機(jī)制山砂混凝土耐久性能研究

鐘 毓

中鐵七局集團(tuán)武漢工程有限公司（430000）

0 前言

目前我國(guó)大部分建筑工程中使用的細(xì)集料是天然河砂，而天然河砂是一種分地方性的、短期內(nèi)不可再生的資源，很多地區(qū)的天然河砂資源逐漸短缺，供不應(yīng)求的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，由此，機(jī)制砂成為建筑用砂的重要來(lái)源。但由于機(jī)制砂顆粒形貌的特殊性以及細(xì)顆粒的存在，使得機(jī)制山砂混凝土與河砂混凝土在耐久性能上有很大的區(qū)別。

近些年來(lái)，有許多學(xué)者針對(duì)機(jī)制砂混凝土的耐久性進(jìn)行了研究。洪錦祥等認(rèn)為，機(jī)制山砂混凝土的早期干縮比河砂混凝土高，而同時(shí)有研究表明機(jī)制砂中顆粒含量較低時(shí)，機(jī)制山砂混凝土的干縮率隨細(xì)顆粒含量的變化的幅度較小。舒?zhèn)髦t等對(duì)機(jī)制山砂配制的高性能混凝土耐久性進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，機(jī)制山砂混凝土與普通混凝土的收縮發(fā)展規(guī)律大致相似，而機(jī)制山砂混凝土的徐變值比普通混凝土略低，機(jī)制砂混凝土的抗?jié)B、抗凍融、抗沖磨性能均比普通混凝土有顯著的提高。潘前外等認(rèn)為使用人工砂配制的混凝土與河砂混凝土的抗?jié)B性能均較好，但在相同的試驗(yàn)條件下人工砂混凝土的滲水高度略高于河砂混凝土的滲水高度。

這里針對(duì)同配比機(jī)制砂混凝土和河砂混凝土展開(kāi)研究，分別測(cè)試其收縮性能、抗凍性能、碳化性能，并針對(duì)其影響機(jī)理進(jìn)行研究，深入探討機(jī)制砂混凝土的耐久性能。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原材料

表1為試驗(yàn)所用機(jī)制砂的物理性能分析，表2為試驗(yàn)所用水泥和粉煤灰的化學(xué)成分分析。試驗(yàn)所用水泥來(lái)自華新水泥股份有限公司所生產(chǎn)的華新P.O.42.5水泥,粉煤灰為武漢陽(yáng)邏電廠產(chǎn)I級(jí)干排粉煤灰，粗集料為5～25 mm連續(xù)級(jí)配的碎石，壓碎值為8.7%。

表1 機(jī)制山砂性能分析

1.2 混凝土配合比與試驗(yàn)方法

表2 水泥和粉煤灰的化學(xué)成分分析

混凝土配合比按照表3中混凝土各材料用量配制，分別使用河砂和機(jī)制砂作為細(xì)集料制備混凝土，并對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試。

表3 每方混凝土各材料用量(kg/m3)

混凝土的耐久性參考GB/T 50082-2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》的規(guī)定進(jìn)行，分別針對(duì)混凝土的收縮性能、抗凍性能和碳化性能進(jìn)行測(cè)試。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

混凝土的收縮性能測(cè)試結(jié)果如圖1所示。由圖中可以看出，機(jī)制砂混凝土與天然河砂混凝土的收縮率隨齡期變化的規(guī)律基本一致，均表現(xiàn)為隨齡期的增加，混凝土的收縮率增加；機(jī)制砂混凝土收縮在養(yǎng)護(hù)早期（0～7 d）略高于河砂混凝土；而在14 d以后，機(jī)制砂混凝土的收縮率低于河砂混凝土。由于機(jī)制砂內(nèi)部孔隙率較大,相比之下吸水率較高，早期由于機(jī)制山砂顆粒吸水會(huì)損失一部分混凝土中的水分，同時(shí)其粉末含量較高，需水量較大，故其早期收縮較大。而與此同時(shí)，機(jī)制砂顆粒的表面較為粗糙、棱角指數(shù)大，這一特性可以增加機(jī)制砂顆粒與水泥石的粘結(jié)，同時(shí)機(jī)制砂顆粒之間相互嵌鎖作用，使機(jī)制砂混凝土限制變形能力較強(qiáng)，故其長(zhǎng)期收縮值小于河砂混凝土。

圖1 混凝土收縮值

混凝土的抗凍性能測(cè)試結(jié)果如圖2和圖3所示。由測(cè)試結(jié)果可以看出，經(jīng)過(guò)300次凍融循環(huán)后，本配合比中機(jī)制砂混凝土和河砂混凝土均達(dá)到了規(guī)定要求，相對(duì)來(lái)說(shuō)，機(jī)制砂混凝土的質(zhì)量損失率相對(duì)較高。而由動(dòng)彈性模量的測(cè)試結(jié)果，在凍融早期機(jī)制砂混凝土的動(dòng)彈模損失較少，但后期相對(duì)于機(jī)制砂混凝土更高。原因在于機(jī)制砂顆粒表面粗糙，與水泥石的結(jié)合性好，從而使機(jī)制山砂混凝土的限制變形能力較強(qiáng)，因此機(jī)制砂混凝土的長(zhǎng)期相對(duì)彈性模量損失變大。

圖2 混凝土凍融循環(huán)后質(zhì)量損失率

圖3 混凝土凍融循環(huán)后相對(duì)動(dòng)彈性模量

混凝土的碳化深度測(cè)試結(jié)果如圖4所示。測(cè)試結(jié)果表明，相對(duì)來(lái)說(shuō)，早期機(jī)制砂混凝土與河砂混凝土碳化深度基本相當(dāng)，后期機(jī)制砂混凝土碳化深度相對(duì)略高。一般來(lái)說(shuō)，混凝土碳化深度與集料性能有一定的關(guān)系,機(jī)制砂混凝土因?yàn)槠浼系脑颍瑑?nèi)部密實(shí)性較差，因此抗碳化性能略差于河砂混凝土。

圖4 混凝土碳化深度測(cè)試結(jié)果

3 結(jié)論

主要針對(duì)機(jī)制砂混凝土和河砂混凝土的收縮性能、抗凍性能、碳化性能進(jìn)行了測(cè)試，并對(duì)其機(jī)理進(jìn)行了分析，得出主要結(jié)論如下：

1）機(jī)制砂混凝土在養(yǎng)護(hù)早期較之河砂混凝土有較大的收縮，但在養(yǎng)護(hù)后期相對(duì)來(lái)說(shuō)體積更加穩(wěn)定；

2）機(jī)制砂混凝土早期抗凍性能相對(duì)河砂混凝土有所提高，但后期抗凍性能相對(duì)減弱；

3）機(jī)制砂混凝土的抗碳化性能大致與河砂混凝土相當(dāng)。

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