胡曉曼，李亞南

（1.安徽省·水利部淮河水利委員會(huì)水利科學(xué)研究院，安徽　合肥230088; 2.安徽省建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測站，安徽　合肥230088）

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C60高石粉機(jī)制砂高性能混凝土試驗(yàn)研究

胡曉曼1，2，李亞南1，2

（1.安徽省·水利部淮河水利委員會(huì)水利科學(xué)研究院，安徽合肥230088; 2.安徽省建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測站，安徽合肥230088）

采用材料學(xué)原理、正交技術(shù)、高性能混凝土理念，突破國標(biāo)、行標(biāo)對機(jī)制砂高強(qiáng)混凝土石粉含量的限值，配制C60高石粉機(jī)制砂高性能混凝土。試驗(yàn)結(jié)果表明：C60機(jī)制砂混凝土石粉含量可高達(dá)9%，與同條件的河砂混凝土相比，其抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度、電通量、快速氯離子遷移系數(shù)、抗裂性能、抗凍性能均較優(yōu)。

高性能混凝土；耐久性

0　引言

安徽北部的淮北、宿州等地區(qū)，天然河砂資源匱乏，從徐州運(yùn)來的河砂不僅成本高，而且質(zhì)量逐年下降。利用淮北、宿州本地豐富的礦山資源，開采制成機(jī)制砂，不僅合理利用當(dāng)?shù)刭Y源，而且降低成本。但機(jī)制砂中“多余”的石粉常用水洗除去，以達(dá)到國標(biāo)[1]、行標(biāo)[2]要求的范圍，這樣不僅增加了生產(chǎn)成本，浪費(fèi)資源，污染環(huán)境，也破壞了機(jī)制砂的自然級(jí)配，而配制高強(qiáng)混凝土?xí)r對原材料質(zhì)量的要求更高。因此，本文利用超出國標(biāo)、行標(biāo)石粉含量限值的機(jī)制砂，配制C60高石粉機(jī)制砂混凝土，并系統(tǒng)地研究了其強(qiáng)度、長期性能和耐久性能，并與同配合比的河砂混凝土對比，以完善理論體系，同時(shí)為石粉含量的放開和機(jī)制砂的推廣應(yīng)用提供有力依據(jù)。

1　原材料

水：清潔飲用水。

水泥：安徽巢東海昌P·O42.5硅酸鹽水泥，安定性合格，3d 抗折、抗壓強(qiáng)度分別為6.2MPa、31.7MPa，28d 抗折、抗壓強(qiáng)度分別為8.7MPa、51.1MPa。

粉煤灰：合肥東興產(chǎn)F類Ⅱ級(jí)粉煤灰，細(xì)度（45μm 方孔篩篩余）10.2%，需水量比97%，燒失量1.9%，含水率0.5%。

細(xì)骨料：蕪湖河砂，細(xì)度模數(shù)為3.0，Ⅱ區(qū)；舒城河砂，細(xì)度模數(shù)為1.8，Ⅲ區(qū)；試驗(yàn)中的河砂均為蕪湖河砂與舒城河砂按比例摻配成細(xì)度模數(shù)2.6的中砂，Ⅱ區(qū)?；幢碑a(chǎn)機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù)為3.0，Ⅰ區(qū)，石粉含量為9%（試驗(yàn)中機(jī)制砂不同石粉含量是將原機(jī)制砂中的石粉篩除配制而成）。

粗骨料：巢湖散兵碎石，連續(xù)粒級(jí)5～25mm，含泥量為0.3%，泥塊含量為0.0%。

外加劑：四川某公司產(chǎn)聚羧酸高性能減水劑，摻量為膠凝材料的1.9%，減水率大約36%，其他性能符合《混凝土外加劑》（GB8076-2008）相應(yīng)技術(shù)指標(biāo)要求。

2　試驗(yàn)方法

混凝土和易性按《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50080-2002）進(jìn)行，混凝土抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度性能按《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50081-2002）進(jìn)行，混凝土電通量、氯離子滲透性能、早期抗裂性、抗凍性按《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50082-2009）進(jìn)行。

