凝灰巖機制砂混凝土性能及開裂風險評估

王旭昊,王亞坤,余海洋,李 程,高新民,李 林

(1.長安大學 公路學院,西安 710064;2.公路建設與養護技術材料及裝備交通運輸行業研發中心(甘肅省公路交通建設集團有限公司),蘭州 730030;3.甘肅路橋第三公路工程有限責任公司,蘭州 730050)

砂作為混凝土的細骨料,可占到混凝土體積的20%～40%。近些年來,由于天然砂資源的逐漸枯竭,導致天然砂供不應求,價格不斷上漲,同時品質也不斷下降,含泥量普遍呈上升趨勢,超過國家標準要求[1-2]。機制砂是以巖石、尾礦等為原材料,由制砂機逐級粉碎再進行水洗或者風選而來。機制砂表面粗糙,棱角性大,在制造過程中必然會產生石粉。石粉在國家標準《建設用砂》(GB/T 14684—2011)[3]中明確被定義為機制砂中粒徑小于0.075 mm的顆粒,且石粉及級配等都對機制砂混凝土的早期性能有著顯著影響[4-6]。

文獻[7]提出用粉料質量指數PQI(powder quality index)來劃分機制砂等級綜合技術指標,這一新概念突破了現行國標機制砂石粉含量(質量分數)不能高于10%的限制。對于強度等級為C30和C40的混凝土,在保持其他因素不變的情況下,石粉含量(質量分數)低于10%時,混凝土的坍落度與拓展度都會隨著石粉含量的增加而增加。而當石粉含量(質量分數)超過10%時,其坍落度與拓展度又會隨著石粉含量的增高而降低[8]。石粉的加入有正反兩個方面的作用,一方面石粉的摻入可以與膠凝材料相互填充,填補了顆粒間的空隙,加大了水泥漿體中自由水的含量,促使混凝土的流動性能增強[9]。另一方面,石粉的比表面積較大,石粉含量的增大使得需水量急劇增加,從而流動性降低。隨著石粉含量的增加,混凝土拌合物的黏聚性逐步改善,坍落度有所提高,離析泌水現象得到顯著的改善[10]。對于機制砂的級配不良的特點,除了可以在機制砂內混摻天然砂外,還可以提高砂率和合理利用機制砂中的石粉來改善機制砂混凝土的工作性[11]。一般來說,當機制砂的細度模數控制在2.8～3.2之間時,混凝土的工作性較好。

對用機制砂與天然砂拌制的混凝土進行力學性能測試,完全使用機制砂的混凝土的抗壓強度增幅最大,機制砂與天然砂質量比為1∶1混摻的混凝土次之,而完全使用天然砂的混凝土抗壓強度最小[12]。上述研究成果表明機制砂完全可以取代天然砂,但試驗中使用的機制砂與天然砂的級配相近,實際工程中較難做到。

目前,石粉含量對機制砂混凝土性能影響的研究仍不完善,而且大部分研究都局限于石灰巖、花崗巖等機制砂,對凝灰巖機制砂混凝土的系統研究較少。本文在配制C45機制砂混凝土的基礎上,研究凝灰巖石粉含量(質量分數)和天然砂摻配比例(質量比例)對其工作性能、力學性能、耐久性能、變形性能等方面的影響,對凝灰巖機制砂混凝土早期性能有了進一步的認識,提高了機制砂混凝土在基礎設施建設上的應用水平。

1 試 驗

1.1 原材料

采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥,采用C類粉煤灰,采用最小篩孔尺寸為0.075 mm的一套標準篩對凝灰巖機制砂進行逐級篩分從而得到凝灰巖石粉,3種細粉的化學成分見表1。使用Beckman Coulter N5型超細粒度分析儀測得以上3種細粉的粒度分布,如圖1所示。粗集料采用凝灰巖礦山破碎碎石,按粒徑大小可分為4.75～9.5 mm、9.5～16 mm、16～19 mm、19～31.5 mm四檔料,摻配質量比例為2∶2.5∶2.5∶3。細集料包括天然河砂(natural sand)和機制砂(manufactured sand)兩種,后續分別簡稱為NS和MS,其中機制砂為凝灰巖機制砂,兩種細集料的技術指標及級配分別見表2,天然砂細度模數為2.75,機制砂細度模數為2.93,級配曲線如圖2所示。化學外加劑采用高性能聚羧酸減水劑,拌和用水采用自來水。

