C60高石粉機制砂高性能混凝土試驗研究

胡曉曼，李亞南

（1.安徽省·水利部淮河水利委員會水利科學研究院，安徽　合肥230088; 2.安徽省建筑工程質量監督檢測站，安徽　合肥230088）

?

C60高石粉機制砂高性能混凝土試驗研究

胡曉曼1，2，李亞南1，2

（1.安徽省·水利部淮河水利委員會水利科學研究院，安徽合肥230088; 2.安徽省建筑工程質量監督檢測站，安徽合肥230088）

采用材料學原理、正交技術、高性能混凝土理念，突破國標、行標對機制砂高強混凝土石粉含量的限值，配制C60高石粉機制砂高性能混凝土。試驗結果表明：C60機制砂混凝土石粉含量可高達9%，與同條件的河砂混凝土相比，其抗壓強度、抗折強度、劈裂強度、電通量、快速氯離子遷移系數、抗裂性能、抗凍性能均較優。

高性能混凝土；耐久性

0　引言

安徽北部的淮北、宿州等地區，天然河砂資源匱乏，從徐州運來的河砂不僅成本高，而且質量逐年下降。利用淮北、宿州本地豐富的礦山資源，開采制成機制砂，不僅合理利用當地資源，而且降低成本。但機制砂中“多余”的石粉常用水洗除去，以達到國標[1]、行標[2]要求的范圍，這樣不僅增加了生產成本，浪費資源，污染環境，也破壞了機制砂的自然級配，而配制高強混凝土時對原材料質量的要求更高。因此，本文利用超出國標、行標石粉含量限值的機制砂，配制C60高石粉機制砂混凝土，并系統地研究了其強度、長期性能和耐久性能，并與同配合比的河砂混凝土對比，以完善理論體系，同時為石粉含量的放開和機制砂的推廣應用提供有力依據。

1　原材料

水：清潔飲用水。

水泥：安徽巢東海昌P·O42.5硅酸鹽水泥，安定性合格，3d 抗折、抗壓強度分別為6.2MPa、31.7MPa，28d 抗折、抗壓強度分別為8.7MPa、51.1MPa。

粉煤灰：合肥東興產F類Ⅱ級粉煤灰，細度（45μm 方孔篩篩余）10.2%，需水量比97%，燒失量1.9%，含水率0.5%。

細骨料：蕪湖河砂，細度模數為3.0，Ⅱ區；舒城河砂，細度模數為1.8，Ⅲ區；試驗中的河砂均為蕪湖河砂與舒城河砂按比例摻配成細度模數2.6的中砂，Ⅱ區。淮北產機制砂，細度模數為3.0，Ⅰ區，石粉含量為9%（試驗中機制砂不同石粉含量是將原機制砂中的石粉篩除配制而成）。

粗骨料：巢湖散兵碎石，連續粒級5～25mm，含泥量為0.3%，泥塊含量為0.0%。

外加劑：四川某公司產聚羧酸高性能減水劑，摻量為膠凝材料的1.9%，減水率大約36%，其他性能符合《混凝土外加劑》（GB8076-2008）相應技術指標要求。

2　試驗方法

混凝土和易性按《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》（GB/T50080-2002）進行，混凝土抗壓強度、抗折強度、劈裂抗拉強度性能按《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB/T50081-2002）進行，混凝土電通量、氯離子滲透性能、早期抗裂性、抗凍性按《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》（GB/T50082-2009）進行。

3　試驗結果及分析

《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》（JGJ52-2006）中規定：當石粉MB＜1.4時，強度等級大于等于C60的混凝土石粉含量小于等于5%。本次試驗用淮北原狀機制砂石粉含量為9%，設計超出行標限值的5%、7%、9%石粉含量，利用正交試驗，研究高石粉含量機制砂對高強混凝土性能的影響，并與河砂混凝土對比，為機制砂高強混凝土的設計、施工提供技術支撐。

3.1C60高石粉機制砂高性能混凝土配合比優選

利用正交試驗優選C60機制砂高性能混凝土配合比，基準配合比見表1，正交試驗見表2。

C60基準配合比　表1

C60正交試驗表L9（34）　表2

利用正交試驗方法經計算分析可知，對坍落度而言，影響因素的主次順序為：A2B2C2D3，影響擴展度的主次順序為：A3B2D3C2；綜合考慮該批混凝土對和易性的影響，其主次順序為A2B2C2D3。在強度方面，影響3d抗壓強度的主次順序為C1D2A1B1，即水膠比→粉煤灰→石粉含量→砂率，水膠比和粉煤灰是影響3d強度的主要因素，石粉含量和砂率是影響早期強度的次要因素，這與已有的研究成果相吻合。影響28d抗壓強度的主次順序為C2D2A2B3，即水膠比→粉煤灰→石粉含量→砂率，這與3d強度的影響主次順序一致，具體的水平有區別。綜合混凝土和易性、強度的影響因素和水平，本著充分利用石粉的原則，本次正交試驗的最優配合比為：A1B2C2D2，即石粉含量9%，砂率43%，水膠比0.32，粉煤灰摻量15%，即A2組為最優配合比。

在表2中，B1組為同配合比的河砂混凝土，河砂含泥量為0.8%，從表中可以看出，A2組機制砂混凝土在坍落度和擴展度方面基本與B1組河砂混凝土相同，和易性均較好，3d和28d抗壓強度比河砂混凝土分別增加了8.8%和8.6%，這說明只要配合比合理，C60高石粉高強機制砂混凝土和易性和強度方面比河砂混凝土有優勢，拓寬了高強機制砂混凝土石粉含量的限值。

