摘要 機制砂混凝土施工中，砂類、石粉含量、礦物摻配料占比等直接影響其早期開裂性能、抗水滲透性能。文章針對機制砂混凝土早期開裂及抗?jié)B透性影響進行研究，基于對砂類、石粉含量、礦物摻配量三大變量的試驗進行分析，提出其變化對機制砂混凝土早期開裂性能及抗?jié)B透性帶來的影響。試驗研究表明：天然砂混凝土的抗水滲透性能，優(yōu)于機制砂混凝土;石粉含量與混凝土抗早期開裂性能無直接關(guān)系，與混凝土抗水滲透性能成正比;粉煤灰礦物摻合料占比與混凝土抗早期開裂性能成反比，與混凝土抗水滲透性能成正比。

關(guān)鍵詞 機制砂種類;早期開裂;抗水滲透

中圖分類號 U414 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）12-0132-03

收稿日期：2022-03-18

作者簡介：張克永（1976—），男，本科，高級工程師，從事公路橋梁施工工作。

0 引言

隨著城市化建設(shè)進程的加快，基礎(chǔ)建筑建設(shè)中，砂子作為混凝土的主要原材料，用量也隨之快速增長?？紤]到天然砂的不可再生性，為降低城市建設(shè)需求對資源的依賴及環(huán)境的影響，混凝土中配置機制砂的生產(chǎn)方式得到了廣泛推廣使用[1]。該文以某機制砂混凝土為例，基于其原材料構(gòu)成，對砂類、石粉含量、礦物摻和量三個參數(shù)的變化所引起的機制砂混凝土早期抗裂性及抗?jié)B透性能的變化進行了重點分析，以供機制砂混凝土的研究參考與借鑒。

1 原材料與試驗方案

1.1 原材料

機制砂又稱人工砂，主要由礦物摻合料、石粉等材料構(gòu)成，分為原狀機制砂、石灰?guī)r機制砂、水洗機制砂等幾種類型，是一種廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)建筑施工的新型混凝土原材料，可以有效改善混凝土的工作性能，機制砂混凝土主要原材料如下：

（1）水泥。水泥是混凝土的主要原材料之一，其型號、配比的選用對于保證混凝土強度達標(biāo)具有重要意義。該試驗統(tǒng)一選用P·O42.5級普通硅酸鹽水泥，其穩(wěn)定性、抗裂性均達到標(biāo)準(zhǔn);

（2）礦物摻合料。礦物摻合料的引入對機制砂混凝土性能有很大影響，既可以節(jié)約水泥用量、降低水泥水化熱，又可以優(yōu)化混凝土結(jié)構(gòu)性能和工作性能，從而提升混凝土的穩(wěn)定性[2]。其摻量應(yīng)視工程性質(zhì)、環(huán)境因素、現(xiàn)場條件等因素而選擇。該文機制砂混凝土選用粉煤灰作為礦物摻合料，其性能指標(biāo)可匹配要求參數(shù)。

（3）粗集料。粗集料粒徑對于平衡機制砂混凝土的流動性、保水性和粘聚性具有重要意義，應(yīng)遵循優(yōu)先選擇粒徑均勻、最大粒徑較小的原則。查閱相關(guān)文獻可知，國內(nèi)工程粗集料最大粒徑控制在20 mm以內(nèi)，該文機制砂混凝土選用5～16 mm及16～25 mm連續(xù)級配碎石，其物料性能、級配碎石篩分結(jié)果均可匹配規(guī)范要求。

（4）細(xì)集料。細(xì)集料的選用對于促進水泥水化、提升水泥微觀結(jié)構(gòu)密實性至關(guān)重要。該試驗細(xì)集料選用天然砂、原狀機制砂、石灰?guī)r機制砂和水洗機制砂4種，結(jié)合相關(guān)文獻及篩分實驗結(jié)果可知其各項指標(biāo)均滿足建筑規(guī)范中級配曲線分區(qū)等規(guī)定要求[3]。