圖1 3種細粉的累計通過率

圖2 細集料級配曲線

表1 水泥、粉煤灰及凝灰巖石粉化學成分的質量分數

表2 細集料技術指標

1.2 試驗配合比

試驗采用的凝灰巖機制砂初始石粉含量(質量分數)約為5%,將篩取獲得的凝灰巖石粉等質量取代凝灰巖機制砂,從而制備不同石粉含量的機制砂,進而研究機制砂摻配比例和石粉含量對凝灰巖機制砂混凝土的影響,并確定了試驗配合比,如表3所示。混凝土影響因素中MS-100%、MS-70%、MS-35%,分別表示機制砂質量比例為100%、70%、35%;FC-7%、FC-10%分別表示石粉含量(質量分數)為7%、10%;NS為天然砂混凝土。(注:MS-100%即等同于FC-5%)。

表3 水泥混凝土配合比

1.3 試驗方法

按照《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》(JTG 3420—2020)[13]中規定的坍落度法測試混凝土拌合物的工作性。

混凝土抗壓強度參照《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》(JTG 3420—2020),采用的試件為標準尺寸,即長寬高均為150 mm的立方體試塊,一組3個試件。測試齡期包括7 d和28 d。

混凝土抗滲性能試驗方法參照美國ASSHTO TP119規定進行,試件尺寸為直徑150 mm、高度300 mm的標準圓柱體試件,測試齡期為28 d(標準養護條件下)。所用儀器為瑞士生產的Proceq Resipod混凝土電阻率測試儀,該儀器以Wenner四電極檢測電阻率原理為基礎,測試時試件處于飽和面干狀態,Wenner電極接觸圓柱體試件表面指定位置,可快速獲取電阻率數據。試驗儀器和測試過程如圖3所示。

圖3 電阻率測試儀及測試過程

混凝土抗硫酸鹽侵蝕試驗參照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》(GB/T 50082—2009)[14]進行,采用試驗設備為NELD-VS830型混凝土硫酸鹽干濕循環試驗機,采用的試件為標準尺寸,即長寬高均為100 mm的立方體試塊,一組3個試件,分別測試在質量分數為5%的硫酸鈉溶液浸泡30 d和60 d后的抗壓強度,再與同齡期標準養護的試件抗壓強度進行對比分析。

混凝土的收縮變形試驗參照《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》(JTG 3420—2020)進行,采用的試件為標準尺寸,即長×寬×高為100 mm×100 mm×515 mm的棱柱體試塊,一組3個試件。為了拆模方便及試驗更精確,試驗模具采用鋼模,兩端預埋測頭,待混凝土成型1 d后拆模,等試件在標準養護室養護2 d后,再移入與鋼環約束試驗相同的環境之中,目的是與該試驗進行對比和聯系,測其1、3、7、14、28、60、90 d的長度,并計算干縮率。

鋼環約束試驗被證明可有效地用于評估混凝土的早期開裂潛力。在本研究中,根據ASTM C1581(2008b)的規定,通過約束環試驗確定了收縮誘發開裂的可能性。澆筑混凝土后立即接上數據采集器,并且24 h內蓋上濕抹布進行濕養護,之后拆掉外環,再在混凝土環的上表面涂上石蠟密封,保證其只能從外周表面進行干燥。數據采集儀按照需要設置為每隔10 min記錄一次應變,直到被測混凝土圓環開裂或達到28 d齡期。試驗模具中鋼環直徑為330 mm,鋼環厚度為12.5 mm,外環的直徑為406 mm,高度為150 mm,試驗環境要求是溫度(23 ℃±2 ℃),相對濕度(50%±4%),試驗模具和測試過程如圖4、5所示。

圖4 ASTM 1581中模具示意圖

圖5 鋼環約束試驗過程

2 混凝土性能分析

2.1 混凝土工作性能

機制砂摻配比例和石粉含量對混凝土工作性能包括黏聚性、保水性及流動性的影響見表4,對坍落度的影響如圖6所示。隨著機制砂質量的提高,坍落度逐漸減小,這主要因為機制砂顆粒形狀不規則,比表面積較天然砂大,所需的水泥漿體也更多,這就間接導致包裹粗骨料的漿體含量不足,從而在整體上表現為坍落度下降,工作性降低。并且機制砂和天然砂混摻,機制砂顆粒表面粗糙且多棱角,與表面光滑、顆粒圓潤的河砂相比,水泥漿體的內摩阻力更大,降低了漿體對粗骨料的潤滑作用。將天然砂和機制砂混摻,可以有效彌補機制砂多棱角顆粒形狀對工作性帶來的不利影響,使其更加符合使用要求。

