王 國 賓

(三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院,湖北 宜昌 443002)

0 引言

隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模的日益擴(kuò)大，天然砂的產(chǎn)量已不能滿足商品混凝土生產(chǎn)的需求，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國2016年商品混凝土產(chǎn)量達(dá)17.9億m3，增長7.4個百分點(diǎn)，增速同比提高5.3%。除此之外，許多地區(qū)出現(xiàn)的超采、超挖現(xiàn)象更是破壞了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)平衡[1]。作為天然砂的替代品，人工砂的出現(xiàn)不僅有效緩解了砂資源的匱乏，同時也有利于當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境的保護(hù)[2]。在人工砂生產(chǎn)過程中不可避免的產(chǎn)生一定量的石粉，并且這些石粉中含有大量的微粒，石粉中微粒的含量很大程度影響了人工砂混凝土的力學(xué)性能。適量的石粉微粒不僅可以減少水泥的用量，降低水化放熱，而且有利于提高混凝土強(qiáng)度[3,4]。為了探明石粉微粒對人工砂混凝土強(qiáng)度的影響規(guī)律，擬通過進(jìn)行不同石粉微粒含量的人工砂混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)，以掌握其影響規(guī)律并進(jìn)一步提出能使混凝土力學(xué)性能較優(yōu)時石粉微粒含量的建議控制范圍，可為實(shí)際生產(chǎn)提供理論支撐。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)原材料

試驗(yàn)所用人工砂石粉采用某水電站工程灰?guī)r砂石及混凝土系統(tǒng)生產(chǎn)制得，以微粒含量為11.5%(占人工砂的質(zhì)量比)的原級配人工砂為基準(zhǔn)，通過水洗或外摻石粉微粒(人工砂粉磨細(xì)通過0.08 mm方孔篩)的方法，共得到微粒含量分別為5.0%，6.5%，8.0%，9.3%，11.5%，12.8%，14.0%的7種人工砂石粉，化學(xué)成分見表1。試驗(yàn)采用的華新P.MH42.5中熱硅酸鹽水泥，其物理力學(xué)性能測試結(jié)果見表2，粉煤灰采用曲靖F類Ⅰ級粉煤灰，性能測試結(jié)果見表3。減水劑采用江蘇博特有限公司生產(chǎn)的PCA-1型聚羧酸高性能減水劑。引氣劑采用江蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的GYQ混凝土引氣劑。粗骨料采用該水電站灰?guī)r砂石及混凝土系統(tǒng)生產(chǎn)的二級配灰?guī)r碎石，粒徑5 mm～20 mm(小石)與20 mm～40 mm(中石)比例1∶1，其物理性能指標(biāo)見表4。拌合用水采用實(shí)驗(yàn)室生活用自來水，其水質(zhì)滿足DL/T 5152—2001水工混凝土水質(zhì)分析試驗(yàn)規(guī)程對拌合用水的要求。

表1 人工砂中石粉的化學(xué)成分 %

表2 華新P.MH42.5中熱硅酸鹽水泥物理性能指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)方法

表3 曲靖F類Ⅰ級粉煤灰物理性能指標(biāo) %

表4 灰?guī)r碎石物理性能指標(biāo)

根據(jù)DL/T 5330—2005水工混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程進(jìn)行不同石粉微粒含量的混凝土試拌與調(diào)整試驗(yàn)，人工砂石粉微粒含量11.5%時，C30混凝土的基準(zhǔn)配合比見表5。其他微粒含量的混凝土配合比由試拌試驗(yàn)來確定。試拌過程中保持水膠比、砂率、粉煤灰摻量、減水劑摻量與基準(zhǔn)配合比相同，坍落度按160 mm～180 mm、含氣量按4%～5%控制。

表5 C30混凝土的基準(zhǔn)配合比

依據(jù)DL/T 5150—2001水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定的試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)，測試混凝土抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度的試件尺寸為150 mm×150 mm×150 mm，采用尺寸為100 mm×196 mm×600 mm的“八字形”試件進(jìn)行混凝土28 d軸拉強(qiáng)度和28 d極限拉伸值試驗(yàn)，“八字形”試件為異形試件。

1.3 試驗(yàn)設(shè)備

混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)使用YAW-2000F1型電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行，加載速率0.5 MPa/s(即11.25 kN/s)。