（5）外加劑、水，全部用水選用自來水。

（6）基準(zhǔn)配合比?；炷粱鶞?zhǔn)配合比的設(shè)計要結(jié)合砂類等原材料的性能特點，例如在選擇機制砂時要重點關(guān)注其針片狀顆?；祀s、石粉含量較高的特性。該試驗水、水泥、砂、石、外加劑的比例按照150∶428∶692∶1 130∶4.28執(zhí)行。

1.2 試驗方案

該試驗設(shè)計主要為研究砂類、石粉含量、礦物摻合料三大變量所引起的混凝土耐久性能變化，其中三大變量的砂類主要分為天然砂、原狀機制砂、石灰?guī)r機制砂、水洗機制砂4種，其石粉含量分別為：0.5%、3.5%和7.5%;礦物摻和料含量為：0%、6%，其他材料種類和含量保持不變。試驗組設(shè)計如表1所示。

2 機制砂混凝土早期開裂影響因素試驗研究

混凝土結(jié)構(gòu)性能受外界環(huán)境因素影響較大，特別是在炎熱或多風(fēng)等干燥天氣時，混凝土結(jié)構(gòu)表面水分的蒸發(fā)流失與內(nèi)部補給失衡，混凝土未凝結(jié)硬化前，其表面所承受較大的收縮應(yīng)力大于抗拉強度，內(nèi)外應(yīng)力的差異形成收縮裂縫，降低了混凝土結(jié)構(gòu)性能，導(dǎo)致早期開裂。機制砂混凝土試件尺寸及環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置具體如下：

（1）尺寸。試件尺寸設(shè)置為800 mm×600 mm×100 mm。

（2）環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。溫度控制在（20±2）℃，相對濕度保持在（60±5）%，控制風(fēng)速保持在（5±0.5）m/s。

（3）監(jiān)測儀器選用MG10085-1A100X顯微鏡。

混凝土早期抗裂性能的等級劃分見表2。

2.1 砂種類對機制砂混凝土早期開裂的影響

保證配合比一致的情況下，研究X1（天然砂）、X2-1（原狀機制砂）、X2-2（石灰?guī)r機制砂）和X2-3（水洗機制砂）4種砂類混凝土的開裂變化，分析表3、圖1可以得出以下結(jié)論：

（1）總開裂面積：機制砂混凝土小于天然砂混凝土。

（2）彈性模量：天然砂小于石灰?guī)r。

（3）砂類、彈性模量是影響機制砂混凝土早期開裂的主要因素，由機制砂或彈性模量較大集料構(gòu)成的混凝土具有較好的抗裂性能[4]。

2.2 石粉含量對機制砂混凝土早期開裂的影響

分析X2-1（含量為0.5%）、X4-1（含量為3.5%）、X4-2（含量為7.5）三種不同石粉含量的原狀機制砂混凝土早期開裂情況，試驗結(jié)果見圖2。

觀察圖2 中各試驗組對應(yīng)的開裂面積數(shù)值及隨著石粉含量增加所引起的開裂面積變化趨勢可以看出，X4-1（含量為3.5%）具有最高的早期抗裂性能，石粉含量與混凝土的早期抗開裂性能并無絕對的正比關(guān)系。

2.3 礦物摻合料對機制砂混凝土早期開裂的影響

分析X-1、X3-1兩種不同礦物摻合料配比的天然砂混凝土早期開裂情況，試驗結(jié)果見表4。

對比表4數(shù)據(jù)可以看出，摻配量比值較高的X3-1出現(xiàn)的早期開裂病害情況較少，因此可知礦物摻和料占比與混凝土的抗早期開裂性能成反比關(guān)系，摻合料占比越大，混凝土的抗早期開裂性能越好。