圖6 機制砂摻配比例與石粉含量對混凝土坍落度的影響

表4 機制砂摻配比例與石粉含量對混凝土工作性能的影響

同時對比圖6中MS-100%與FC組可發現,石粉含量的提高,同樣會導致機制砂混凝土的坍落度逐漸減小。導致這一現象的原因可能是石粉的比表面積遠大于機制砂,而過量的石粉會提高材料的總比表面積,加大了漿體的需水量;同時在混凝土用水量不變的情況下,會導致新拌混凝土的坍落度降低,致使混凝土泵送性能及工作性能變差。

2.2 混凝土力學性能

2.2.1 抗壓強度

機制砂摻配比例和石粉含量對混凝土抗壓強度的影響如圖7所示。當機制砂質量摻配比例從100%減小到0時,7 d抗壓強度減少了14.9%,28 d抗壓強度減少了10.1%。隨著機制砂摻配比例的減小,混凝土7、28 d抗壓強度逐漸降低。凝灰巖機制砂顆粒形狀不規則,棱角性大,從而顆粒之間的咬合力更大,并且外貌特征較天然河砂更粗糙,與水泥漿體有著更好的膠結能力。這也從實際試驗結果中證明了用機制砂所配制的混凝土比天然砂混凝土強度更高。

石粉對機制砂混凝土強度的影響有利有弊。益處在于石粉的填充作用[15-16]改善了集料與水泥漿體的界面過渡區,晶核作用[17-18]促進硅酸三鈣和鋁酸三鈣早期水化,有效提高了強度;而弊端在于隨著石粉的過量增加,破壞了骨料的最緊密堆積[19],使得混凝土強度降低。由圖7可知,石粉含量(質量分數)從5%增加到7%,甚至到10%的過程中,強度呈現減弱趨勢。其對機制砂混凝土的7、28 d立方體抗壓強度變化影響規律基本一致。且當石粉含量(質量分數)不大于7%時,機制砂混凝土各個齡期抗壓強度均大于天然砂混凝土。這是由于與天然砂相比,機制砂棱角性大、表面粗糙,機制砂集料間的咬合作用以及水泥與細集料間黏結強度更大,而且由表2可知,機制砂的壓碎指標低于天然砂,因而當石粉適量時,機制砂混凝土抗壓強度更大。

2.2.2 劈裂抗拉強度

機制砂摻配比例和石粉含量對混凝土劈裂抗拉強度的影響如圖8所示。隨著機制砂質量的增多,機制砂混凝土的劈裂抗拉強度也在增大。這是因為適量凝灰巖石粉能夠完善機制砂混凝土中的集料級配,促使水泥漿體含量的增加,從而提高了混凝土的保水性;混凝土中原有的自由水含量得以下降,粗集料表面的泌水概率也會隨之降低。文獻[20]采用掃描電鏡觀察機制砂混凝土的界面過渡區(ITZ),發現NS的ITZ有更多的孔洞,為氫氧化鈣(CH)和鈣礬石(AFm和AFt)的生長提供了空間。而MS含有的石粉起到了填料的作用,MS的ITZ密度明顯大于NS的ITZ密度,石粉改善了ITZ,導致混凝土的劈裂抗拉強度有所提高。

圖8 機制砂摻配比例與石粉含量對混凝土劈拉強度的影響

凝灰巖機制砂混凝土劈裂抗拉強度在前期先提高后降低,在石粉含量(質量分數)為5%時達到峰值,而上述討論中機制砂混凝土抗壓強度的峰值也在石粉含量(質量分數)為5%時出現,說明石粉對劈裂抗拉強度的影響作用與對抗壓強度的影響作用類似。這是因為水泥石與集料間的黏結強度對劈裂抗拉強度影響較大,雖然石粉含量的增加改變了混凝土的集粉比,破壞了混凝土的結構,但石粉改善了ITZ,由石粉含量的增加引起的黏結強度的提高仍大于強度負效應,因而劈裂抗拉強度不斷提高。然而過多的石粉將導致機制砂混凝土微觀結構變差,對力學性能產生衰弱作用,混凝土結構遭到嚴重破壞,劈裂抗拉強度下降。

