余尚和，周孝軍，梁遠博，李勝，趙藝程

（1.四川公路橋梁建設集團有限公司，四川 成都 610041；2.西華大學 土木建筑與環(huán)境學院，四川 成都 610039；3.武漢理工大學 硅酸鹽建筑材料國家重點實驗室，湖北 武漢 430070；4.四川交通職業(yè)技術學院，四川 成都 611130）

0 前言

四川省敘永至古藺高速公路（敘古高速）全長約65.7 km，橋隧比56%，其中橋梁82座，需要C30以上橋梁高性能混凝土約100萬m3，對砂石集料需求量大。敘古高速項目沿線缺少天然砂，若就近外購天然砂，其價格高達200～300元/m3，且來源不穩(wěn)定，質量不宜控制。但沿線多山，巖石強度高、分布廣，機制砂的生產利用較方便?？紤]到山區(qū)水資源短缺，同時環(huán)保部門禁止洗砂水排放，機制砂主要采用干法工藝生產，其石粉含量偏高，在10%左右波動。GB/T 14684—2011《建設用砂》規(guī)定，配制C30以上強度等級混凝土時，機制砂中石粉含量不宜超過10%，但根據使用地區(qū)和用途，在試驗驗證的基礎上，允許供需雙方協(xié)商確定機制砂中的石粉含量。

大量研究表明[1-3]，與天然砂中泥粉具有顯著差異，石粉與機制砂礦物組成、化學成分一致，其具有填充效應，也可起到晶核作用。石粉含量不超過10%時，可改善混凝土工作性能，提高混凝土強度[4-6]。而石粉含量過高時，制備混凝土時粘稠度大、工作性能差、易離析泌水、硬化混凝土易開裂[7-9]，但含量不超過15%時，采取一定的技術措施，制備的混凝土仍可滿足工程設計與施工要求[10]。因此，本文主要針對敘古高速橋梁工程用機制砂石粉含量高的特點，通過配合比優(yōu)化設計、調整外加劑性能等措施，以制備高石粉含量機制砂橋梁高性能混凝土，并探討其工作性能、力學性能與耐久性能，為工程應用提供技術支撐。

1 試驗

1.1 原材料

水泥：拉法基P·O42.5水泥，主要技術指標見表1；粉煤灰：習水Ⅱ級粉煤灰，燒失量7.3%，需水量比100%；細集料：瀘州石板灘機制砂，細度模數3.2，石粉含量10%，亞甲藍MBV值0.5 g/kg；粗集料：瀘州石板灘碎石，粒徑5～25 mm，壓碎值7.4%，針片狀含量4.5%；外加劑：上海三瑞高分子材料股份有限公司生產的聚羧酸高性能減水劑，試驗用母液、引氣劑（脂肪醇聚胺類）等均由該公司提供；水：自來水。

表1 水泥的主要技術指標

1.2 試驗方法

按照四川省地方標準DB51/T 1995—2015《機制砂橋梁高性能混凝土技術規(guī)程》的方法進行混凝土配合比設計與制備?；炷涟韬臀镄阅馨碐B/T 50080—2016《普通混凝土拌和物性能試驗方法標準》進行測試，力學性能依據GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》進行測試，耐久性能依據GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》進行測試。

2 混凝土制備與性能

2.1 確定基準配合比

采用密實骨架堆積法進行集料組成設計，并根據額定粉體用量的原則要求，對粉體材料的用量進行調整，經試配、調整得到C40、C50機制砂混凝土的基準配合比見表2。

表2 C40、C50機制砂混凝土的基準配合比 kg/m3

2.2 外加劑組分優(yōu)化

按照DB51/T 1995—2015中的技術路線，采用7%～15%石粉含量的機制砂制備C40及以上強度等級混凝土時，可調整外加劑降粘組分與引氣組分，改善混凝土和易性。因此，采用630型（固含量35%）和910型（固含量40%）2種降粘型母液，配制相同減水率（25%）的外加劑進行試驗，優(yōu)選合適的降粘組分。以C40混凝土為例進行結果分析，試驗結果見表3。

