混凝土的坍落度损失、黏聚性和保水性等性能，进而对混凝土的工作性能和抗压强度产生一定的影响。以下就这两个方面展开分析：
2.1 对混凝土工作性能的影响
为了能够深入了解机制砂中不同石粉含量对C30混凝土工作性能的影响，试验中，通过在机制砂中分别掺入3%、5%、7%、10%、13%、15%、17%石粉含量，并分别测试C30机制砂混凝土的坍落度、离析和泌水情况等工作性能，具体试验结果见表2。
表2 不同石粉含量的C30机制砂混凝土的工作性能
根据表2试验结果，对C30机制砂混凝土的工作性能进行分析，结果如下：
（1）坍落度分析：机制砂混凝土的坍落度随着石粉含量的增加先增后减，混凝土塌落度从16cm上升至19cm，然后又从19cm下降至几乎为零，如图1所示。石粉含量为7%时，机制砂混凝土的坍落度最佳；当石粉含量大于13%时，机制砂混凝土黏稠度较高，其坍落度几乎为零。出现这种现象的原因主要在于，石粉的细度接近于水泥细度，当混凝土中加入石粉，使其与混凝土原有的水和水泥混合形成了柔软的浆体，填充了混凝土骨料中的孔隙，弥补了机制砂表面粗糙问题，减少了骨料之间的摩擦，从而提高了混凝土的坍落度。但由于石粉比表面积
大，且具有很强的吸水性，在水胶比和拌合用水不变的情况下，当石粉含量超过一定用量后，就会增加黏稠度，从而降低混凝土的坍落度。
图1 C30机制砂混凝土坍落度变化曲线图
（2）离析情况分析：当石粉含量低于7%时，机制砂混凝土出现轻微离析情况；石粉含量在7%～15%之间时，机制砂混凝土未出现离析情况；当石粉含量为17%时，机制砂混凝土也出现轻微离析情况，由此可见，机制砂石粉含量过低或过高都会引起离析现象。
（3）泌水情况分析：当石粉含量为3%时，机制砂混凝土出现严重的泌水情况，此时混凝土具有良好的流动性，但同时保水性较差；当石粉含量在5%～13%时，机制砂混凝土有轻微的泌水情况，机制砂混凝土的黏稠度适中，保水性较好；当石粉含量大于13%时，出现轻微的泌水情况，但由于此时混凝土的坍落度几乎为零，因此机制砂混凝土较黏稠，具有较差的黏聚性。
从机制砂混凝土总体工作性能来看，随着石粉掺量的增加，机制砂混凝土中的微颗粒也在增加，这就导致水泥的比表面积在加大，从而增加了混凝土集料与水的接触面积，在一定范围内改善了混凝土的和易性。但是，随着石粉含量的持续增加，混凝土的拌合用水量也随之增加，在拌合用水量不变的情况下，就会使混凝土变得过于黏稠，进而影响机制砂混凝土的工作性能。因此，根据测定结果分析，只有机制砂石粉含量在7%～13%时，才能保证混凝土的工作性能。但是，《建筑用砂》（GB/T14684-2001）中规定机制砂石粉含量低于10%。因此，当机制砂石粉含量在7%～10%时，混凝土的工作性能最佳。
2.2 对混凝土抗压强度的影响
为了能够了解机制砂不同石粉含量对C30混凝土抗压强度的影响。对石粉含量分别在3%、5%、7%、10%、13%、15%、17%时，C30机制砂混凝土7d和28d的抗压强度进行试验并得出具体数据，具体试验结果见表3。
表3 C30机制砂混凝土7d和28d的抗压强度
根据表3试验结果，对C30机制砂混凝土7d和28d的的抗压强度进行分析，具体分析结果如下：
（1）7d抗压强度试验结果分析。从表3可以看出，在C30机制砂混凝土中掺入石粉后，7d的抗压强度均大于不含石粉时混凝土的抗压强度，且随着石粉含量的增加，抗压强度出现先增后减的现象。当石粉含量低于10%时，机制砂混凝土7d抗压强度有所增加，逐渐由28.4MPa上升至33.2MPa；当石粉含量为10%时，机制砂混凝土7d的抗压强度出现最大值；当石粉含量大于10%时，机制砂混凝土7d抗压强度逐渐降低，从33.2MPa下降至29.6MPa，见图2所示。
图2 C30机制砂混凝土7d抗压强度变化曲线图
（2）28d抗压强度试验结果分析。从表3可以看出，在C30机制砂混凝土中掺入石粉后，混凝土28d的抗压强度均小于不含石粉时混凝土的抗压强度，且抗压强度随着石粉含量的增加出现先增后减的现象。当石粉含量低于10%时，机制砂混凝土28d抗压强度有所增加，逐渐由4.61MPa上升至45.8MPa；当石粉含量为10%时，机制砂混凝土28d的抗压强度出现最大值；当石粉含量大于10%时，机制砂混凝土28d抗压强度逐渐降低，从45.8MPa下降至43.1MPa，见图3所示。
图3 C30机制砂混凝土28d抗压强度变化曲线图
从上述试验结果分析可知，机制砂石粉含量对混凝土的抗压强度有着重要影响，随着石粉含量的增加均出现先增后减的现象。出现这种现象的原因主要有两个方面：一方面，在混凝土添加石粉，改善了骨料的级配，填充了混凝土的空隙，提高了混凝土的密实度，能够弥补机制砂级配不良的缺陷，提高混凝土的抗压强度；另一方面，随着石粉含量的持续增加，当含量超过强度等级最佳含量时，在拌合用水量和胶凝材料不变的情况下，石粉逐渐形成分隔膜，减少水分和水泥的接触面积，和易性变差，导致混凝土变得黏稠，降低混凝土的工作性能，增加搅拌、振捣的难度，使成型后的试块均匀性较差，进而影响混凝土构件的抗压强度。
此外，通过试验发现，石粉含量较高的混凝土试块的抗压强度数值离散性也相对较大，当石粉含量超过13%时，机制砂混凝土的工作性能和抗压强度都明显下降。出现这种现象的原因，是由于随着石粉含量的增加，混凝土的需水量在不算增加，在拌合用水量不变的情况下，混凝土变得黏稠，和易性下降。因此，综合考虑实际施工中用水量、工作性能以及抗压强度要求等因素，在机制砂混凝土生产中石粉的含量在7%～10%之间为宜。
3 结论
（1）机制砂中的石粉可以弥补机制砂级配缺陷，有助于提升C30机制砂混凝土的工作性能和抗压强度。
（2）当石粉含量低于7%时，随着石粉含量的增加，混凝土保水性增强，坍落度逐渐增大，离析、泌水现象也得到改善。当石粉含量大于13%时，随着石粉含量的增加，混凝土的黏聚性增加，坍落度逐渐降低，离析、泌水现象严重。
（3）C30机制砂混凝土7d和28d的抗压强度均随着石粉含量的增加先增加后减少，抗压强度变化趋势一致，均是在石粉含量为10%时抗压强度出现最大值。
（4）石粉含量为7%～13%时，混凝土的工作性能和抗压强度都达到最佳状态。因此在C30机制砂混凝土生产中，石粉含量应控制在7%～10%之间，以确保混凝土性能满足施工要求。
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