文/李鵬 中鐵三局集團(tuán)第五工程有限公司 山西晉中 030600

1、前言

水泥混凝土是世界上用量最大的人造材料之一，它不但大量應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑，還廣泛用于交通、城市建設(shè)、農(nóng)林、水利以及海港等工程。在某些情況下，一些外部因素或內(nèi)部因素可使混凝土材料的耐久性降低，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，甚至產(chǎn)生災(zāi)難性的后果。其中，硫酸鹽侵蝕破壞、海水腐蝕和酸雨腐蝕是造成水泥混凝土破壞的幾個(gè)原因。

水泥混凝土所用細(xì)集料一般為天然砂（大部分為河砂），隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境及自然資源保護(hù)的加強(qiáng)，考慮到天然砂正在枯竭的現(xiàn)狀，以及天然砂干燥消耗大量能源的現(xiàn)實(shí)，機(jī)制砂的生產(chǎn)及在商品混凝土中的應(yīng)用勢(shì)在必行[1-3]。

機(jī)制砂是經(jīng)機(jī)械破碎篩分而成，其顆粒尖銳粗糙且?guī)в欣饨牵瑫r(shí)在其中不可避免地要含有一定量的石灰石粉，這是機(jī)制砂與天然砂最明顯的區(qū)別所在[4]。目前，機(jī)制砂在水泥混凝土或水泥砂漿中的應(yīng)用研究已經(jīng)有不少研究[8-13]。

本文利用機(jī)制砂部分取代河砂生產(chǎn)高性能混凝土，研究機(jī)制砂對(duì)高性能各性能（抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性等等）的影響，以便為機(jī)制砂高性能混凝土在工程中應(yīng)用提供一定的技術(shù)支持。

2、試驗(yàn)原材料與試驗(yàn)儀器、試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)原材料

表1 普通硅酸鹽水泥、粉煤灰、礦渣的化學(xué)成分

普通硅酸鹽水泥（P·O42.5），安徽合肥海螺廠產(chǎn)；S95 級(jí)礦渣粉，安徽馬鞍山鋼廠產(chǎn)；Fl類(lèi)-Ⅱ級(jí)粉煤灰，山東濟(jì)南黃臺(tái)電廠產(chǎn)；砂，黃沙，細(xì)度模數(shù)為2.7，含泥量1.3%，為安徽六安產(chǎn)，機(jī)制砂為安徽合肥長(zhǎng)豐某石料廠產(chǎn)；石子，5-31.5mm 連續(xù)級(jí)配碎石，安徽合肥長(zhǎng)豐某石料廠產(chǎn)；聚羧酸高性能減水劑，安徽中鐵工程材料科技有限公司產(chǎn)。其普通硅酸鹽水泥，礦渣和粉煤灰的化學(xué)成分見(jiàn)表1所示；其水泥的物理和力學(xué)性能指標(biāo)見(jiàn)表2所示；其粉煤灰的物理性能指標(biāo)見(jiàn)表3所示；機(jī)制砂的技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表4所示。

表2 水泥的物理性能和力學(xué)性能指標(biāo)

表3 粉煤灰的物理性能指標(biāo)

表4 機(jī)制砂的技術(shù)指標(biāo)

2.2 試驗(yàn)儀器

S60 型混凝土攪拌機(jī)、混凝土振動(dòng)臺(tái)、抗壓強(qiáng)度試件試模、抗?jié)B性試件試模、電液式壓力試驗(yàn)機(jī)、全自動(dòng)抗?jié)B儀等。

2.3 試驗(yàn)方案

本文主要研究了機(jī)制砂部分取代河砂對(duì)高性能混凝土的力學(xué)性能、耐久性（抗?jié)B性）的影響，其中機(jī)制砂取代河砂的比例分別為0、10%、20%、30%、40%、50%、60%和70%。其試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案與混凝土初始坍落度如表5所示，配合比為C30 高性能混凝土配合比，高性能混凝土初始坍落度控制在200mm-220mm。

表5 機(jī)制砂取代河砂對(duì)高性能混凝土性能影響試驗(yàn)方案及初始坍落度

3、試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 機(jī)制砂部分取代河砂對(duì)高性能混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

表6為機(jī)制砂部分取代河砂對(duì)高性能混凝土抗壓強(qiáng)度影響的試驗(yàn)結(jié)果。

表6 機(jī)制砂取代河砂對(duì)高性能混凝土抗壓強(qiáng)度影響的試驗(yàn)結(jié)果

從表6中可以看出：在普通硅酸鹽水泥基高性能混凝土中，使用機(jī)制砂部分取代河砂時(shí)，隨著機(jī)制砂摻量的不斷增加其高性能混凝土抗壓強(qiáng)度先逐漸增加而后逐漸下降，且機(jī)制砂摻量在40%，其高性能混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值；從表6中還可以看出：普通硅酸鹽水泥基高性能混凝土7d、28d 和56d 的抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律基本一致。這是因?yàn)椋河捎跈C(jī)制砂的加入，機(jī)制砂中的石粉使新拌混凝土中氣泡減少，硬化后漿體中的凝膠孔和毛細(xì)孔、以及總孔隙率都將降低，從而使高性能混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加致密，導(dǎo)致其高性能混凝土抗壓強(qiáng)度增加；但機(jī)制砂摻量過(guò)高時(shí)，機(jī)制砂中石粉含量過(guò)量，會(huì)使新拌混凝土狀態(tài)變化，并且硬化后漿體結(jié)構(gòu)密實(shí)性變差，比如機(jī)制砂摻量超過(guò)50%后，其高性能混凝土抗壓強(qiáng)度降低，機(jī)制砂摻量越高其高性能混凝土抗壓強(qiáng)度降低越明顯。

3.2 機(jī)制砂取代河砂對(duì)高性能混凝土抗?jié)B性的影響

表7 機(jī)制砂取代河砂對(duì)高性能混凝土抗?jié)B性能影響的試驗(yàn)結(jié)果

從表7中可以看出：在普通硅酸鹽水泥基高性能混凝土中，使用機(jī)制砂部分取代河砂時(shí)，隨著機(jī)制砂摻量的不斷增加其高性能混凝土滲水高度先逐漸下降而后逐漸增加，即高性能混凝土抗?jié)B性能先逐漸增加而后逐漸下降，且機(jī)制砂摻量在30%，其高性能混凝土抗?jié)B性達(dá)到最佳效果。這是因?yàn)椋河捎跈C(jī)制砂的加入，使普通硅酸鹽水泥基高性能混凝土凝膠孔和毛細(xì)孔、總孔隙都降低，導(dǎo)致其高性能混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實(shí)性增強(qiáng)，從而提高其抗?jié)B性。

結(jié)論：

（1）在普通硅酸鹽水泥基高性能混凝土中，使用機(jī)制砂部分取代河砂時(shí)，隨著機(jī)制砂摻量的不斷增加，其高性能混凝土抗壓強(qiáng)度先逐漸增加而后逐漸下降；且機(jī)制砂摻量在40%時(shí)，其高性能混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值。

（2）在普通硅酸鹽水泥基高性能混凝土中，使用機(jī)制砂部分取代河砂時(shí)，隨著機(jī)制砂摻量的不斷增加，其高性能混凝土抗?jié)B性能先逐漸增加而后逐漸下降；且機(jī)制砂摻量在30%時(shí)，其高性能混凝土抗?jié)B性達(dá)到最佳效果。

（3）綜合機(jī)制砂部分取代河砂對(duì)高性能混凝土抗壓強(qiáng)度和抗?jié)B性能的影響，其機(jī)制砂最佳摻量范圍為30%-40%。