機制砂在高強混凝土中的試驗應用分析

陳曉亮 郭曉靜

天津市金隅混凝土有限公司 天津 300300

與河砂相比，機制砂不僅獲取途徑較多，其制作過程也比較簡單，用于高強混凝土的配制能夠大大降低配制成本。由于機制砂通常都是由專門機械破碎篩分而成，雖然不同材料破碎篩分后形成的機制砂質量性能存在一定差異，但都具有石粉含量高的特點。這些石粉雖然能夠在一定程度上提升中、低標號混凝土的質量性能，但對于高強混凝土來說，過高的石粉含量卻必然會使混凝土拌制用水大大增加，并對混凝土強度與質量性能造成直接的影響。

1 原材料基本性能

水泥使用P·O42.5級水泥，28d抗折強度8.3MPa，28d抗壓強度51.5MPa。粉煤灰使用F類II級粉煤灰，細度20.1%，需水量比97%，活性指數86.5%。礦渣粉使用S95級磨細礦渣，流動度比102%，28d活性指數101%，比表面積424m2/kg。減水劑使用標準高性能減水劑，減水率27.8%，7d抗壓強度比94%，28d抗壓強度比145%。細集料使用河中砂、機制砂，河中砂含泥量2.0%，細度模數2.5；機制砂石粉含量4.0%，細度模數3.1。粗骨料為5～25mm連續級配反擊破碎石，含泥量0.4%，壓碎指標6-8%[1]。

2 高強度等級混凝土配比設計

高強混凝土不僅要具有較高的強度要求，同時在拌合物和易性等其他性能參數上也同樣要達到相關標準要求。在某人行天橋工程中，主梁橋墩及墩柱要求混凝土強度等級應達到C50，且鋼筋較密，需要較好的混凝土流動性。為達到混凝土設計要求，最初設計方案中采用了優質河中砂作為高強混凝土的拌制原材料，但由于當地出產的河中砂供應緊張，從而采用其他產地河中砂的運輸成本又比較高，因此最終決定選擇機制砂與河中砂的混合砂作為混凝土配制原材料，并通過試配來確定合理的配合比。同時，機制砂石粉含量較高，造成配制時用水量較大。針對這一情況，配合比設計方案中除要求控制石粉含量外，還摻入粉煤灰、礦渣灰，以及選用高性能減水劑，降低混凝土用水量，在保證混凝土性能的同時，降低了配制成本。試配采用不同的機制砂、河中砂使用比例，觀察不同摻量機制砂在C50混凝土配置中的應用效果進行對比分析，以確定機制砂對C50混凝土質量性能的影響。

3 混凝土試配及試配結果分析

3.1 混凝土試配

本次試驗按照JGJ55-2011《普通混凝土配合比設計規程》，在保持C50混凝土的配合比其他各項原材用量不變的基礎上，使用不同比例機制砂和河中砂混合進行試配，測量拌制后混凝土拌合物的各項性能，并成型150mm×150mm×150mm的立方體試件，標準養護15d、28d后測試混凝土的抗壓強度，以此研究機制砂對C50混凝土拌合物性能和抗壓強度的影響[2]。

3.2 混凝土拌合物性能的分析

從表1的拌制混凝土的坍落度測量結果可以看出，使用相同的用水量，隨著機制砂摻量的增加，混凝土的塌落度和擴展度隨之降低。這是由于機制砂表面多棱角、裂隙、孔洞，大大增加了細骨料的比表面積，吸附更多的水，且機制砂中的石粉也會吸附一定的水和外加劑，對混凝土拌合物性能有機制砂在高強混凝土中的試驗應用分析[3]。

表1 混凝土拌合物性能

3.3 機制砂對混凝土強度性能的影響

從表1中配制的五個不同機制砂摻量的混凝土試塊的抗壓強度結果可以看出，在摻入30%-50%的機制砂時，混凝土抗壓強度略有增長。這是由于機制砂的多棱角結構與膠凝材料的接觸面積變大、粘結力增強，且機制砂中4%左右的石粉也可以起到細粉料的作用，對水泥的水化反應有一定的促進作用，使得混凝土的抗壓強度有明顯增長。當機制砂摻量超過50%，由于石粉含量大大增加，使得混凝土的抗壓強度開始下降。

4 混凝土配合比數據的確定及應用情況

從五個配合比的拌合物性能和強度檢測結果，以及生產成本控制方面綜合考慮，選用C組數據作為該人行天橋混凝土施工實際施工配合比。在實際生產過程中，混凝土施工性能良好，強度也滿足工程需要，獲得施工單位的認可。

5 結語

通過本次試配和分析，可以得到以下幾個結論：在天然河中砂供應不足的情況下，只要按照合理的配比數據，使用機制砂也可以配制出強度和工作性能都滿足工程要求的高強混凝土；機制砂摻量在30%-50%的范圍內，摻機制砂的混凝土拌合物性能可以滿足要求，且機制砂的加入對混凝土的抗壓強度有明顯的提升作用；由于機制砂與天然砂有明顯區別，所以應嚴格控制混凝土的生產過程，并加強混凝土構件的后期養護，保證混凝土的質量滿足工程要求。