2.3 混凝土耐久性能

2.3.1 抗滲性能

混凝土的電阻率反應了混凝土單位長度阻礙電流通過的能力,可用于表征混凝土的結構與性能。混凝土表觀電阻率與快速氯離子滲透試驗結果有很好的相關性[21-22]。AASHTO TP119規定的氯離子滲透能力評價標準,電阻率小于95 Ω·m時,氯離子滲透等級為高;電阻率為85～165 Ω·m時,氯離子滲透等級為中等;電阻率為165～290 Ω·m時,氯離子滲透等級為低;電阻率為290～1 990 Ω·m時,氯離子滲透等級為非常低;電阻率大于1 990 Ω·m時,氯離子滲透等級可忽略不計。將28 d所測得的電阻率數據與AASHTO TP119規定的氯離子滲透能力評價標準中的指標相對比,評價混凝土的抗氯離子滲透性能。

機制砂摻配比例和石粉含量對混凝土電阻率的影響如圖9所示。其28 d電阻率隨著石粉含量的增加逐漸降低,石粉含量(質量分數)為5%的混凝土氯離子滲透等級為“非常低”,其他石粉含量的機制砂混凝土氯離子滲透能力等級均為“低”,說明隨著石粉含量的增加,機制砂混凝土的抗氯離子滲透性能逐漸減小。這表明適量石粉可填充水泥與漿體之間的空隙,提高結構密實度,而過量石粉導致混凝土體系粉體過多,級配變差,進而密實度降低。由圖9中28 d電阻率數據可知,石粉含量(質量分數)不大于10%時,機制砂混凝土的抗氯離子滲透性能大于天然砂混凝土,這是因為適量的石粉含量填充了體系孔隙,提高了機制砂混凝土的密實度。

圖9 機制砂摻配比例與石粉含量對28 d混凝土電阻率的影響

隨著機制砂摻配比例的減小,電阻率在逐漸減小,這表明石粉含量的減少導致混凝土的密實度降低。不過總體來說,混合砂混凝土的密實度幾乎都大于純天然砂混凝土。MS-70%有較大的電阻率,說明這個摻配比例具有更好的優勢。

2.3.2 抗硫酸鹽侵蝕性能

機制砂混凝土抗硫酸鹽侵蝕的評價指標為抗壓強度耐蝕系數Kf和質量損失率M,計算公式如式(1)和式(2)所示。設計抗硫酸鹽等級為KS60,即檢查強度所需干濕循環次數分別為30和60。

抗壓強度耐蝕系數為

(1)

式中:Kf為混凝土抗壓強度耐蝕系數;fcn為某侵蝕齡期混凝土的抗壓強度(侵蝕浸泡30 d和60 d);fc0為一組同齡期標準養護對比試件的抗壓強度。

質量損失率為

(2)

式中:M為混凝土質量損失率;mT為某侵蝕齡期混凝土的質量(侵蝕浸泡30 d和60 d);m0為侵蝕前混凝土的質量。

機制砂摻配比例和石粉含量對混凝土抗壓強度耐蝕系數的影響如圖10所示。從圖中可明顯看出除了NS這一配比外,其余抗壓強度耐蝕系數均大于75%,表明皆具有良好的抗硫酸鹽侵蝕性能,滿足KS60抗硫酸鹽等級設計要求。當混凝土浸泡30 d時,隨著機制砂質量的減少,抗壓強度耐蝕系數升高,抗硫酸鹽侵蝕性能越好;而當侵蝕齡期為60 d時,耐蝕系數卻隨著機制砂質量的減少而降低,這是因為機制砂中自帶的石粉在后期可有效填充混凝土的內部孔隙,使其密實度更高,強度自然損失也慢。圖中可以明顯地看出,MS-35%隨著齡期的增長強度損失最大,達到了19.63%,這表明在侵蝕后期,石粉的有利作用更凸顯,對混凝土后期的抗硫酸鹽侵蝕性能很重要。而當天然砂與機制砂質量比例為3∶7時,齡期的增大也很難使耐蝕系數下降,在整個侵蝕過程中表現得很穩定。總體來看,全機制砂混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能大于全天然砂混凝土。從整個侵蝕過程來看,混凝土整體表現為隨著石粉含量的增加,抗壓耐蝕系數在減小,且60 d與30 d之間抗壓耐蝕系數的差值都很接近,FC-5%、FC-7%、FC-10%的差值分別為8.82%、3.2%、4.01%,這是因為侵入混凝土內部孔隙的硫酸鹽能與水泥水化產物中的Ca(OH)2作用生成硫酸鈣(CaSO4·2H2O),CaSO4·2H2O可再與水泥水化產物中的水化鋁酸鈣(4CaO·Al2O3·12H2O)反應生成高硫型水化硫鋁酸鈣(3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O),俗稱鈣礬石(AFt)。這種反應所生成的鈣礬石是一種針狀晶體,觀察其化學式(3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O)可發現其結合了大量的結晶水,并且這種晶體結構難溶于水,體積卻是水化鋁酸鈣的2.5倍左右,由于晶體是在原有的水化鋁酸鈣表面生成,所以這部分區域體積明顯增大,導致試塊膨脹開裂[23],抗壓強度隨之降低。試驗結果表明凝灰巖石粉能在一定程度上促進Ca(OH)2的早期結晶。

