機(jī)制砂配制C55高性能混凝土耐久性研究

劉 強(qiáng)（中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司，浙江 湖州 313000）

機(jī)制砂配制C55高性能混凝土耐久性研究

劉 強(qiáng)（中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司，浙江 湖州 313000）

某高鐵建設(shè)單位要求C50及以上混凝土，必須使用河砂作為細(xì)骨料配制梁片混凝土。本文通過分別用機(jī)制砂、河砂配制C55連續(xù)梁混凝土并檢測(cè)其耐久性，進(jìn)而探討機(jī)制砂配制C50及以上混凝土的可行性。

機(jī)制砂；高性能混凝土；C55連續(xù)梁混凝土；耐久性

1 引 言

隨著國家“一帶一路戰(zhàn)略”的提出和亞洲基礎(chǔ)設(shè)施投資銀行的建立，我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)必將迎來新的高峰，而作為基建行業(yè)重要的建材——混凝土，需求量也會(huì)日益增多。在所有混凝土原材中，河砂供應(yīng)量與需求量之間的矛盾最為突出，因此國家和地方也制定相關(guān)規(guī)范，推廣使用機(jī)制砂配制混凝土。然而即使在機(jī)制砂應(yīng)用較為廣泛的云貴地區(qū),高鐵施工中對(duì)機(jī)制砂配制高強(qiáng)高性能混凝土仍持謹(jǐn)慎態(tài)度。

2 試 驗(yàn)

2.1 原材料

1）水泥：曲靖昆鋼嘉華水泥建材有限公司生產(chǎn)的P·O42.5 水泥。

2）粉煤灰：曲靖方園環(huán)保建材有限公司生產(chǎn)的I級(jí)粉煤灰。

3）細(xì)骨料：機(jī)制砂為云南嵩明縣躍興采石場(chǎng)生產(chǎn)的水洗機(jī)制砂，以往大量試驗(yàn)證明機(jī)制砂石粉含量為4%-7%時(shí)，所配制高強(qiáng)度混凝土綜合性能最優(yōu)，本次試驗(yàn)所用機(jī)制砂石粉含量4.8%，細(xì)度模數(shù)3.1，為I區(qū)粗砂；河砂為云南元謀縣上淇柳砂場(chǎng)生產(chǎn)的河砂，細(xì)度模數(shù)2.8，為 II區(qū)中砂。

4）粗骨料：云南嵩明縣躍興采石場(chǎng)生產(chǎn)的5-20mm連續(xù)級(jí)配碎石。

5）減水劑：山西康特爾精細(xì)化工生產(chǎn)的聚羧酸減水劑。

6）拌合水：嵩明牛欄江水。

經(jīng)檢測(cè)，以上所有原材料各類指標(biāo)均符合TB 10424-2010《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》6.2條中，關(guān)于混凝土原材料性能的要求。

2.2 配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)JGJ 55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》的設(shè)計(jì)原則和方法進(jìn)行C55混凝土配合比設(shè)計(jì)工作，同時(shí)從經(jīng)濟(jì)性、工作性方面考慮，也對(duì)摻加粉煤灰替代部分水泥的混凝土進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，配合比設(shè)計(jì)結(jié)果見表1。

表1 C55連續(xù)梁混凝土配合比（kg/m3）

2.3 拌合物工作性及混凝土耐久性檢測(cè)方法

為驗(yàn)證所配制混凝土是否滿足生產(chǎn)需求，按照GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的試驗(yàn)方法，對(duì)混凝土拌合物坍落度、含氣量、泌水率、壓力泌水率、工作性等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 混凝土拌合物性能檢測(cè)結(jié)果及分析

