王恩濤WANG En-tao

（遼寧省交通運輸事業(yè)發(fā)展中心，沈陽 110005）

0 引言

隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，基礎(chǔ)建筑設(shè)施的數(shù)量和規(guī)模在逐年增加，據(jù)不完全統(tǒng)計，全國每年需要消耗建筑用砂約50億立方米左右。目前，天然砂仍是我國大部分地區(qū)的主要建設(shè)用砂。天然砂是一種不可再生資源。大量開采，已經(jīng)導(dǎo)致了不少地區(qū)天然砂資源逐漸減少，甚至被消耗殆盡，也造成了自然生態(tài)環(huán)境的破壞。天然砂日漸尖銳的供需矛盾，導(dǎo)致天然砂價格逐年上漲，建設(shè)成本逐年提高，同時，天然砂的材料質(zhì)量也越來越不理想，導(dǎo)致混凝土質(zhì)量極不穩(wěn)定。目前，全國各地區(qū)均在試探采用機制砂代替河砂。機制砂因顆粒粗糙、棱角性多、裂隙多的材料特性，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)泌水、流動性差、硬化混凝土外觀質(zhì)量不好，抗裂性能不佳等問題。在河砂中摻入適量比例機制砂可有效解決混凝土的各項問題，因此有必要對混合砂比例對混凝土性能影響展開研究。

1 試驗部分

1.1 試驗方案

為進一步分析混合砂比例對混凝土性能的影響，通過固定基礎(chǔ)配合比，保持配合比中水、水泥、粉煤灰、礦渣粉、碎石、減水劑、水規(guī)格型號及數(shù)量基本保持不變，砂的質(zhì)量保持不變，變換混合砂比例，測試各配合比混凝土的工作性能及抗壓強度，從而根據(jù)試驗結(jié)果的變化及趨勢來分析混合砂比例對混凝土性能的影響?；旌仙暗谋壤?5%間隙控制，分別選取100%，75%，50%，25%和0%比例進行混凝土拌制?；A(chǔ)配合比選取了常規(guī)的C25混凝土配合比，水膠比為0.50，砂率為44%，每立方米材料用量如表1所示?；旌仙氨壤O(shè)定為5種，編號為D100、D75、D50、D25、D0，分別代表機制砂占混合砂比例的100%，75%，50%，25%和0%。

表1 基礎(chǔ)配合比kg/m3

1.1.1 混凝土拌合物的測試

機制砂粒型的棱角性，導(dǎo)致其配制出的混凝土和易性差，因而保水性差、泌水性高、粘聚性較差。大量的研究表明機制砂混凝土存在的主要問題是和易性較差，從而影響了硬化后的強度和耐久性。因此機制砂混凝土的和易性研究的根本，通過一定的技術(shù)措施獲得和易性良好的混凝土，不僅能提高施工的速度和質(zhì)量，而且硬化后能獲得良好的力學(xué)性能和耐久性。棍度：按插搗混凝土拌合物時的難易程度評定。分“上”、“中”、“下”三級?！吧稀北硎静鍝v容易；“中”表示插搗時稍有石子阻滯的感覺；“下”表示很難插搗。含砂情況：按拌合物外觀含砂多少而評定，分“多”、“中”、“少”三級?！岸唷北硎居苗N刀摸拌合物表面時，一兩次即可使拌合物表面平整無蜂窩；“中”表示抹五、六次才可使表面平整無蜂窩；“少”表示抹面困難，不易抹平，有空隙及石子外露等現(xiàn)象。粘聚性：觀測拌合物各組分互相粘聚情況。評定方法是用搗棒在已坍落的混凝土椎體側(cè)面輕打，如椎體在輕打后逐漸下沉，表示粘聚性良好；如椎體突然倒坍、部分崩裂或發(fā)生石子離析現(xiàn)象，即表示粘聚性不好。保水性：指水分從拌合物中析出情況，分“多量”、“少量”、“無”三級評定。“多量”表示提起坍落筒后，有較多水分從底部析出；“少量”表示提起坍落筒后，有少量水分從底部析出；“無”表示提起坍落筒后，沒有水分從底部析出。

1.1.2 混凝土抗壓強度的測試

①試件制備和養(yǎng)護。

試件成型后，用濕布覆蓋表面（或其他保持濕度辦法），在室溫20℃±5℃、相對濕度大于50%的情況下，靜放一個到兩個晝夜，然后拆模并作第一次外觀檢查、編號。對有缺陷的試件除去，或加工補平。

②將完好試件放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室進行養(yǎng)護，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室溫度為20℃±2℃，相對濕度在95%以上，試件宜放在鐵架或木架上，間距至少10～20mm。試件表面保持一層水膜，并避免用水直接沖淋。

