機制砂部分取代河砂對高性能混凝土性能的影響

文/李鵬 中鐵三局集團第五工程有限公司 山西晉中 030600

1、前言

水泥混凝土是世界上用量最大的人造材料之一，它不但大量應用于工業與民用建筑，還廣泛用于交通、城市建設、農林、水利以及海港等工程。在某些情況下，一些外部因素或內部因素可使混凝土材料的耐久性降低，導致結構破壞，甚至產生災難性的后果。其中，硫酸鹽侵蝕破壞、海水腐蝕和酸雨腐蝕是造成水泥混凝土破壞的幾個原因。

水泥混凝土所用細集料一般為天然砂（大部分為河砂），隨著國家對環境及自然資源保護的加強，考慮到天然砂正在枯竭的現狀，以及天然砂干燥消耗大量能源的現實，機制砂的生產及在商品混凝土中的應用勢在必行[1-3]。

機制砂是經機械破碎篩分而成，其顆粒尖銳粗糙且帶有棱角，同時在其中不可避免地要含有一定量的石灰石粉，這是機制砂與天然砂最明顯的區別所在[4]。目前，機制砂在水泥混凝土或水泥砂漿中的應用研究已經有不少研究[8-13]。

本文利用機制砂部分取代河砂生產高性能混凝土，研究機制砂對高性能各性能（抗壓強度、抗滲性等等）的影響，以便為機制砂高性能混凝土在工程中應用提供一定的技術支持。

2、試驗原材料與試驗儀器、試驗方案

2.1 試驗原材料

表1 普通硅酸鹽水泥、粉煤灰、礦渣的化學成分

普通硅酸鹽水泥（P·O42.5），安徽合肥海螺廠產；S95 級礦渣粉，安徽馬鞍山鋼廠產；Fl類-Ⅱ級粉煤灰，山東濟南黃臺電廠產；砂，黃沙，細度模數為2.7，含泥量1.3%，為安徽六安產，機制砂為安徽合肥長豐某石料廠產；石子，5-31.5mm 連續級配碎石，安徽合肥長豐某石料廠產；聚羧酸高性能減水劑，安徽中鐵工程材料科技有限公司產。其普通硅酸鹽水泥，礦渣和粉煤灰的化學成分見表1所示；其水泥的物理和力學性能指標見表2所示；其粉煤灰的物理性能指標見表3所示；機制砂的技術指標見表4所示。

表2 水泥的物理性能和力學性能指標

表3 粉煤灰的物理性能指標

表4 機制砂的技術指標

2.2 試驗儀器

S60 型混凝土攪拌機、混凝土振動臺、抗壓強度試件試模、抗滲性試件試模、電液式壓力試驗機、全自動抗滲儀等。

2.3 試驗方案

本文主要研究了機制砂部分取代河砂對高性能混凝土的力學性能、耐久性（抗滲性）的影響，其中機制砂取代河砂的比例分別為0、10%、20%、30%、40%、50%、60%和70%。其試驗設計方案與混凝土初始坍落度如表5所示，配合比為C30 高性能混凝土配合比，高性能混凝土初始坍落度控制在200mm-220mm。

表5 機制砂取代河砂對高性能混凝土性能影響試驗方案及初始坍落度

3、試驗結果與分析

3.1 機制砂部分取代河砂對高性能混凝土抗壓強度的影響

表6為機制砂部分取代河砂對高性能混凝土抗壓強度影響的試驗結果。

表6 機制砂取代河砂對高性能混凝土抗壓強度影響的試驗結果

從表6中可以看出：在普通硅酸鹽水泥基高性能混凝土中，使用機制砂部分取代河砂時，隨著機制砂摻量的不斷增加其高性能混凝土抗壓強度先逐漸增加而后逐漸下降，且機制砂摻量在40%，其高性能混凝土抗壓強度達到最大值；從表6中還可以看出：普通硅酸鹽水泥基高性能混凝土7d、28d 和56d 的抗壓強度變化規律基本一致。這是因為：由于機制砂的加入，機制砂中的石粉使新拌混凝土中氣泡減少，硬化后漿體中的凝膠孔和毛細孔、以及總孔隙率都將降低，從而使高性能混凝土內部結構更加致密，導致其高性能混凝土抗壓強度增加；但機制砂摻量過高時，機制砂中石粉含量過量，會使新拌混凝土狀態變化，并且硬化后漿體結構密實性變差，比如機制砂摻量超過50%后，其高性能混凝土抗壓強度降低，機制砂摻量越高其高性能混凝土抗壓強度降低越明顯。

3.2 機制砂取代河砂對高性能混凝土抗滲性的影響

表7 機制砂取代河砂對高性能混凝土抗滲性能影響的試驗結果

從表7中可以看出：在普通硅酸鹽水泥基高性能混凝土中，使用機制砂部分取代河砂時，隨著機制砂摻量的不斷增加其高性能混凝土滲水高度先逐漸下降而后逐漸增加，即高性能混凝土抗滲性能先逐漸增加而后逐漸下降，且機制砂摻量在30%，其高性能混凝土抗滲性達到最佳效果。這是因為：由于機制砂的加入，使普通硅酸鹽水泥基高性能混凝土凝膠孔和毛細孔、總孔隙都降低，導致其高性能混凝土內部結構密實性增強，從而提高其抗滲性。

結論：

（1）在普通硅酸鹽水泥基高性能混凝土中，使用機制砂部分取代河砂時，隨著機制砂摻量的不斷增加，其高性能混凝土抗壓強度先逐漸增加而后逐漸下降；且機制砂摻量在40%時，其高性能混凝土抗壓強度達到最大值。

（2）在普通硅酸鹽水泥基高性能混凝土中，使用機制砂部分取代河砂時，隨著機制砂摻量的不斷增加，其高性能混凝土抗滲性能先逐漸增加而后逐漸下降；且機制砂摻量在30%時，其高性能混凝土抗滲性達到最佳效果。

（3）綜合機制砂部分取代河砂對高性能混凝土抗壓強度和抗滲性能的影響，其機制砂最佳摻量范圍為30%-40%。