機(jī)制砂高強(qiáng)混凝土性能試驗(yàn)研究

羅文斌，胡新旗

(湖南路橋建設(shè)集團(tuán)公司)

1 引言

廈蓉線湖南段汝城到郴州高速公路，位于山嶺重丘區(qū)，地形復(fù)雜、橋涵隧眾多橋隧比為47.2%，周邊有炎汝、郴寧等高速公路同時(shí)在建，造成河砂資源相當(dāng)緊缺，特別是高標(biāo)號混凝土用砂，需從韶關(guān)、嚎頭等地運(yùn)送，且優(yōu)質(zhì)中粗砂量少，質(zhì)量難以控制、運(yùn)輸距離遠(yuǎn)、施工成本大幅度提高，且嚴(yán)重影響工程質(zhì)量與進(jìn)度，為解決高強(qiáng)混凝土用砂難的問題。施工時(shí)利用當(dāng)?shù)刎S富的石灰?guī)r來生產(chǎn)機(jī)制砂來代替河砂。并利用機(jī)制砂摻加粉煤灰和高效減水劑來配制高強(qiáng)混凝土，并將這一成果在汝郴高速公路15標(biāo)橋梁的空心板、預(yù)制T梁中使用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

機(jī)制砂與河砂相比，其顆粒有棱角、形狀不規(guī)則，級配較差，中間顆粒(1.18～0.15mm之間)較少，含有一定量的石粉，顆粒間相互咬合，造成流動阻力大，在拌制混凝土?xí)r需較多的水和膠凝材料，且易產(chǎn)生離析、泌水，造成混凝土和易性不好，進(jìn)而對混凝土總體強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響。但機(jī)制砂顆粒的界面粘結(jié)好，配制的混凝土強(qiáng)度較高。為了充分發(fā)揮它拌制混凝土的優(yōu)越性，消除機(jī)制砂對混凝土造成的不利影響，在采用高效減水劑的基礎(chǔ)上，摻加Ⅱ級粉煤灰對其拌制的混凝土和易性進(jìn)行改善，并進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

2 機(jī)制砂高強(qiáng)混凝土室內(nèi)試驗(yàn)情況

2.1 試驗(yàn)用原材料

2.1.1 水泥

選取湖南南方“金磊”牌P.O.42.5級普通硅酸鹽水泥和廣東英德“海螺”牌P.O.52.5普通硅酸鹽水泥。其性能指標(biāo)分別見表1和表2。

2.1.2 骨料

(1)粗骨料

選取汝城縣文明鄉(xiāng)坪上碎石廠(石灰?guī)r破碎)生產(chǎn)的5～25mm(摻配后)連續(xù)級配碎石，其性能指標(biāo)見表3。

(2)細(xì)骨料

選取汝城縣文明鄉(xiāng)廣信機(jī)制砂廠采用(吸塵法)生產(chǎn)的機(jī)制砂，其性能指標(biāo)見表4。

(3)粉煤灰

粉煤灰選取湖南華潤電力鯉魚江電廠A廠，Ⅱ級粉煤灰，性能指標(biāo)見表5。

(4)高效減水劑

選取湖南先鋒建材有限公司生產(chǎn)的XF型聚羧酸。

表1 “金磊”P.O.42.5級水泥的物理力學(xué)性能

表2 “海螺”P.O.52.5級水泥的物理力學(xué)性能

表3 粗集料碎石試驗(yàn)結(jié)果

表4 細(xì)集料機(jī)制砂試驗(yàn)結(jié)果

表5 粉煤灰性能指標(biāo)

2.2 試驗(yàn)方法

新拌混凝土的和易性通過混凝土坍落度來評價(jià)，其檢驗(yàn)方法按《公路工程水泥試驗(yàn)規(guī)程》JTGE42-2005進(jìn)行。

混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)按《公路工程水泥試驗(yàn)規(guī)程》JTGE42-2005規(guī)定的方法進(jìn)行。進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，試塊尺寸為150mm×150mm×150mm，每組3塊，7d和28d強(qiáng)度各制件4組。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

結(jié)合工程的設(shè)計(jì)要求，試驗(yàn)分別配置了標(biāo)號為C50、C55機(jī)制砂混凝土，其配比及試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 試驗(yàn)原材料用量及試驗(yàn)結(jié)果

從表6配合比1、2中可得知，用42.5級普通硅酸鹽水泥添加粉煤灰和減水劑為原材料配制的機(jī)制砂混凝土具有很好的工作性能及很高的強(qiáng)度。從表6配合比1、3、4中可得知，粉煤灰在機(jī)制砂高標(biāo)號混凝土中能改善混凝土的和易性，取代一定量的水泥，減小水化熱，減少混凝土的收縮和開裂趨勢。從配合比5、6來看，配比5機(jī)制砂含粉量為10.3%，配比6機(jī)制砂含粉量為5.3%，其余材料及用量均相同。配比5各方面的檢測結(jié)果均滿足要求，而配比6在加大1%砂率情況下，其混凝土拌和物粘聚性、保水性極差，混凝土泌水，相比配比5，坍落度降低了2cm，28d強(qiáng)度也降低了2.5MPa。從而可得知機(jī)制砂在高標(biāo)號混凝土中，其石粉含量對混凝土的工作性及強(qiáng)度有著很大的影響。

