楊造仁

（新疆水利水電勘測設計研究院有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引言

目前，國內大中型水利水電工程建設過程中由于周邊天然骨料匱乏，大多采用人工骨料，云母是主要造巖礦物之一，造成部分人工骨料中云母含量較大，云母強度低，與水泥漿的粘結力較差[1-4]，國內現行水利工程及國標規(guī)范對人工砂云母含量均有明確規(guī)定。水利行業(yè)標準SL 677-2014《水工混凝土施工規(guī)范》、水電行業(yè)標準DL/T 5144-2015《水工混凝土施工規(guī)范》、國家標準GB/T 14684-2022《建筑用砂》中均限定人工砂云母含量小于等于2%。早期試驗研究多為天然砂云母含量對混凝土性能影響，當砂中云母含量較大時，混凝土拌合物和易性、強度、耐久性均有降低[5—10]，而對人工砂云母含量對混凝土性能影響的研究較少。

新疆某引水工程隧洞襯砌混凝土GP3人工骨料場巖性為華力西期花崗片麻巖，屬中～堅硬巖，經檢驗該料場制備的人工砂云母含量超過規(guī)范要求。工程區(qū)周邊出露的地層巖性主要以花崗片麻巖和黑云母片麻巖為主，地層中云母含量均偏高。距離工區(qū)最近的GS2天然砂料場位于30 km以外，為保證工程施工工期，節(jié)約工程成本，下文通過采用高云母含量的人工砂與云母含量符合規(guī)范要求的天然砂配制出的襯砌混凝土性能進行對比，研究人工砂中高云母含量對混凝土性能影響，以期為相關工程采用高云母含量人工砂配制襯砌混凝土提供技術支持。

1 混凝土性能試驗

1.1 原材料和配合比

根據相關國家標準對試驗用的新疆阜康天山水泥有限責任公司制造的中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥（簡稱“天山中抗水泥”）進行了品質檢測，檢測結果表明，受檢品質指標滿足GB 748-2005《抗硫酸鹽硅酸鹽水泥》對中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥的技術要求。

按相關標準對采用的新疆乾元I級粉煤灰進行了品質檢測，試驗結果表明，受檢品質指標滿足DL/T 5055-2007《水工混凝土摻用粉煤灰技術規(guī)范》對C類I級粉煤灰的技術要求。

對GP3料場人工骨料場粗、細骨料及GS2料場天然細骨料進行品質檢測，結果顯示，除GP3人工細骨料云母含量超標外，其余指標均滿足規(guī)范要求，骨料品質檢測結果見表1、表2。擬定GP3人工粗、細骨料和GP3人工粗骨料+GS2天然砂2種骨料組合工況進行混凝土性能試驗，試驗采用C35W10F300襯砌混凝土為基準，對2種骨料組合制備的混凝土進行性能對比試驗，混凝土配合比及拌合物性能見表3。

表1 料場細骨料品質檢測結果

表2 GP3料場粗骨料品質檢測結果

表3 不同云母含量砂襯砌混凝土配合比參數及拌合性能

1.2 試驗結果分析

1.2.1 抗拉強度與劈裂強度

襯砌混凝土抗壓強度與劈拉強度試驗成果見表4，可以看出采用2種骨料配制出的襯砌基準混凝土均滿足C35襯砌混凝土的設計強度，采用高云母含量的細骨料成型的襯砌混凝土抗壓強度和劈拉強度較略低。GP3粗、細骨料組合較GP3粗骨料+GS2細骨料組合配置的襯砌混凝土7，28，90 d的抗壓強度降低率分別為15.0%，7.4%，6.1%，隨著養(yǎng)護齡期的延長，襯砌混凝土抗壓強度與劈拉強度降低率逐漸下降。

