靳月清 劉 巍 朱兆榮 吳和桂

(1.中鐵西北科學(xué)研究院有限公司 蘭州 730000；2.中國(guó)中鐵科學(xué)研究院有限公司 成都 611731；3.蘭州市軌道交通有限公司 蘭州 730000)

0 引言

隨著我國(guó)鐵路、公路、建筑業(yè)等基礎(chǔ)設(shè)施的大力建設(shè)，混凝土所用砂、石等原材料的需求量越來(lái)越大，而天然砂的大量開采不僅浪費(fèi)資源、提高建設(shè)成本，還污染環(huán)境、破壞河道和生態(tài)，與目前的環(huán)境保護(hù)相悖，因此，采用機(jī)制砂替代天然砂生產(chǎn)混凝土已逐漸成為環(huán)保經(jīng)濟(jì)的優(yōu)先選擇。目前，對(duì)機(jī)制砂混凝土的有關(guān)性能方面開展了較多研究，艾長(zhǎng)發(fā)等[1]研究了機(jī)制砂級(jí)配對(duì)混凝土性能的影響規(guī)律與作用效應(yīng)。唐凱靖等[2]、宋少民等[3]研究了機(jī)制砂巖性對(duì)膠砂和混凝土的和易性和強(qiáng)度的影響。顏從進(jìn)[4]研究了機(jī)制砂MB值的影響因素，進(jìn)而分析了機(jī)制砂混凝土的工作性能和強(qiáng)度隨MB值的變化規(guī)律。劉娟紅等[5]研究了機(jī)制砂與天然細(xì)砂混摻配制的混凝土與中砂混凝土在抗?jié)B性等方面的差異性。周玉娟等[6]對(duì)比研究了機(jī)制砂與河砂混凝土預(yù)應(yīng)力T梁在變形與開裂性能方面的差異性。陳學(xué)鋒等[7]分析了采用低標(biāo)號(hào)混凝土中機(jī)制砂代替天然砂的可能性和經(jīng)濟(jì)性。胡曉曼等[8]初步研究了機(jī)制砂與天然細(xì)砂在高性能混凝土中的最優(yōu)摻配比例。趙日新等[9]研究表明機(jī)制砂可以代替天然砂應(yīng)用于泵送混凝土中。杜朝陽(yáng)[10]總結(jié)了機(jī)制砂混凝土的質(zhì)量控制措施及施工關(guān)鍵技術(shù)。莊紹牧[11]研究了機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)對(duì)堆積密度、混凝土工作性、力學(xué)性能的影響。范金朋等[12]研究機(jī)制砂混凝土和河砂混凝土在不同砂率下的工作性能和力學(xué)性能，結(jié)果表明當(dāng)砂率為45%時(shí)，河砂混凝土性能較優(yōu);當(dāng)砂率為51%時(shí)，機(jī)制砂混凝土的性能較優(yōu)。綜上，目前針對(duì)機(jī)制砂混凝土的性能方面已有較多研究，然而在天然砂混凝土和機(jī)制砂混凝土性能差異性方面的對(duì)比研究少見(jiàn)。

鑒于此，本文以天然砂混凝土和精品機(jī)制砂混凝土為研究對(duì)象，采用室內(nèi)試驗(yàn)方法，對(duì)二者在拌合物性能、力學(xué)性能、耐久性能和體積穩(wěn)定性能等方面的差異性開展研究，以便為機(jī)制砂混凝土的品質(zhì)優(yōu)化和推廣應(yīng)用提供參考。

1 試樣來(lái)源與試驗(yàn)方法

1.1 試樣來(lái)源及要求

本文所選天然砂和精品機(jī)制砂均為蘭州地區(qū)，其中天然砂(圖表中以TRS表示)的各項(xiàng)指標(biāo)均符合有關(guān)規(guī)范II類砂要求，級(jí)配合格，含泥量合格。精品機(jī)制砂(圖表中以JPJZS表示)采用先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)工藝生產(chǎn)，重點(diǎn)控制機(jī)制砂的粒形和石粉含量，除各項(xiàng)指標(biāo)均符合有關(guān)規(guī)范Ⅱ類砂要求外，還滿足粒形良好、級(jí)配合理、質(zhì)地堅(jiān)固、有效控制石粉含量、質(zhì)量穩(wěn)定等要求。

1.2 試樣配比及試驗(yàn)參數(shù)

