不同屬性砂C50 混凝土耐久性能試驗方法

陳婉靈

（中交一公局廈門工程有限公司，福建 廈門 361021）

1 原材料

（1）水泥：P.O.42.5R 級水泥。

（2）粗骨料：石灰?guī)r碎石是粗骨料的主要成分，主要包括粗石和細(xì)石兩種類型。

（3）細(xì)骨料：①天然砂；②混合砂（以石灰?guī)r機(jī)制砂和天然砂為主要原材料，兩者按照6∶4 的用量標(biāo)準(zhǔn)制備而成）；③是石灰?guī)r機(jī)制砂，共形成6 個組別。在細(xì)度模數(shù)方面，混合砂、機(jī)制砂、天然砂分別為2.77、2.67、1.81；對于0.075 以下的粉狀顆粒含量來說，天然砂和混合砂的比例分別為2.27%和1.6%；較特殊的是機(jī)制砂，其0.075mm 以下石粉含量由人工按要求摻配，具體包含四類摻配標(biāo)準(zhǔn)，即3.5%、7%、10.5%、14%。

（4）粉煤灰、減水劑及水：①I 級粉煤灰；②減水劑的類型為PC-1 聚羧酸系高性能減水劑；③潔凈自來水。

2 試驗分析

以《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》為依據(jù)，按規(guī)范組織耐久性試驗，關(guān)于具體的考慮指標(biāo)、試驗結(jié)果及內(nèi)容，做如下分析。

2.1 長期強(qiáng)度分析

將細(xì)集料C50 混凝土分成為6 組，養(yǎng)護(hù)齡期設(shè)置為7d、28d、60d、90d和180d，隨后組織開展試驗活動，使混合料的抗壓強(qiáng)度實現(xiàn)科學(xué)的測定，混凝土抗壓強(qiáng)度與齡期關(guān)系的具體情況詳見下圖1 所示、不同細(xì)集料混凝土強(qiáng)度對比情況詳見下圖2 所示。

圖1 混凝土抗壓強(qiáng)度與齡期關(guān)系圖示

圖2 不同細(xì)集料混凝土強(qiáng)度對比

結(jié)合圖中內(nèi)容展開分析，可知：

（1）隨著齡期的改變，每組混凝土的強(qiáng)度都發(fā)生了變化，混凝土各個養(yǎng)護(hù)齡期的實際表現(xiàn)情況各不相同。混凝土強(qiáng)度增速最快的齡期為7d～28d,其中石粉含量為3.5%的組別表現(xiàn)最為突出；隨著養(yǎng)護(hù)齡期的不斷增加，齡期達(dá)到30d～90d 時，石粉含量為10.5%的組別表現(xiàn)最為突出，此時的混凝土強(qiáng)度增幅達(dá)到9.67%，對應(yīng)于其它組別而言，雖然增長但較為緩慢；當(dāng)混凝土齡期達(dá)到90d～180d 時,混凝土強(qiáng)度增速表現(xiàn)出了下降的趨勢，下降最為明顯的組別為石粉含量為14%的組別。

（2）養(yǎng)護(hù)齡期為7d 的混凝土強(qiáng)度適中，其中強(qiáng)度最低的組別為石粉含量為3.5%組別；養(yǎng)護(hù)齡期為28d 的混凝土，強(qiáng)度最低的組別為天然砂組；混凝土養(yǎng)護(hù)齡期達(dá)到60d 以上時，其中強(qiáng)度相對較高的組別為石粉含量為7%和10.5%組別；養(yǎng)護(hù)齡期達(dá)到90d、180d 以上時，兩者的強(qiáng)度分別為77.33MPa、80.28MPa。

（3）從28d 強(qiáng)度的角度來看，各組混凝土均滿足要求。石粉的含量為7%時，混凝土的綜合應(yīng)用效果達(dá)到了最佳水平，其工作性能和強(qiáng)度水平也最佳。

2.2 抗?jié)B透性能分析

在使用ASTMCl202 直流電通量法以后，以抗氯離子滲透性能為基礎(chǔ)開展各項工作，具體的測試結(jié)果詳見下圖3。

圖3 不同細(xì)集料混凝土電通量值

結(jié)合圖中內(nèi)容展開分析可知：

（1）對于各組別的混凝土試件來說，6h 的電通量全部都保持在1000C之內(nèi)，這就充分的說明氯離子滲透性能非常低，其抗?jié)B性良好。機(jī)制砂的主要原材料為石粉，石粉對界面過渡層的密實度起到了較好的改善作用，從這一角度來看，基于混合砂和機(jī)制砂兩類原材料所制得的混凝土在抗?jié)B性能方面更為良好，優(yōu)于天然砂混凝土。

（2）使用混合砂以后，顆粒級配得到了積極的改善，使混凝土的抗?jié)B性能隨之發(fā)生了巨大的改變。

（3）對于以機(jī)制砂為原材料制備的混凝土，待石粉含量為7%時，混合料的電通量達(dá)到最小值，有理由說明此時的抗?jié)B性能較為良好。

（4）混凝土的抗氯離子滲透性能受石粉含量影響非常明顯。

2.3 抗凍性能分析

通過快凍法的應(yīng)用，針對各組混凝土展開抗凍性能試驗，將相對動彈模量作為主要的量化分析指標(biāo)，展開對比分析。以28d 齡期為例，在凍融循環(huán)次數(shù)變化之下，其主要要點有：