③至試驗齡期時，自養(yǎng)護室取出試件，應(yīng)盡快試驗，避免其濕度變化。

④取出試件，檢查其尺寸及形狀，相對兩面應(yīng)平行。量出棱邊長度，精確至1mm。試件受力截面積按其與壓力機上下接觸面的平均值計算。在破型前，保持試件原有濕度，在試驗時擦干試件。

⑤以成型時側(cè)面為上下受壓面，試件中心與壓力機幾何對中。

⑥取0.3MPa/s～0.5MPa/s的加荷速度。當(dāng)試件接近破壞而開始迅速變形時，應(yīng)停止調(diào)整試驗機油門，直至試件破壞，記下破壞極限荷載F。

1.2 主要原材料及質(zhì)量檢測結(jié)果

①水泥采用P.O 42.5普通硅酸鹽水泥。水泥進行了基本物理指標(biāo)試驗，水泥符合《通用硅酸鹽水泥》GB 175-2007中普通硅酸鹽水泥的技術(shù)要求。水泥質(zhì)量檢測結(jié)果如表2所示。

表2 水泥質(zhì)量檢測結(jié)果

②粉煤灰采用F類I級粉煤灰。粉煤灰進行了細度、需水量比、燒失量、含水量試驗，粉煤灰符合《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTG/T 3650—2020中拌制混凝土用I級粉煤灰的技術(shù)要求。粉煤灰質(zhì)量檢測結(jié)果如表3所示。

表3 粉煤灰質(zhì)量檢測結(jié)果

③礦渣粉采用S95礦渣粉。礦渣粉進行了密度、比表面積、活性指數(shù)的試驗，礦渣粉符合《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTG/T 3650—2020中S95級?；郀t礦渣粉的技術(shù)要求。礦渣粉質(zhì)量檢測結(jié)果如表4所示。

表4 礦渣粉質(zhì)量檢測結(jié)果

④粗集料采用石灰?guī)r碎石。碎石進行了壓碎值、針片狀顆粒含量、含泥量及顆粒級配試驗，碎石壓碎值、針片狀顆粒含量、含泥量符合《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTG/T 3650—2020中II類粗集料的技術(shù)要求，碎石顆粒級配符合《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTG/T F50-2011中粗集料5-25mm連續(xù)級配的要求。碎石質(zhì)量檢測結(jié)果如表5所示。

表5 碎石質(zhì)量檢測結(jié)果

⑤天然砂采用河砂。河砂進行了含泥量及顆粒組成試驗，河砂含泥量符合《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTG/T 3650—2020中II類細集料的技術(shù)要求，細度模數(shù)為2.78，為中砂。河砂質(zhì)量檢測結(jié)果如表6所示。

表6 天然砂質(zhì)量檢測結(jié)果

⑥機制砂采用石灰?guī)r機制砂。機制砂進行了含泥量，表觀密度、松裝密度、亞甲藍值試驗，機制砂含泥量為＜0.075顆粒含量。機制砂質(zhì)量與《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTG/T 3650—2020要求的機制砂具有一定差距。機制砂質(zhì)量檢測結(jié)果如表7所示。

表7 機制砂質(zhì)量檢測結(jié)果

⑦減水劑采用標(biāo)準(zhǔn)型高性能減水劑，摻量1.0%。減水劑進行了減水率、泌水率比、含氣量及抗壓強度比試驗。減水劑符合《混凝土外加劑》GB 8076-2008中標(biāo)準(zhǔn)型高性能減水劑的技術(shù)要求。減水劑質(zhì)量檢測結(jié)果如表8所示。

表8 減水劑質(zhì)量檢測結(jié)果

1.3 試驗及樣品的制備

水泥混凝土的拌和及性能測試依據(jù)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》（JTG 3420-2020）進行。混凝土拌和采用攪拌機機械攪拌，拌和時間約2min，機械拌合后，再經(jīng)人工翻拌1～2min，使拌合物均勻一致。坍落度試驗采用坍落度儀法，混凝土分三層裝入坍落度筒，每層插搗25次，分別記錄坍落度、棍度、黏聚性和保水性。拌合物體積密度采用5L容量筒進行測試?；炷量箟簭姸仍嚰捎?50mm×150mm×150mm標(biāo)準(zhǔn)立方體，經(jīng)過3d、7d、28d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護后，采用壓力試驗機進行測試。