使用PWS-E200電液伺服動靜萬能試驗(yàn)機(jī)和三峽大學(xué)自主設(shè)計(jì)的混凝土劈裂裝置進(jìn)行混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)加載速率為0.04 MPa/s(即0.9 kN/s)。

軸心抗拉所用儀器為PWS-E200電液伺服動靜萬能試驗(yàn)機(jī)、混凝土極限拉伸試驗(yàn)夾具、優(yōu)泰uT7110Y靜態(tài)應(yīng)變采集儀，試驗(yàn)采用在試件兩側(cè)粘貼150 mm應(yīng)變片的方式測量極限拉伸試件的變形量，并根據(jù)試驗(yàn)最終確定極限拉伸值。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)上述試驗(yàn)方法分別進(jìn)行不同石粉微粒含量的C30混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)，每次試驗(yàn)結(jié)果取3塊試件的平均值[5]，記錄其試驗(yàn)結(jié)果見表6。

2.2 石粉微粒含量對抗壓強(qiáng)度的影響

由表6的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，混凝土7 d，28 d，90 d抗壓強(qiáng)度隨石粉微粒含量而變化的規(guī)律大致相同，即微粒含量在5%～11.5%之間時，混凝土抗壓強(qiáng)度隨著石粉微粒含量的增加而提高；石粉微粒含量高于11.5%的條件下，抗壓強(qiáng)度又隨微粒含量的增加而緩慢下降。從總體上看，石粉微粒含量在6.5%～12.8%之間時，其對C30混凝土抗壓強(qiáng)度影響程度較小。石粉微粒含量在11.5%時，混凝土7 d抗壓強(qiáng)度最高；微粒含量在12.8%時混凝土28 d抗壓強(qiáng)度最高；微粒含量在9.3%時，混凝土90 d抗壓強(qiáng)度最高。因此，石粉微粒含量在6.5%～12.8%之間時，混凝土抗壓強(qiáng)度較高。

表6 不同微粒含量C30混凝土的力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

2.3 石粉微粒含量對劈裂抗拉強(qiáng)度的影響

由表6的劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果可知，石粉微粒含量9.3%時，C30混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度最高；當(dāng)微粒含量在5%～9.3%之間時，混凝土各齡期(7 d,28 d,90 d)劈裂抗拉強(qiáng)度隨石粉微粒含量的增加而提高；微粒含量大于9.3%的條件下，劈裂抗拉強(qiáng)度又隨微粒含量的增加而下降。從總體上看，微粒含量在6.5%～12.8%之間時，混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度較高。

2.4 石粉微粒含量對軸拉強(qiáng)度和極限拉伸值的影響

由表6可以看出，微粒含量在5%～14%之間時，石粉微粒對混凝土28 d軸心抗拉強(qiáng)度和28 d極限拉伸值二者的影響規(guī)律相近，二者都隨著微粒含量的增加而呈現(xiàn)出先增后減的趨勢。當(dāng)微粒含量8%時，混凝土28 d軸心抗拉強(qiáng)度最高；微粒含量9.3%時，混凝土28 d極限拉伸值最高。綜合來看，當(dāng)石粉中微粒含量在6.5%～12.8%時，C30混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度、極限拉伸值較優(yōu)。

3 結(jié)語

綜合以上幾方面的研究結(jié)果可知，當(dāng)石粉中微粒含量控制在6.5%～12.8%時，混凝土的力學(xué)性能，包括抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、軸心抗拉強(qiáng)度與極限拉伸值等較優(yōu)。

[1] 續(xù)聰聰,袁鵬飛，張 潔.石灰石粉混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究[J].山西建筑,2017,43(11):128-129.

[2] 毛晶晶.機(jī)制砂混凝土的應(yīng)用現(xiàn)狀與研究進(jìn)展[J].山西建筑,2015,41(27):123-124.

[3] Lovato P S,Possan E,Angela B.Masuero,et al.Modeling of mechanical properties and durability of recycled aggregate concretes[J].Construction & Building Materials,2012,26(1):437-447.

[4] 安明喆,蘇 陽,王 月,等.粗骨料石粉含量對C50高性能混凝土性能的影響研究[J].中國鐵道科學(xué),2013,34(4):27-32.

[5] 黃亞梅,王立華.灰?guī)r人工砂石粉對混凝土微觀結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能影響[J].人民長江,2017,48(6):70-73.