對(duì)比試驗(yàn)采用同等條件，分別選取了0.35、0.40、0.45的水膠比，配合比設(shè)計(jì)參數(shù)均相同，粉煤灰摻量、水泥用量、砂率、單位用水量均相同，由于細(xì)骨料的石粉含量、顆粒級(jí)配有所差異，摻加的外加劑摻量有所變化，摻量范圍為1.0%～1.5%，具體配合比參數(shù)為：?jiǎn)挝挥盟?55kg，粉煤灰摻量為30%，砂率為41%～42%。

主要對(duì)拌合物性能、56d抗壓強(qiáng)度、56d電通量、56d氯離子擴(kuò)散系數(shù)、28～60d的收縮率變化、60次單面鹽凍進(jìn)行試驗(yàn)。

1.3 試樣基本指標(biāo)

試驗(yàn)所用天然砂和精品機(jī)制砂的基本性能如表1所示。從中可見(jiàn)，精品機(jī)制砂的各項(xiàng)性能指標(biāo)與天然砂的各項(xiàng)性能指標(biāo)基本相同。

表1 試驗(yàn)用砂基本性能指標(biāo)

2 結(jié)果分析

2.1 混凝土拌合物性能

天然砂和精品機(jī)制砂混凝土拌合物的基本性能如表2所示。從中可見(jiàn)，在水膠比相同的條件下，精品機(jī)制砂和天然砂混凝土拌合物的各項(xiàng)性能差異性不大，流動(dòng)性方面精品機(jī)制砂混凝土甚至優(yōu)于天然砂混凝土。

表2 天然砂和精品機(jī)制砂混凝土拌合物性能對(duì)比表

2.2 抗壓強(qiáng)度

天然砂和精品機(jī)制砂混凝土的56d抗壓強(qiáng)度如表3所示。從中可見(jiàn)，不同水膠比的精品機(jī)制砂比天然砂混凝土56d抗壓強(qiáng)度均偏低，但差異性不大，均在一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)內(nèi)波動(dòng)。

表3 天然砂和精品機(jī)制砂混凝土56d抗壓強(qiáng)度(MPa)

2.3 電通量

天然砂和精品機(jī)制砂混凝土的56d電通量如表4所示。從中可見(jiàn)，不同水膠比的精品機(jī)制砂與天然砂混凝土56d電通量有的增加，有的降低，波動(dòng)范圍為26～224C，差異性不大，均在一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)內(nèi)波動(dòng)。

表4 天然砂和精品機(jī)制砂混凝土56d電通量(C)

2.4 氯離子擴(kuò)散系數(shù)

天然砂和精品機(jī)制砂混凝土的56d氯離子擴(kuò)散系數(shù)如表5所示。從中可見(jiàn)，不同水膠比的精品機(jī)制砂與天然砂混凝土56d氯離子擴(kuò)散系數(shù)有的增加，有的降低，波動(dòng)范圍為0.1～0.3(0.1×10-12m2/s)，差異性較小。

表5 天然砂和精品機(jī)制砂混凝土Cl-擴(kuò)散系數(shù)(0.1×10-12m2/s)

2.5 收縮率變化量

天然砂和精品機(jī)制砂混凝土的28～60d收縮率變化量如表6所示。從中可見(jiàn)，在水膠比相同的條件下，精品機(jī)制砂混凝土收縮率變化量明顯優(yōu)于天然砂混凝土，且隨著水膠比的增大,二者的收縮率變化量都在增大。

表6 天然砂和精品機(jī)制砂混凝土收縮率變化量 /(1×10-6)

2.6 單面鹽凍試驗(yàn)

對(duì)精品機(jī)制砂混凝土和天然砂混凝土進(jìn)行單面鹽凍對(duì)比試驗(yàn)，得到相應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果如圖1～圖4所示。

圖1 單位測(cè)試表面面積剝落物

圖2 循環(huán)后吸水率 圖3 超聲波相對(duì)傳播時(shí)間

圖4 超聲波相對(duì)動(dòng)彈性模量

綜上四圖分析表明，精品機(jī)制砂和天然砂混凝土單面鹽凍各項(xiàng)性能變化趨勢(shì)幾乎相同，精品機(jī)制砂混凝土相對(duì)具有更好的耐鹽凍性能。

3 結(jié)論

本文針對(duì)精品機(jī)制砂混凝土和天然砂混凝土在拌合物性能、力學(xué)性能等方面的差異性進(jìn)行了對(duì)比研究，得到如下結(jié)論：

(1)精品機(jī)制砂混凝土與天然砂混凝土的拌合物性能指標(biāo)基本相同，二者差異性較小，個(gè)別指標(biāo)甚至優(yōu)于天然砂混凝土。

(2)精品機(jī)制砂可以廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)中，還應(yīng)適當(dāng)拓寬其應(yīng)用范圍和領(lǐng)域。