3.2C60高石粉機制砂高性能混凝土對強度性能的影響

C60機制砂高性能混凝土和河砂混凝土配合比和強度結果見表3。

配合比和強度結果　表3

從表3可以看出，在28d抗壓強度方面，C60機制砂混凝土比河砂混凝土提高8.6%，28d抗折強度提高3.6%，28d劈裂抗拉強度提高46.3%，對劈裂抗拉強度的提高尤為顯著。這主要是由于機制砂尖銳多棱角，與漿體的粘結力較強，同時石粉的存在，不僅起到微集料的填充作用，還可以與水泥水化產物C3A和C4AF發生反應，產生具有一定膠凝能力的碳鋁酸鹽復合物［3］，促進水化反應的進一步發展，產生更多的膠凝物質，改善了混凝土的孔隙結構和孔隙率，使硬化后的混凝土更加密實，強度進一步提高。

3.3C60高石粉機制砂高性能混凝土對耐久性的影響

C60機制砂高性能混凝土和河砂混凝土耐久性結果見表4。

耐久性結果　表4

從表4可以看出，C60高石粉機制砂混凝土和同條件的河砂混凝土相比，抗水滲透性能均達到P12等級，抗凍性能達到F300，電通量和氯離子滲透性能與河砂混凝土相當，其中電通量均達到Ⅳ級，氯離子滲透系數達到Ⅲ級［4］，混凝土較密實，滲透性能弱，抵抗外界物質侵蝕能力較強。即C60機制砂混凝土具有與河砂混凝土同樣有效的滲透性能和抗凍性能，這主要是由于高強混凝土膠凝材料用量較多，水膠比較小，混凝土自身連通的毛細孔較少，所以9%高石粉的存在對密實高強混凝土的硬化結構影響不明顯，因此高石粉對高強混凝土的電通量、氯離子滲透、抗水滲透和抗凍性能變化影響不顯著[5]。

早期抗裂性采用GB/T 50082-2009中鋼制早期抗裂性裝置[6]，試驗結果見表5，裂縫分布見圖1。

早期抗裂性結果　表5

圖1　J C60（左）和HC60（右）混凝土早期抗裂性試驗裂縫分布

從表5中可以看出，C60機制砂混凝土裂縫條數為13條，河砂混凝土僅為5條，而在每條裂縫的平均開裂面積上，河砂混凝土為88mm2，而機制砂混凝土只有27 mm2，這說明C60機制砂混凝土雖然裂縫條數多，但每條裂縫較細小，裂縫寬度窄，這與河砂混凝土開裂條數少，但每條裂縫較寬大形成了對比。最終體現在單位面積的總開裂面積上，河砂混凝土的比機制砂混凝土多，但兩者均在抗裂性Ⅱ級上。這可能是由于機制砂表面粗糙多棱角，與膠體的粘結性比較強，但脆性大，易產生較多裂紋，但機制砂9%高石粉的存在，分散了膠凝材料的聚集狀態，延遲了早期水化放熱時間，降低了水化熱峰值，改善了混凝土的內部結構，限制了機制砂混凝土裂紋的后期發展。且一定量的粉煤灰與適量石粉起到改善膠結料細度及化學組成的作用，對抑制混凝土收縮起到了更好的促進作用[7]，表現為機制砂混凝土的早期抗裂性能整體比河砂混凝土好。

4　結論

①突破國標、行標對高強機制砂混凝土石粉含量的限值，采用9%高石粉原狀機制砂配制出滿足和易性和力學性能要求的C60機制砂高性能混凝土。

②采用正交技術，優化混凝土配合比，C60高石粉機制砂高性能混凝土無論是在抗壓、抗折、劈裂強度性能方面，還是在電通量、氯離子滲透性能、抗水滲透性能、快速凍融循環耐久性方面，其性能均與河砂混凝土保持一致，并略優于河砂混凝土。

③在早期抗裂性能方面，C60高石粉機制砂混凝土的抗裂指標優于河砂混凝土，但裂縫條數較多，應采取有效措施，加強早期的保溫保濕養護。

[1]GB/T14684-2011，建設用砂[S]．北京：中國標準出版社，2011．

[2]JGJ52-2006，普通混凝土用砂、石質量檢驗方法標準[S]．北京：中國建筑工業出版社，2006．

[3]溫曉海．機制砂混凝土的耐久性影響因素研究[J]．商品混凝土，2013 （7）：27—31．

[4]JGJ/T 193-2009，混凝土耐久性檢驗評定標準[S]．北京：中國建筑工業出版社，2009．

[5]黃沙，鄒小平，等．C60機制砂混凝土的耐久性試驗研究[J]．江西建材，2015（12）：130—133．

[6]GB/T50082-2009，普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標[S]．北京：中國建筑工業出版社，2009．

[7]田建平，周明凱，等．高強機制砂混凝土中石粉與粉煤灰的復合效應[J]．武漢理工大學學報，2006（3）：55-57．

TU528.31

A

1007-7359(2016)03-0263-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.03.096高石粉含量；機制砂；C60

胡曉曼（1979-），女，河南漯河市，碩士；高級工程師，主要從事建筑材料的檢測及混凝土性能研究工作。