滇東北地區(qū)C50機制砂混凝土耐久性試驗研究

李嵩林，鄭　值，耿　波

（1.招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司，重慶市 400067；2.重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院，重慶市400074）

滇東北地區(qū)C50機制砂混凝土耐久性試驗研究

李嵩林1，鄭值2，耿波1

（1.招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司，重慶市 400067；2.重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院，重慶市400074）

依托滇東北某高速公路項目，試驗研究了在不同石粉含量、粉煤灰摻量下，C50機制砂混凝土的抗?jié)B性和抗凍性，得到了石粉、粉煤灰對機制砂混凝土耐久性的影響規(guī)律，可為高強度機制砂混凝土在工程中的應(yīng)用提供依據(jù)。

機制砂；石粉；粉煤灰；抗?jié)B性；抗凍性

0　引　言

抗?jié)B性和抗凍性是衡量機制砂混凝土耐久性的重要指標(biāo)，石粉的含量會影響其抗?jié)B性和抗凍性。通常認(rèn)為適量的石粉可使機制砂混凝土具有很好的粘聚性和保水性，石粉填充了界面的空隙，阻斷了可能形成的滲透通路，使混凝土的抗?jié)B性得到改善。研究表明，對于低強度等級的機制砂混凝土，當(dāng)石粉含量較低時，混凝土漿體含量少，石粉可以起到微集料效應(yīng)，增加混凝土的密實性，提高抗?jié)B性能;當(dāng)石粉含量較高時，石粉對水泥比例過高，破壞了混凝土的堆積效果，同時水泥對石粉不能充分包裹，致使混凝土抗?jié)B能力下降，尤其是當(dāng)石粉含量達(dá)到20%,其抗?jié)B性能急劇下降[1]。對于高強度等級的機制砂混凝土，田建平等人采用不同石粉摻量(3.5%、7%、10.5%、14%)與不同粉煤灰摻量（0%、11%、17%)配制C60機制砂混凝土，研究其耐久性，結(jié)果表明當(dāng)石粉摻量7%，粉煤灰摻量11%時配制的混凝土耐久性最優(yōu)[2]。同時提出高標(biāo)號混凝土可以通過復(fù)摻粉煤灰和石粉，來改善其工作性和耐久性。并且他還提出石粉含量并不影響C60機制砂混凝土的高性能，當(dāng)MB值小于1.4時石粉含量可以放寬到10.5%[3]。李北星等人采用石粉含量在3.5%～14%的石灰?guī)r機制砂配制C60高性能混凝土，研究石粉含量對其工作性、強度、耐久性的影響,試驗結(jié)果表明:當(dāng)石粉含量在7%～10. 5%，混凝土抗?jié)B性能最優(yōu)[4]。在抗凍性方面有的人卻持有不同的意見。王稷良等認(rèn)為由于機制砂的多棱角性，有助于提高硬化混凝土顆粒之間的咬合作用，即使在石粉和水泥的比例較高的情形下，混凝土的強度也沒有明顯下降，但這種咬合力對于抵抗由于內(nèi)部應(yīng)力產(chǎn)生的凍融破壞時就沒有那么明顯的作用[3]。因此低強度機制砂水泥混凝上抗凍性隨著石粉含量的增加而下降。而洪錦祥等研究結(jié)果表明，當(dāng)石粉含量不大于24%時，隨著石粉含量的增加，混凝土的抗壓強度、抗凍性和抗?jié)B性越好，與普通混凝土相比，機制砂混凝土的收縮變形、碳化和抗銹蝕方面差別不大,并認(rèn)為機制砂混凝土性能的提高是由于石粉的填充效應(yīng)降低了孔隙率從而改善了孔結(jié)構(gòu)、吸水效應(yīng)，降低了實際水膠比、活性效應(yīng)，提高了顆粒與水化物之間的粘結(jié)強度、晶核效應(yīng)[5]。但張桂梅等人研究石粉對低強度等級混凝土影響時，發(fā)現(xiàn)20%石粉含量的機制砂混凝土質(zhì)量損失和強度損失均大于12%石粉含量的，且經(jīng)50次凍融循環(huán)后20%石粉含量的機制砂混凝土強度損失比12%含量的高出10.3%[6]。上述規(guī)律普遍反映在中低強度混凝土領(lǐng)域，石粉含量對高強度等級的機制砂混凝土上述性能的影響規(guī)律如何，以及關(guān)于機制砂混凝土在干縮、彈性模量、耐久性、徐變、早期塑性收縮等性能的變化規(guī)律需進(jìn)一步的研究。

為探究石粉對機制砂混凝土耐久性的影響及其適宜含量，本文針對滇東地區(qū)C50機制砂混凝土石粉和粉煤灰的不同含量試驗研究其耐久性影響規(guī)律，為機制砂在工程運用中合理控制各摻量提供參考。

1　試驗配比工況

針對C50高強度機制砂混凝土，試驗采用的幾種配合比方案如下：機制砂為綱紀(jì)石料廠所生產(chǎn)，石粉含量采用以下三種：5%、7%、10%、原砂（未除粉，石粉含量12%左右）；粉煤灰摻量采用以下兩種：15%和0；其余基本參數(shù)取值分別為：膠凝材料用量500kg/m3，水膠比在0.32，砂率39%，減水劑摻量1.1%，見表1。

表1　混凝土耐久性試驗工況

2.1抗?jié)B性試驗方法及試驗評價標(biāo)準(zhǔn)

抗?jié)B性試驗選用電通量法，其原理是將直徑97mm×50mm的混凝土試樣經(jīng)真空飽水后，在標(biāo)準(zhǔn)夾具下，通過0.3mol/L的NaOH溶液和質(zhì)量濃度3%的NaCl溶液給混凝土試樣施加60V直流電，正負(fù)離子會在電場的作用下發(fā)生遷移，通電6h，根據(jù)渡過的電量來反映混凝土的抗?jié)B性。