（1）在凍融循環(huán)次數(shù)增加的試驗條件下，混凝土相對動彈模量均有下降的變化特點。天然砂的棱角較為圓滑，骨料間雖然存在咬合力但較為微弱，導(dǎo)致其與骨料難以穩(wěn)定地結(jié)合，因此相對動彈模量有較為明顯的下降，抗凍能力較差。

（2）在凍融循環(huán)次數(shù)達(dá)到100 次后，天然砂混凝土已經(jīng)顯現(xiàn)出局部剝落現(xiàn)象，形狀方面則以魚鱗狀為主，部分區(qū)域的剝落現(xiàn)象較為嚴(yán)重，裸露出內(nèi)部的砂石結(jié)構(gòu)。此外，在200 次凍融循環(huán)前，無論是混合砂還是機(jī)制砂混凝土，各自的相對動彈模量均有小幅度的下降，后續(xù)（超過200 次）則以較快的速度下降；但凍融循環(huán)次數(shù)達(dá)到300 次后，該值仍維持在90%以上的水平，從這一角度來看，混合砂與機(jī)制砂C50 混凝土的抗凍性能較為良好，相比之下天然砂混凝土在此方面的性能較差[1-2]。

（3）具體至C50 機(jī)制砂混凝土中，待石粉含量達(dá)到7%時，較之于其它的石粉含量組別而言，其相對動彈模量有所增加，但幅度甚微，增長幅度在1%以內(nèi)。

2.4 抗碳化性能分析

取3d、7d、14d、28d、56d 及90d 齡期，分別組織抗碳化試驗，將碳化深度作為量化分析指標(biāo)，關(guān)于具體的結(jié)果，如表1 所示。

表1 混凝土碳化試驗結(jié)果

結(jié)合表1 內(nèi)容展開分析，在C50 高強(qiáng)混凝土的試驗中，各類組別混凝土的抗碳化能力均達(dá)標(biāo)。在所有的組別（6 組）中，齡期達(dá)到28d 后有部分混凝土顯現(xiàn)出碳化的問題，但普遍呈較慢的碳化速率。究其原因，與混凝土的水膠比較小、膠凝材料用量較多有密切的關(guān)聯(lián)。從抗碳化性能的角度來看，較之于天然砂混凝土，混合砂與機(jī)制砂混凝土在此方面的性能更為良好，并且以石粉含量為7%的機(jī)制砂最為突出，其具備最為優(yōu)越的抗碳化性能，從56d 的碳化深度來看，為0；而即便達(dá)到90d，該碳化深度也無明顯的增加，為1.5mm，僅存在較為微弱的碳化問題[3-4]。

2.5 徐變特性分析

取1d、3d、7d、14d、28d、60d、90d、150d 及180d 齡期，分別組織徐變試驗，通過此途徑探尋混凝土的徐變特性，引入徐變度指標(biāo)，用于量化分析混凝土的徐變性。關(guān)于不同持荷時間條件下的徐變度情況：在持荷時間逐步延長之下，混凝土的徐變度有增加的變化特點：（1）1～14d，該階段內(nèi)的徐變度呈類似于線性增長的特點；（2）待時間延長至28d 時，徐變度已經(jīng)有了較為顯著的增長，幾乎達(dá)到180d 徐變（總徐變）的50%；（3）自28d 后，則呈現(xiàn)出較為緩慢的徐變度增長特點，但仍有增加。而相比于混合砂和機(jī)制砂混凝土的徐變度而言，天然砂的該值相對更大[5]。

3 試驗結(jié)果的綜合概述

（1）從長期強(qiáng)度、抗?jié)B、抗凍等多項指標(biāo)切入，對C50 混凝土的耐久性能展開試驗與分析，最終得出的結(jié)論為不管是機(jī)制砂還是混合砂，它們的級配曲線全部滿足要求。與不符合標(biāo)準(zhǔn)的天然砂C50 混凝土比較，級配滿足要求的混合砂和機(jī)制砂C50 混凝土的耐久性更強(qiáng)一些。

（2）影響機(jī)制砂的主要因素為石粉的含量，石粉含量的多少會給混凝土的強(qiáng)度和性能造成嚴(yán)重的影響，但是不會給抗碳化、徐變、抗凍和抗?jié)B等功能帶來較大的改變。石粉含量達(dá)到7%的時候，機(jī)制砂C50 混凝土的綜合耐久性最佳，在混凝土制備時可以考慮此條件。

4 結(jié)語

總之，砂的屬性變化會給混凝土的耐久性造成嚴(yán)重的影響。要想顯著的提升混凝土的耐久性，就要科學(xué)合理的挑選砂材料的種類、質(zhì)量和性能，從而使整個的施工質(zhì)量滿足相關(guān)要求。文章則選取混合砂、機(jī)制砂及天然砂，對各自制備的混凝土的耐久性能展開對比分析，希望所提的內(nèi)容可作為同仁的參考，以加深對砂屬性的認(rèn)識。