混凝土是否能夠應(yīng)用于施工生產(chǎn)中，優(yōu)良的拌合物工作性是前提條件。通過對(duì)1-4號(hào)4套配合比拌合物性能進(jìn)行檢測(cè)，我們發(fā)現(xiàn)機(jī)制砂配制的混凝土拌合物性能雖不及河砂，但如果摻加20%的粉煤灰，機(jī)制砂配制混凝土坍落度、含氣量、泌水率、壓力泌水率與河砂相比差別不大，僅僅粘聚性略次于河砂拌制的混凝土。這是因?yàn)殡m然機(jī)制砂顆粒粗糙、級(jí)配較差，但是粉煤灰顆粒圓潤，在混凝土中能夠起到潤滑作用，另外粉煤灰顆粒粒徑小于水泥顆粒，能有效填充混凝土中微小孔隙，增加混凝土自由水的數(shù)量，從而提高混凝土的流動(dòng)性，粉煤灰的這些特點(diǎn)有效的改善了機(jī)制砂混凝土流動(dòng)性、和易性差的缺點(diǎn)。因此通過試驗(yàn)確定，機(jī)制砂混凝土中摻加粉煤灰后，其拌合物性能完全可以滿足現(xiàn)場(chǎng)施工需要。

表2 混凝土彈性模量、電通量、抗?jié)B、抗凍試驗(yàn)結(jié)果

3.2 混凝土耐久性檢測(cè)結(jié)果及分析

所配制混凝土28天抗壓強(qiáng)度、28天彈性模量、電通量、抗?jié)B、抗凍檢測(cè)結(jié)果見表2。

3.2.1 混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果及分析

通過試驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，機(jī)制砂混凝土3d、7d、10d、28d強(qiáng)度均高于河砂混凝土，而是否摻加粉煤灰對(duì)強(qiáng)度的影響并無明顯規(guī)律。至于機(jī)制砂對(duì)混凝土強(qiáng)度提升的原因，主要是因?yàn)闄C(jī)制砂中適量的石粉填充了混凝土中的孔隙，使混凝土結(jié)構(gòu)更為密實(shí)；另外石粉特有的化學(xué)成分，會(huì)在混凝土中發(fā)生微弱化學(xué)反應(yīng)，改善混凝土孔隙-漿、漿-骨料間的界面結(jié)構(gòu)，使混凝土更好的結(jié)合為一個(gè)整體；而河砂中0.075mm以下顆粒含量少且表面光滑堅(jiān)硬、化學(xué)成分穩(wěn)定，難以產(chǎn)生上述反應(yīng)，所以就混凝土強(qiáng)度方面而言，機(jī)制砂混凝土優(yōu)于河砂混凝土。

3.2.2 混凝土彈性模量試驗(yàn)結(jié)果及分析

彈性模量是梁片混凝土必須控制的一項(xiàng)指標(biāo)，由表2可以看出機(jī)制砂配制混凝土彈性模量高于河砂混凝土。這主要是因?yàn)椋?.混凝土彈性模量與骨料彈性模量成正比關(guān)系，而機(jī)制砂彈性模量高于河砂；2.與對(duì)強(qiáng)度的影響相似，機(jī)制砂表面粗糙且含有一定數(shù)量的石粉，既更好填充了混凝土中的微小孔隙，又增加了界面間的摩擦力和粘結(jié)力，使混凝土具有穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)。

3.2.3 混凝土電通量、抗?jié)B試驗(yàn)結(jié)果及分析

本次試驗(yàn)證明，無論是否摻加粉煤灰，機(jī)制砂混凝土電通量值優(yōu)于河砂混凝土，表2中未列舉混凝土試件滲水高度值，實(shí)際試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，機(jī)制砂混凝土滲水高度低于河砂混凝土，即抗?jié)B性能優(yōu)于河砂混凝土。本人認(rèn)為，混凝土的電通量和抗?jié)B性均與其本身的微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)，混凝土良好的密實(shí)性、較少的孔隙以及較強(qiáng)界面間粘結(jié)力，均能提高混凝土的抗離子滲透性和抗?jié)B性。