3 機制砂混凝土抗水滲透性影響因素試驗研究

混凝土水化硬結(jié)過程中容易形成大小孔徑不一的孔隙，水分在孔隙間流動所形成的水壓力及液體表面壓力都會引起混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性變化[5]。根據(jù)混凝土耐久性能試驗等相關(guān)文獻，該試驗通過逐級加壓法測試機制砂、天然砂兩種砂質(zhì)的抗水滲透性能。試驗標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）監(jiān)測儀器選用HP-4.0型混凝土抗?jié)B儀。

（2）混凝土試件抗?jié)B等級的計算公式為：P=lOH-1 （1）

式中，H——50%的試件出現(xiàn)滲水時的水壓力（MPa）;P——混凝土的抗?jié)B等級。

獲得的抗水滲透結(jié)果見表5。

觀察表5數(shù)據(jù)可知，各試驗組混凝土的抗?jié)B等級均≥P15級。

3.1 砂種類對機制砂混凝土抗水滲透能力的影響

基于同等配合比時可知，X1（天然砂混凝土）的抗水滲透性最佳，滲水壓力臨界值為2.1 MPa;X2-3（水洗機制砂混凝土）的抗水滲透性最差，滲水壓力臨界值僅為1.6 MPa，其主要原因為機制砂在水洗工序時細(xì)料流失，摻入混凝土后形成較多孔隙，水在孔隙間的流動會降低混凝土的穩(wěn)定性，故其抗?jié)B透性能劣于天然砂混凝土[6]。

3.2 石粉含量變化對機制砂混凝土抗水滲透能力的影響

根據(jù)表5數(shù)據(jù)可知，抗?jié)B級別最高的是X4-2混凝土，最差的是X4-3混凝土，同時從表中數(shù)據(jù)可以看出，同類機制砂混凝土的石粉含量與抗?jié)B透性能成正比關(guān)系，石粉含量越大對應(yīng)的混凝土抗?jié)B透等級越高，主要原因為機制砂經(jīng)水洗工序后粒徑0.6 mm以下的顆粒流失，所構(gòu)成的混凝土孔隙率較大，石粉的添加可以填實水洗工序造成的孔隙，混凝土密實度得以提升，水在空隙間的流動性減弱，進而提升混凝土的抗水滲透性。

3.3 機制砂混凝土抗水滲透能力受礦物摻合料影響

對比表5中X3-1與X1的抗?jié)B級別可知，提高礦物摻合料占比可以優(yōu)化混凝土的抗水滲透性，主要原因為在水泥水化過程中礦物摻合料會發(fā)生一系列的物理、化學(xué)反應(yīng)，從漿體變成堅固的石狀體，并能膠結(jié)其他物料，制成有一定機械強度的復(fù)合固體的物質(zhì)，能填充混凝土內(nèi)部的孔隙和提升混凝土的密實性及優(yōu)化混凝土的抗水滲透性。

4 結(jié)論

綜上所述，機制砂混凝土改變砂類、石粉含量、礦物摻配料占比等，分析其早期開裂及抗?jié)B透性，試驗研究結(jié)論如下：

（1）機制砂混凝土彈性模量與混凝土抗裂性成正比，彈性模量越大，混凝土抗裂性越好。

（2）天然砂混凝土的抗水滲透性能，優(yōu)于機制砂混凝土。

（3）石粉含量與混凝土抗早期開裂性能無直接關(guān)系，而石粉含量與混凝土抗水滲透性能成正比，石粉含量越大，混凝土抗水滲透性越佳。

（4）粉煤灰礦物摻合料占比與混凝土抗早期開裂性能成反比，礦物摻合料越大，混凝土的早期抗裂性能越差。

（5）粉煤灰礦物摻合料占比與混凝土抗水滲透性成正比，礦物摻合料越大，混凝土的抗水滲透性能越佳。

總之，機制砂作為一種新型的建筑材料，其在混凝土中的應(yīng)用對于緩和建設(shè)需求與資源、環(huán)境的矛盾具有重要意義，只有加以科學(xué)合理地控制運用，才能充分發(fā)揮機制砂的綜合效益。

參考文獻

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