試驗評價標(biāo)準(zhǔn)：通過測定6h內(nèi)通過混凝土的電量高低可以判斷混凝土的抗氯離子滲透能力，其評價標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2　根據(jù)電通量評價混凝土抗?jié)B性的評價標(biāo)準(zhǔn)

2.2抗凍性試驗方法

抗凍性試驗依據(jù)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》JTGE30-2005。試驗盒采用橡膠盒，凈截面尺寸為110mm×110mm，高500mm；采用動彈性模量測定儀，共振法頻率測量范圍100～ 20kHz。

試件采用100mm×100mm×400mm的棱柱體混凝土試件，每組3根，在試驗過程中可連續(xù)使用，按T0551《水泥混凝土試件制作與硬化水泥混凝土現(xiàn)場取樣方法》規(guī)定進(jìn)行試件的制作和養(yǎng)護。試驗齡期為28d。在規(guī)定齡期的前4d，將試件放在20℃±2℃的飽和石灰水中浸泡，水面至少高出試件20mm，浸泡4d后進(jìn)行凍融試驗；當(dāng)凍融至300次循環(huán)或試件的相對動彈性模量下降至60%以下或試件的質(zhì)量損失率達(dá)5%，停止試驗。

3　試驗結(jié)果及分析

混凝土電通量測試結(jié)果見表3。

表3　混凝土電通量測試結(jié)果

從表3可知：（1）各組混凝土試件6h電通量測試結(jié)果都小于1000C，氯離子滲透性性處于非常低的水平；（2）配合比基本參數(shù)相同的情況下，石粉含量在5%時，電通量達(dá)到最小值，之后隨著石粉含量的增加，電通量呈增加的趨勢；（3）摻入粉煤灰后，電通量會相應(yīng)的增大。

根據(jù)表中的結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)幾點規(guī)律：上述所有C50機制砂混凝土的6h通電量均小于1000C，反映出氯離子擴散能力處于非常低的水平，符合耐久性混凝土設(shè)計指標(biāo)要求。隨著石粉含量增加，機制砂混凝土的氯離子擴散能力逐步增大，抗?jié)B性能逐步降低。在石粉含量同為5%或7%的情況下，摻入15%粉煤灰的機制砂混凝土的氯離子滲透性較未摻入粉煤灰機制砂混凝土的大。而在粉煤灰含量同為15%或不摻入粉煤灰的情況下，7%石粉含量的機制砂混凝土較5%含量的機制砂混凝土氯離子滲透性大。說明粉煤灰對機制砂混凝土的抗?jié)B性能約有影響，但不起主導(dǎo)作用；石粉含量增加才會導(dǎo)致機制砂混凝土抗?jié)B性能降低。

抗凍性試驗結(jié)果見表4。

從表4和圖1可知：（1）經(jīng)過300次凍融循環(huán)后，各組混凝土的相對動彈性模量都略有下降，但都大于90%，說明它們都具有良好的抗凍性；（2）隨著石粉含量的增加，機制砂混凝土的相對動彈性模量幾乎沒有差異，說明石粉含量的變化對混凝土抗凍性影響甚微；（3）與未摻粉煤灰的機制砂混凝土抗凍試驗相對動彈性模量相比，摻15%粉煤灰的機制砂混凝土的抗凍性略有降低，影響不大。

表4　抗凍性試驗結(jié)果

圖1　石粉含量對混凝土抗凍性影響

4　結(jié)論

（1）C50機制砂混凝土抗?jié)B性試驗表明，各組混凝土試件6h電通量測試結(jié)果都小于1000C，氯離子滲透性處于非常低的水平，符合耐久性混凝土設(shè)計指標(biāo)要求。

（2）C50機制砂混凝土抗凍性試驗表明，經(jīng)過300次凍融循環(huán)后，各組混凝土的相對動彈性模量都略有下降，但都大于90%，說明它們都具有良好的抗凍性。

（3）機制砂石粉含量在5%～12%范圍變化時，隨著石粉含量的增加，C50機制砂混凝土的抗?jié)B性和抗凍性呈降低趨勢，但影響較小。

（4）與未摻粉煤灰的機制砂混凝土抗凍試驗相對動彈性模量相比，摻15%粉煤灰的高強度機制砂混凝土的抗?jié)B性和抗凍性略有降低，但影響較小。

[1]李興貴.高石粉含量人工砂在混凝土中的應(yīng)用研究[J].建筑材料學(xué)報,2004,7(1):66-71.

[2]田建平.高強高性能機制砂混凝土的配制及性能研究[D].湖北武漢:武漢理工大學(xué),2004.

[3]王稷良.機制砂特性對混凝土性能的影響及機理研究[D].湖北武漢:武漢理工大學(xué),2008.

[4]蔡基偉,胡曉曼,李北星.石粉含量對機制砂混凝土工作性與抗壓強度的影響[A].第九屆全國水泥和混凝土化學(xué)及應(yīng)用技術(shù)會議論文匯編（上卷）[C].2005.

[5]孫永濤.機制砂及其混凝土的應(yīng)用研究[D].四川成都:西南交通大學(xué),2010.

[6]吳明威,付兆崗,李鐵翔,等.機制砂混凝土中石粉含量對混凝土性能影響試驗研究[J].鐵建建筑技術(shù),2004(4):46-50.

U414

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1009-7716（2016）11-0120-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.11.034

2016-07-11

李嵩林（1987-），男，重慶人，碩士，工程師，從事公路橋梁科技與設(shè)計工作。