3.2.4 混凝土抗凍試驗(yàn)結(jié)果及分析

表2中后三項(xiàng)是混凝土抗凍性指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果顯示四套配合比抗凍等級(jí)均＞200，滿足相關(guān)規(guī)范對(duì)梁體混凝土抗凍性的要求，而通過觀察質(zhì)量損失率和相對(duì)動(dòng)彈模量，發(fā)現(xiàn)機(jī)制砂混凝土抗凍性亦優(yōu)于河砂混凝土，且摻加粉煤灰的混凝土抗凍性更好。這里主要分析機(jī)制砂混凝土抗凍性好的原因，混凝土抗凍性主要與混凝土中的孔隙結(jié)構(gòu)以及界面間毛細(xì)通道粗細(xì)有關(guān)，不連續(xù)的孔隙結(jié)構(gòu)和較細(xì)的毛細(xì)通道可以有效抵御外界離子的侵入，從而提高混凝土的抗凍性，而在這方面的表現(xiàn)機(jī)制砂配制混凝土正是河砂混凝土所不具備的。

3.2.5 混凝土收縮試驗(yàn)結(jié)果及分析

混凝土的收縮性能直接反應(yīng)混凝土抵抗裂紋出現(xiàn)的能力，混凝土如果出現(xiàn)裂紋，必將加速外界環(huán)境及有害介質(zhì)對(duì)混凝土的侵蝕，從而影響混凝土的耐久性。我們通過大量試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，前14天機(jī)制砂混凝土收縮值大于河砂混凝土；而后期直至60天，機(jī)制砂混凝土收縮值小于河砂混凝土。機(jī)制砂混凝土由于孔隙被更好的填充，自由水較多，所以前期自由水蒸發(fā)引起的收縮較為明顯，后期主要是水泥水化反應(yīng)引起的收縮，機(jī)制砂混凝土骨架結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，能夠限制水泥水化引起的收縮，所以長期來看機(jī)制砂混凝土收縮性能優(yōu)于機(jī)制砂混凝土。

4 結(jié) 語

1）機(jī)制砂混凝土摻加20%的粉煤灰后，可以改善混凝土拌合物和易性、粘聚性，拌合物性能與河砂混凝土差別不大，完全能夠滿足施工生產(chǎn)需要。

2）通過試驗(yàn)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，配制高強(qiáng)度混凝土?xí)r，無論是否摻加粉煤灰機(jī)制砂混凝土強(qiáng)度、彈性模量、電通量、抗?jié)B、抗凍、收縮等耐久性指標(biāo)都高于河砂配制的混凝土。

3）通過試驗(yàn)證明，機(jī)制砂配制C55高強(qiáng)高性能混凝土，無論拌合物性能還是硬化后的耐久性，都能滿足施工需要和規(guī)范要求。

如果該高鐵項(xiàng)目55萬方梁片混凝土采用機(jī)制砂配制，不僅可以解決河砂供用緊張、質(zhì)量不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，而且僅細(xì)骨料一項(xiàng)就可以節(jié)約成本5000萬元以上。因此如果能夠及時(shí)調(diào)整相關(guān)規(guī)范，在河砂取材困難的高鐵項(xiàng)目上推廣水洗機(jī)制砂配制梁片混凝土技術(shù)，既能滿足施工需求、節(jié)約成本，又能保護(hù)不可再生河砂資源、維持河道生態(tài)平衡。

Study on the durability of C55 high performance concrete prepared with sand

A high speed railway construction unit requires C50 and the above concrete,must use the river sand as the fine aggregate to prepare the beam concrete．In this paper,the C55 continuous beam concrete is prepared by using the mechanism sand and river sand separately,and the durability of the concrete is detected,and then the feasibility of preparing C50 and the above concrete is discussed．

mechanism sand；high performance concrete；C55 continuous beam concrete；durability

TU521

B

1003-8965(2017)01-0019-02