圖10 機制砂摻配比例與石粉含量對混凝土抗壓強度耐蝕系數的影響

圖11 機制砂摻配比例與石粉含量對混凝土質量損失率的影響

3 開裂風險評估

3.1 干縮性能

機制砂摻配比例和石粉含量對混凝土干縮性的影響如圖12所示。從圖中可看出早期的干縮率差距并不大,MS-100%的混凝土的早期收縮值比MS-70%和MS-35%的值要大,這說明摻加天然砂能一定程度上減少機制砂混凝土的收縮。當石粉含量(質量分數)小于7%時,隨著石粉含量的增加,混凝土的干縮值逐漸增大。而當凝灰巖石粉含量(質量分數)大于7%時,石粉的增多反而會促使收縮值緩慢減小。這是因為早期收縮值中也有一部分來自于自收縮。從上一小節可知凝灰巖石粉能在一定程度上促進水泥的早期水化,因而有更多的水化硅酸鈣及水化鋁酸鈣的產生,同時石粉也可與水化產物中的Ca(OH)2以及4CaO·Al2O3·12H2O發生化學反應,生成碳鋁酸鈣晶體,促使收縮變形進一步增大[25]。該效應在石粉含量(質量分數)小于7%和早齡期的時候比較強勢,石粉含量越高,該效應越明顯;隨后,隨著凝灰巖石粉含量的增多,齡期的增加,機制砂混凝土干縮變形開始出現緩慢的下降趨勢,這主要是由于水泥漿體中的空隙被較多的石粉有效填充,對機制砂混凝土的收縮變形產生了限制。

3.2 開裂風險量化

鋼環約束試驗被認為是現有試驗方法中少有的可實現開裂風險量化的試驗測試方法[21,26-28],目前針對測試方法本身已取得了不錯的研究進展[22,29-31]。此種試驗方法可用于對水泥、摻合料、外加劑等原材料進行優選,以及對混凝土抗裂性能進行評價。

3.2.1 ASTM 1581分析處理方法

美國ASTM 1581規定的開裂潛力評價標準如表5所示,記錄時間對應的應變和初始應變的差值與這個記錄時間大致上是一個函數關系,可以擬合出一條直線,然后再按照式(3)和式(4)進行計算,結合表5可進行潛在開裂風險的評價。

表5 鋼環約束試驗評價標準

(3)

式中:εnet為記錄時間鋼環中的應變與初始應變的差值;a為應變速率因子,是擬合直線的斜率;t為記錄的時間,d;k為回歸常數。

(4)

式中:q為每個試件的平均應力速率,MPa/d;G為2.2 GPa;|αavg|為每個試件的平均應變速率因子的絕對值;tcr為開裂時經過的時間,d。

經過數據采集器28 d的不間斷采集,最終收集并整理得到內鋼環應變隨著時間的變化趨勢,如圖13所示。由圖13可知除了環MS-35%和環MS-70%沒裂之外,其余全部在28 d之內均發生開裂,開裂天數不一。最終整理計算得到的結果見表6。

圖13 內鋼環應變隨齡期變化趨勢

表6 管式開裂數據計算表

應力速率隨著石粉含量的增加而逐漸增大,MS、MS-7%和MS-10%的應力速率分別為0.19 MPa/d、0.26 MPa/d和0.29 MPa/d,表明石粉含量的增多對機制砂混凝土的抗裂性能危害極大。這是因為凝灰巖石粉量的增多,會有效提升機制砂混凝土中的漿體含量,促進了混凝土的收縮,這是負效應;而另一方面,凝灰巖石粉隨著含量的增加,在混凝土中的微集料填充作用愈發顯著,從而會有更好的抗裂性能,這是正效應。很顯然,從試驗結果看出負效應隨著石粉含量的增加遠遠的大于正效應。當機制砂和天然砂混合拌制混凝土時,即兩個圓環在28 d之內都沒有發生開裂,且應變速率均較小,可以看出機制砂與天然砂在相互彌補自己的級配缺陷,且石粉的正效應作用更加明顯。