2.4 室內(nèi)性能試驗(yàn)驗(yàn)證情況

為了對試驗(yàn)中配方進(jìn)行驗(yàn)證，分別選取兩片便于回彈操作。用機(jī)制砂和河砂且都不摻混合料的T梁進(jìn)行了強(qiáng)度檢測，其檢測結(jié)果見表7。

表7 用機(jī)制砂和河砂的混凝土實(shí)體工程(T梁)的強(qiáng)度對比

從表7可知，梁1、2、3、4的試件28d強(qiáng)度相當(dāng)，梁3、4的28d回彈強(qiáng)度比梁1、2高;在60d和90d的回彈強(qiáng)度中，梁1、2、3、4的強(qiáng)度相當(dāng)。這說明，機(jī)制砂混凝土28d回彈強(qiáng)度偏低，后期強(qiáng)度發(fā)展持續(xù)時(shí)間長。

3 結(jié)論

(1)從表6配合比1、2中可得知，用P.O.42.5級普通硅酸鹽水泥能配制出工作性能好及強(qiáng)度高的機(jī)制砂混凝土，摻高效減水劑、粉煤灰更能體現(xiàn)出良好的經(jīng)濟(jì)性。

(2)粉煤灰在用河砂的高標(biāo)號混凝土應(yīng)用中已得到廣泛使用，其能改善混凝土的和易性，且取代一定量的水泥，減小水化熱，減少混凝土的收縮和開裂趨勢等。從表6配合比1、3、4中可得知，粉煤灰在機(jī)制砂高標(biāo)號混凝土中也具有同樣的效果。機(jī)制砂的缺陷在于其級配、保水性差，配制的混凝土易泌水、離析，對混凝土總體質(zhì)量不利，但摻粉煤灰后從試拌中可得知混凝土和易性好，比較穩(wěn)定。分析認(rèn)為粉煤灰增加了漿體量，彌補(bǔ)了機(jī)制砂斷級配的缺陷，從而提高混凝土的和易性，坍落度也隨之增大。從試驗(yàn)中7d與28d強(qiáng)度可知，摻粉煤灰的機(jī)制砂混凝土7d強(qiáng)度均比不摻的小，而28d的強(qiáng)度比不摻的略高。這說明摻粉煤灰后混凝土早期強(qiáng)度低，后期強(qiáng)度高。

(3)從表6中配合比5、6來看，配比5機(jī)制砂含粉量為10.3%，配比6機(jī)制砂含粉量為5.3%，其余材料及用量均相同。配比5各方面的檢測結(jié)果均滿足要求，而配比6在加大1%砂率的情況下，其混凝土拌和物粘聚性、保水性極差，混凝土泌水，相比配比5，坍落度降低了2cm，28d強(qiáng)度也降低了2.5MPa。從而可得知機(jī)制砂在高標(biāo)號混凝土中，其石粉含量對混凝土的工作性及強(qiáng)度有著很大的影響。分析認(rèn)為由于機(jī)制砂級配差，顆粒粒形不好，且比表面積比河砂大，因此需要更多的粉粒包裹，來保證混凝土的和易性和密實(shí)度。通過配比6的坍落度及強(qiáng)度與配比5進(jìn)行比較分析認(rèn)為:在選用機(jī)制砂時(shí)，其石粉含量應(yīng)合適;在水膠比不變的情況下，增加膠凝材料和水的用量。因此在配制機(jī)制砂高標(biāo)號混凝土中，根據(jù)膠凝材料的用量及減水劑效果，合理選取一定石粉含量的機(jī)制砂，能更好的滿足混凝土工作性、強(qiáng)度要求和達(dá)到良好的經(jīng)濟(jì)效益。

(4)分析表7的試驗(yàn)結(jié)果:梁1、2、3、4的試件28d強(qiáng)度相當(dāng)，梁3、4的28d回彈強(qiáng)度比梁1、2高;在60d和90d的回彈強(qiáng)度中，梁1、2、3、4的強(qiáng)度相當(dāng)。這說明，機(jī)制砂混凝土28d回彈強(qiáng)度偏低，后期強(qiáng)度發(fā)展持續(xù)時(shí)間長。

另外，在河砂配制的高標(biāo)號混凝土中，工地現(xiàn)場粗集料級配往往沒有控制到100%，但混凝土的工作性不致于受很大的影響。然而在機(jī)制砂高標(biāo)號混凝土中，由于機(jī)制砂本身不具備級配等缺陷，所以需要更好級配及更小空隙率的粗集料來彌補(bǔ)，以確保混凝土具有良好的工作性。同時(shí)也需選取與水泥、機(jī)制砂相容和減水率較高的減水劑來配制高工作性能的高強(qiáng)混凝土來創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益。

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