表3 降粘母液對C40混凝土性能的影響

由表3可見，910型母液的降粘效果優(yōu)于630型，混凝土拌合物的包裹性、粘聚性以及流動性相對較好，且抗壓強度更高，故確定采用910型降粘母液。

為達到橋梁高性能混凝土泵送施工要求，在外加劑中摻入適量引氣劑，進一步提高混凝土流動性[9]。采用910型降粘母液（摻量為外加劑質量的28%），并結合G型保坍母液（摻量為外加劑質量的15%）配制基準外加劑，研究引氣劑對混凝土工作性能、力學性能與外觀質量的影響，以確定引氣劑合適摻量（占外加劑質量比），結果見表4、圖1。

由表4、圖1可知，隨著引氣劑摻量增加，混凝土含氣量持續(xù)增大，但混凝土拌合物的坍落度、擴展度先增大后減小，外觀狀態(tài)先變好后變差：引氣劑摻量為0.03%～0.06%時，混凝土的流動性、粘聚性和強度都有較明顯提高，但摻量達到0.06%后，混凝土拌合物表面小氣泡較多，硬化混凝土表面有明顯氣孔，外觀質量欠佳；引氣劑摻量達到0.09%時，混凝土含氣量達到7.1%，拌合物較松散，流動性出現劣化，硬化后強度明顯下降，表面氣孔較多。綜合混凝土工作性能、強度與外觀質量，確定引氣劑摻量為0.03%。

表4 引氣劑摻量對C40混凝土性能的影響

圖1 引氣劑摻量對C40混凝土外觀效果的影響

綜上所述，本研究確定復合外加劑組分為：910型降粘母液28%，G型保坍母液15%，引氣劑0.03%，為減小混凝土收縮，還摻入占膠凝材料質量1.0%的減縮劑。

2.3 混凝土的物理力學性能

采用上述多功能外加劑，根據性能要求調整其摻量，制備得到了C40、C50機制砂高性能混凝土，其配合比與物理力學性能如表5所示。

表5 混凝土配合比與物理力學性能

由表5可見，混凝土拌合物粘聚性與包裹性較好，坍落度達220 mm、擴展度560～575 mm，具有很好的流動性。C40、C50混凝土28 d抗壓強度分別為55.1、64.6 MPa，滿足設計要求。

2.4 耐久性測試

為分析高含量石粉與復合外加劑對混凝土耐久性的影響，對制備的C40、C50橋梁高性能混凝土的干縮、抗裂、抗?jié)B、抗凍、抗碳化與抗硫酸鹽侵蝕等耐久性指標進行了測試，結果如表6所示。

表6 混凝土耐久性能測試結果

由表6可見，混凝土的28 d干燥收縮率均小于3.5×10-4，體積穩(wěn)定性好；抗裂等級均超過Ⅲ級，達到Ⅳ級，抗裂性能優(yōu)異；56d電通量分別為 824、756C，符合 JGT/T 193—2009《混凝土耐久性檢驗評定標準》中Ⅳ級的要求（＜1000 C）；抗凍等級大于F300，抗硫酸鹽等級大于KS120，滿足設計要求；28 d碳化深度最大為1.1 mm，抗碳化性能好。

3 工程應用

制備的高石粉含量機制砂高性能混凝土不僅工作性能與力學性能好，同時具有很好的耐久性，滿足橋梁結構混凝土施工和設計要求，在敘古高速橋梁工程的墩柱、箱梁、預制T梁等構件中（見圖2），有效解決了高石粉含量機制砂制備混凝土易離析泌水、過度粘稠、泵送性能差和硬化混凝土易收縮開裂、外觀質量差等問題，保證了高石粉含量機制砂的應用，緩解了工程建設集料供需矛盾，降低了工程成本，提高了橋梁安全性與耐久性。

圖2 高石粉含量機制砂高性能混凝土在敘古高速橋梁工程應用狀況

4 結論

（1）優(yōu)化外加劑降粘組分和引氣劑摻量可以提高混凝土工作性能與力學性能：910型降粘母液可以提高混凝土拌合物包裹性與和易性；引氣劑摻量為0.03%時能有效改善混凝土拌合物工作性能和硬化混凝土外觀效果，同時也能提高混凝土強度。

（2）針對敘古高速公路工程機制砂石粉含量約為10%的現實狀況，提出了高石粉含量機制砂混凝土的制備方法，制備出工作性能、力學性能與耐久性優(yōu)良的C40、C50高性能混凝土，并應用于實際橋梁工程，工程效果良好。