相同條件下的天然砂混凝土比機制砂混凝土更容易開裂,其應力速率達到最大值0.40 MPa/d,主要原因在于機制砂顆粒相比河砂粒形更尖銳,與水泥石具有更大的黏結力。且機制砂中的凝灰巖石粉起到一定的填充作用,能夠有效提高混凝土的致密性,使得其早期抗裂效果更好。

3.2.2 應力開裂系數θCR

圓環試件在平面上處于軸對稱,故內部應力的變化與角度無關,只與半徑的大小有關。Weiss等[32]提出了用內鋼環的應變值來定量計算混凝土的環向拉應力值,Wang等[33]在混凝土劈裂抗拉強度的基礎上對此方法進行了改進。通過觀測鋼環內側的應變值,應用式(5)即可計算得出混凝土圓環的環向最大拉應力值。

(5)

式中:σmax(t)為時刻t內鋼環收縮壓應變;εsteel(t)為時刻t內應變差值;Es為內鋼環彈性模量,約為200 GPa;RIC為混凝土圓環內徑,mm;ROC為混凝土圓環外徑,mm;RIS為鋼環內徑,mm;v為混凝土泊松比,取0.2。

開裂潛力還可以用應力開裂系數θCR來表征,即機制砂混凝土環的環向最大拉應力σmax(t)與同齡期混凝土劈裂抗拉強度fts(t)的比值,如式(6)所示,以此對機制砂混凝土抗裂性能進行評價。應力開裂系數θCR越大,即數值越接近1,機制砂混凝土就越有開裂的可能性。

(6)

對劈拉強度的預測是根據圖8中1、7、28 d的數據進行線性分析,運用的線性方程樣式為fts(t)=Alnt+B,其中t為經歷的時間(單位為d),A、B為求得的常數,運用此式可大致得到混凝土劈拉強度隨齡期t增長而連續變化的數值。

將求得的機制砂混凝土圓環的環向最大拉應力σmax(t)和劈拉強度fts(t)代入式(6),得到不同影響因素下的混凝土圓環應力開裂系數θCR,如圖14所示。

從圖14中可以看出,全天然砂的應力開裂系數在前期最大,表明它在前期的開裂可能性也就最大,結合表6和試驗的實際情況,也可以得到論證。且MS-35%的混凝土圓環隨著齡期的增長,其應力開裂系數一直居高不下,且在28 d之內還沒有發生開裂,可能是這種情況下的混凝土抗拉強度比較大,一直維持著環向最大拉應力小于抗拉強度的狀態,當然這也與混凝土成型時裝料的均勻度等有關。石粉含量的影響都是隨著石粉的增多,應力開裂系數在增長,混凝土開裂的可能性就會更大,這也與表6中的各項應力速率相匹配。總的來說,全天然砂混凝土在早期的開裂潛力最大,應當適量摻加機制砂改善混凝土的開裂狀況。

4 結 論

從工作性能、力學性能、抗滲性能及抗硫酸鹽侵蝕耐久性能對凝灰巖機制砂混凝土進行了系統研究,采用鋼環約束試驗,以平均應力速率和應力開裂系數為評價指標,同時對比同環境下的干縮率,提出了石粉含量和細集料摻配類型對凝灰巖機制砂混凝土抗裂性能的影響。具體得出如下結論:

1)石粉具有填充作用,可以改變混凝土的結構;石粉具有晶核作用,可以促進Ca(OH)2早期結晶。適量的石粉能夠提高結構密實度,提高混凝土強度和抗滲性能,限制收縮變形;過量的石粉改變了集粉比,破壞了混凝土的結構,過多的漿體含量引發收縮變形的增大。

2)對于全機制砂混凝土,石粉含量(質量分數)在5%時其工作性和強度最佳,隨著石粉含量的增加,抗硫酸鹽侵蝕性能、抗滲性能逐漸降低,且干縮和開裂的可能性增大,應當嚴格控制凝灰巖石粉含量的限值(質量分數不宜大于7%)。

3)全機制砂混凝土雖然在工作性方面不如全天然砂混凝土,但在強度、抗滲性能、抗硫酸鹽侵蝕性能和抗裂性能上均更優異,這也說明了用凝灰巖機制砂去取代天然砂能取得更好的效益。

4)為了降低凝灰巖機制砂混凝土的開裂風險,應當摻入30%(質量分數)的天然砂與凝灰巖機制砂混合使用,此時凝灰巖機制砂混凝土綜合性能最好。