表4 襯砌混凝土抗壓強度與劈拉強度試驗結果

1.2.2 彈性模量

襯砌混凝土彈性模量試驗成果見表5。試驗結果表明，采用高云母含量的GP3細骨料成型的襯砌混凝土彈性模量略低，GP3粗、細骨料組合較GP3粗骨料+GS2細骨料組合配置的襯砌混凝土7，28，90 d的彈性模量降低率分別為15.9%，6.4%，6.3%，隨著養(yǎng)護齡期的延長，襯砌混凝土彈性模量降低率逐漸下降。

表5 襯砌混凝土彈性模量試驗結果 GPa

1.2.3 軸拉強度與極限拉伸值

襯砌混凝土軸拉強度與極限拉伸值試驗成果見表6，可以看出采用高云母含量的GP3細骨料成型的襯砌混凝土彈性模量略低，GP3粗、細骨料組合較GP3粗骨料+GS2細骨料組合配置的襯砌混凝土7，28，90 d的彈性模量降低率分別為3.4%，5.9%，5.7%，隨著養(yǎng)護齡期的延長，襯砌混凝土軸拉強度與極限拉伸值降低率逐漸下降。軸拉強度和極限強度變化規(guī)律與抗壓強度變化規(guī)律基本一致。

表6 襯砌混凝土軸拉強度與極限強度試驗結果

1.2.4 抗凍、抗?jié)B性能

襯砌混凝土抗凍、抗?jié)B試驗成果見表7，8?？梢钥闯觯涍^300次凍融循環(huán)后，2種骨料組合襯砌混凝土的質量和相對動彈性模量損失較小，抗凍等級達到F300要求，抗?jié)B等級均滿足W10的要求。由此可見，云母含量指標對襯砌混凝土抗凍、抗?jié)B性能影響不大。

表7 襯砌混凝土抗凍試驗結果

表8 襯砌混凝土抗?jié)B試驗結果

1.2.5 抗氯離子滲透性

采用RCM法測定襯砌混凝土氯離子遷移系數，試驗結果見表9。GP3粗、細骨組合較GP3粗骨料+GS2細骨料組合配置的襯砌混凝土氯離子遷移系數小，但2種骨料組合相差不大。由此可以看出，云母含量骨料對襯砌混凝土氯離子遷移系數影響不大。

表9 襯砌混凝土抗氯離子遷移系數試驗結果

1.2.6 抗硫酸鹽侵蝕性能

襯砌混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能試驗結果見表10。結果顯示，2種骨料組合配置的襯砌混凝土歷經120次干濕循環(huán)硫酸鹽侵蝕后，耐蝕系數分別為87.5%，88.2%。采用高云母含量人工砂配置的混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能略有降低，但差異不顯著，2種骨料組合配置的襯砌混凝土抗硫酸鹽等級可以達到KS120。

表10 襯砌混凝土抗硫酸鹽侵蝕試驗結果

2 結論

1）云母含量在2%～6.8%范圍對襯砌混凝土的配合比參數和拌合物性能影響不大。

2）采用GP3、細骨料和GP3粗骨料+GS2細骨料組合均滿足C35襯砌混凝土配制強度，高云母含量的人工砂配置的襯砌混凝土抗壓強度與劈拉強度降低。同時隨著養(yǎng)護齡期的延長，襯砌混凝土抗壓強度與劈拉強度降低率逐漸下降。

3）襯砌混凝土彈性模量、軸拉強度與極限拉伸值與云母含量的關系與抗壓強度基本一致。高云母含量的人工砂配置的襯砌混凝土彈性模量、軸拉強度與極限拉伸值降低。

4）采用高云母含量片麻巖人工砂骨料配置的襯砌混凝土抗凍性能、抗?jié)B性能、抗氯離子滲透性能、抗硫酸鹽侵蝕性能呈現下降趨勢，但差異不大。

5）規(guī)范規(guī)定人工細骨料云母含量上限為2%，通過試驗研究發(fā)現，機制砂中云母含量為6.8%時可通過配合比達到C35W10F300強度要求。