3　試驗(yàn)結(jié)果及分析

《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ52-2006）中規(guī)定：當(dāng)石粉MB＜1.4時(shí)，強(qiáng)度等級(jí)大于等于C60的混凝土石粉含量小于等于5%。本次試驗(yàn)用淮北原狀機(jī)制砂石粉含量為9%，設(shè)計(jì)超出行標(biāo)限值的5%、7%、9%石粉含量，利用正交試驗(yàn)，研究高石粉含量機(jī)制砂對高強(qiáng)混凝土性能的影響，并與河砂混凝土對比，為機(jī)制砂高強(qiáng)混凝土的設(shè)計(jì)、施工提供技術(shù)支撐。

3.1C60高石粉機(jī)制砂高性能混凝土配合比優(yōu)選

利用正交試驗(yàn)優(yōu)選C60機(jī)制砂高性能混凝土配合比，基準(zhǔn)配合比見表1，正交試驗(yàn)見表2。

C60基準(zhǔn)配合比　表1

C60正交試驗(yàn)表L9（34）　表2

利用正交試驗(yàn)方法經(jīng)計(jì)算分析可知，對坍落度而言，影響因素的主次順序?yàn)椋篈2B2C2D3，影響擴(kuò)展度的主次順序?yàn)椋篈3B2D3C2；綜合考慮該批混凝土對和易性的影響，其主次順序?yàn)锳2B2C2D3。在強(qiáng)度方面，影響3d抗壓強(qiáng)度的主次順序?yàn)镃1D2A1B1，即水膠比→粉煤灰→石粉含量→砂率，水膠比和粉煤灰是影響3d強(qiáng)度的主要因素，石粉含量和砂率是影響早期強(qiáng)度的次要因素，這與已有的研究成果相吻合。影響28d抗壓強(qiáng)度的主次順序?yàn)镃2D2A2B3，即水膠比→粉煤灰→石粉含量→砂率，這與3d強(qiáng)度的影響主次順序一致，具體的水平有區(qū)別。綜合混凝土和易性、強(qiáng)度的影響因素和水平，本著充分利用石粉的原則，本次正交試驗(yàn)的最優(yōu)配合比為：A1B2C2D2，即石粉含量9%，砂率43%，水膠比0.32，粉煤灰摻量15%，即A2組為最優(yōu)配合比。

在表2中，B1組為同配合比的河砂混凝土，河砂含泥量為0.8%，從表中可以看出，A2組機(jī)制砂混凝土在坍落度和擴(kuò)展度方面基本與B1組河砂混凝土相同，和易性均較好，3d和28d抗壓強(qiáng)度比河砂混凝土分別增加了8.8%和8.6%，這說明只要配合比合理，C60高石粉高強(qiáng)機(jī)制砂混凝土和易性和強(qiáng)度方面比河砂混凝土有優(yōu)勢，拓寬了高強(qiáng)機(jī)制砂混凝土石粉含量的限值。

3.2C60高石粉機(jī)制砂高性能混凝土對強(qiáng)度性能的影響

C60機(jī)制砂高性能混凝土和河砂混凝土配合比和強(qiáng)度結(jié)果見表3。

配合比和強(qiáng)度結(jié)果　表3

從表3可以看出，在28d抗壓強(qiáng)度方面，C60機(jī)制砂混凝土比河砂混凝土提高8.6%，28d抗折強(qiáng)度提高3.6%，28d劈裂抗拉強(qiáng)度提高46.3%，對劈裂抗拉強(qiáng)度的提高尤為顯著。這主要是由于機(jī)制砂尖銳多棱角，與漿體的粘結(jié)力較強(qiáng)，同時(shí)石粉的存在，不僅起到微集料的填充作用，還可以與水泥水化產(chǎn)物C3A和C4AF發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生具有一定膠凝能力的碳鋁酸鹽復(fù)合物［3］，促進(jìn)水化反應(yīng)的進(jìn)一步發(fā)展，產(chǎn)生更多的膠凝物質(zhì)，改善了混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)和孔隙率，使硬化后的混凝土更加密實(shí)，強(qiáng)度進(jìn)一步提高。