混凝土試件抗壓強度，按下式計算

式中：fcu——混凝土立方體抗壓強度（MPa）；F——極限荷載（N）；A——受壓面積（mm2）。結(jié)果計算精確至0.1MPa。

2 性能測試結(jié)果

混凝土的坍落度關(guān)系到混凝土的強度與工作性，坍落度過大容易造成強度達不到設(shè)計要求，而且容易出現(xiàn)露漿，拆模后結(jié)構(gòu)物表面會形成蜂窩、孔洞等問題，嚴重影響混凝土結(jié)構(gòu)的外觀質(zhì)量。坍落度過小會增加施工難度，混凝土不易密實，內(nèi)部容易形成空洞，嚴重的還會影響到混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。坍落度試驗過程中除了要進行坍落度測試，還要對混凝土的棍度、黏聚性和保水性進行判斷，確?；炷聊軌蛘嚢柽\輸、澆注振搗、并具有良好的外觀質(zhì)量?；炷恋牧⒎襟w抗壓強度是各種力學(xué)指標(biāo)的基本代表值，直接影響到混凝土結(jié)構(gòu)作用的發(fā)揮，在排除因振搗、成型等影響基礎(chǔ)上，混凝土應(yīng)保證自身足夠的抗壓強度。通過對5種混合砂混凝土的坍落度及抗壓強度進行測試，得到各比例混凝土的試驗結(jié)果如表9所示。

表9 各配合比測試結(jié)果

各組拌合物拌和后狀態(tài)如圖1所示。

圖1 各編號混凝土拌合物拌合后狀態(tài)

3 性能對比分析

3.1 機制砂比例對混凝土工作性能的影響

通過混凝土拌和及坍落度試驗結(jié)果可以得到，D100混凝土拌合物粘聚性不好，有多量的水從拌合物中泌出。D75有少量的水泌出，黏聚性不好，混凝土的整體性不是特別理想。在拌和物配合比相同，減水劑組分相同的情況下，通過試驗結(jié)果可知，D50、D25、D0混凝土工作性能基本可以滿足施工要求。

通常情況下，機制砂相比于天然砂表面棱角多、表面粗糙，機制砂混凝土的坍落度較小。試驗結(jié)果卻得到了相反的結(jié)論，究其原因主要因為采用了先進的機制砂加工工藝，機制砂級配質(zhì)量良好，機制砂的顆粒圓潤度較高。機制砂中適量的石粉起到了滾珠作用，對混凝土的坍落度起到了積極的作用。

3.2 機制砂比例對混凝土抗壓強度的影響

機制砂占混合砂比例不同，混凝土的抗壓強度也表現(xiàn)出了一定的差異。將3d、7d、28d抗壓強度進行圖表表示，如圖2所示。

圖2 機制砂占混合砂比例與抗壓強度對應(yīng)曲線圖

從圖中可以得到以下結(jié)論：

①機制砂的添加可有效提高河砂混凝土的強度。

從數(shù)據(jù)可知，除去機制砂占混合砂100%的情況下，機制砂的添加均或多或少地提高了混凝土立方體28d的抗壓強度。雖然機制砂占比100%的混凝土立方體試件抗壓強度較河砂混凝土低了3.3MPa，主要原因是在相同條件下全機制砂混凝土拌合后產(chǎn)生了嚴重離析、泌水問題，導(dǎo)致混凝土漿體溢出、內(nèi)部空隙較大，試件密實程度不好，必須通過調(diào)整減水劑中的成分，增強混凝土黏度及保坍性能，才能得到合適的混凝土，因此28d抗壓強度值缺少代表性，因此在分析的過程中可以忽略不計。

②機制砂占混合砂比例達到50%時，混凝土立方體28d抗壓強度最高。通過試驗結(jié)果，混凝土立方體的28d抗壓強度與機制砂占混合砂比例呈拋物線關(guān)系，機制砂占混合砂比例達到50%時，混凝土立方體的抗壓強度最高。機制砂占混合砂比例50%較完全河砂的立方體抗壓強度提高了2.6MPa。

③機制砂占混合砂比例影響混凝土28d內(nèi)強度增長趨勢。通過對比3d、7d、28天強度曲線對比，對于3d、7d強度，機制砂占混合砂比例占75%時，強度達到高值，但28d強度卻是機制砂占比50%時達到高值，因此說明機制砂占比影響了28d強度的增長趨勢。

4 結(jié)論

①良好的機制砂級配，圓潤的機制砂形狀及適當(dāng)?shù)臋C制砂粉塵含量可以解決機制砂工作性不好的問題，其性能可以達到甚至優(yōu)于河砂混凝土的性能。

②機制砂的摻入能夠提高混凝土的抗壓強度，機制砂占混合砂比例達到50%時，其抗壓強度值可以達到最高。