3.3C60高石粉機(jī)制砂高性能混凝土對耐久性的影響

C60機(jī)制砂高性能混凝土和河砂混凝土耐久性結(jié)果見表4。

耐久性結(jié)果　表4

從表4可以看出，C60高石粉機(jī)制砂混凝土和同條件的河砂混凝土相比，抗水滲透性能均達(dá)到P12等級(jí)，抗凍性能達(dá)到F300，電通量和氯離子滲透性能與河砂混凝土相當(dāng)，其中電通量均達(dá)到Ⅳ級(jí)，氯離子滲透系數(shù)達(dá)到Ⅲ級(jí)［4］，混凝土較密實(shí)，滲透性能弱，抵抗外界物質(zhì)侵蝕能力較強(qiáng)。即C60機(jī)制砂混凝土具有與河砂混凝土同樣有效的滲透性能和抗凍性能，這主要是由于高強(qiáng)混凝土膠凝材料用量較多，水膠比較小，混凝土自身連通的毛細(xì)孔較少，所以9%高石粉的存在對密實(shí)高強(qiáng)混凝土的硬化結(jié)構(gòu)影響不明顯，因此高石粉對高強(qiáng)混凝土的電通量、氯離子滲透、抗水滲透和抗凍性能變化影響不顯著[5]。

早期抗裂性采用GB/T 50082-2009中鋼制早期抗裂性裝置[6]，試驗(yàn)結(jié)果見表5，裂縫分布見圖1。

早期抗裂性結(jié)果　表5

圖1　J C60（左）和HC60（右）混凝土早期抗裂性試驗(yàn)裂縫分布

從表5中可以看出，C60機(jī)制砂混凝土裂縫條數(shù)為13條，河砂混凝土僅為5條，而在每條裂縫的平均開裂面積上，河砂混凝土為88mm2，而機(jī)制砂混凝土只有27 mm2，這說明C60機(jī)制砂混凝土雖然裂縫條數(shù)多，但每條裂縫較細(xì)小，裂縫寬度窄，這與河砂混凝土開裂條數(shù)少，但每條裂縫較寬大形成了對比。最終體現(xiàn)在單位面積的總開裂面積上，河砂混凝土的比機(jī)制砂混凝土多，但兩者均在抗裂性Ⅱ級(jí)上。這可能是由于機(jī)制砂表面粗糙多棱角，與膠體的粘結(jié)性比較強(qiáng)，但脆性大，易產(chǎn)生較多裂紋，但機(jī)制砂9%高石粉的存在，分散了膠凝材料的聚集狀態(tài)，延遲了早期水化放熱時(shí)間，降低了水化熱峰值，改善了混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，限制了機(jī)制砂混凝土裂紋的后期發(fā)展。且一定量的粉煤灰與適量石粉起到改善膠結(jié)料細(xì)度及化學(xué)組成的作用，對抑制混凝土收縮起到了更好的促進(jìn)作用[7]，表現(xiàn)為機(jī)制砂混凝土的早期抗裂性能整體比河砂混凝土好。

4　結(jié)論

①突破國標(biāo)、行標(biāo)對高強(qiáng)機(jī)制砂混凝土石粉含量的限值，采用9%高石粉原狀機(jī)制砂配制出滿足和易性和力學(xué)性能要求的C60機(jī)制砂高性能混凝土。

②采用正交技術(shù)，優(yōu)化混凝土配合比，C60高石粉機(jī)制砂高性能混凝土無論是在抗壓、抗折、劈裂強(qiáng)度性能方面，還是在電通量、氯離子滲透性能、抗水滲透性能、快速凍融循環(huán)耐久性方面，其性能均與河砂混凝土保持一致，并略優(yōu)于河砂混凝土。

③在早期抗裂性能方面，C60高石粉機(jī)制砂混凝土的抗裂指標(biāo)優(yōu)于河砂混凝土，但裂縫條數(shù)較多，應(yīng)采取有效措施，加強(qiáng)早期的保溫保濕養(yǎng)護(hù)。

[1]GB/T14684-2011，建設(shè)用砂[S]．北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011．

[2]JGJ52-2006，普通混凝土用砂、石質(zhì)量檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006．

[3]溫曉海．機(jī)制砂混凝土的耐久性影響因素研究[J]．商品混凝土，2013 （7）：27—31．

[4]JGJ/T 193-2009，混凝土耐久性檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)[S]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009．

[5]黃沙，鄒小平，等．C60機(jī)制砂混凝土的耐久性試驗(yàn)研究[J]．江西建材，2015（12）：130—133．

[6]GB/T50082-2009，普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)[S]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009．

[7]田建平，周明凱，等．高強(qiáng)機(jī)制砂混凝土中石粉與粉煤灰的復(fù)合效應(yīng)[J]．武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2006（3）：55-57．

TU528.31

A

1007-7359(2016)03-0263-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.03.096高石粉含量；機(jī)制砂；C60

胡曉曼（1979-），女，河南漯河市，碩士；高級(jí)工程師，主要從事建筑材料的檢測及混凝土性能研究工作。