摘要：随着我国基础建设的快速发展，可利用的天然砂资源越来越少，日益不能满足基建规模的需求，利用广泛分布岩石和矿渣生产机制砂代替天然砂将日益受到重视。抗压强度是混凝土的一项重要力学性能，对机制砂混凝土的推广应用具有重要的决定作用。
关键词：不同砂率；混凝土；抗压强度；
抗压强度是混凝土的一项重要力学性能，为研究机制砂混凝土的抗压强度的变化规律，以选用的机制砂配制C50混凝土，在水泥用量和砂率保持不变的情况下，改变机制砂对天然砂的取代率（0、30%、50%、70%、100%）。
一、概述
国内针对天然砂与机制砂混凝土抗压强度的研究主要有：通过研究得出，在水灰比相同的情况下，机制砂混凝土抗压强度优于河砂混凝土；通过研究认为，机制砂混凝土的抗压强度增长规律与河砂混凝土基本相同；通过对比研究，发现机制砂混凝土与天然中砂混凝土抗压强度发展一致；等对比研究得出，在其他因素基本相同的情况下机制砂混凝土的28d强度略高于天然砂混凝土的28d强度；等用河砂和机制砂分别配制C50混凝土，发现机制砂混凝土的7d、28d比河砂混凝土略低，但相差很小；通过对50%、60%、70%替代率的机制砂混凝土抗压强度的比较研究发现，机制砂混凝土强度增长较快，机制砂对细砂的替代率为50%时，混凝土的性能良好且28d强度最高；通过对50%、60%、70%、80%的替代率的机制砂混凝土抗压强度的比较研究发现，机制砂对细砂的替代率为60%时，混凝土的性能优越且强度最高。
二、试验方案
1.原材料。试验水泥选用太行山牌P.O 42.5水泥；细骨料选当地河砂；粗骨料选用连续级配的5～15mm粒径的碎石；聚羧酸高效减水剂的掺量为胶凝材料总量的0.2%。2.试验混凝土配合比设计。试验选定水胶比为0.42，水泥用量为373kg/m3，粉煤灰用量为93kg/m3，聚羧酸高效减水剂掺量为胶凝材料总重量的0.2%，分别选用砂率为15%、25%、35%、45%、55%。3.试验过程及结果。本试验采用高低温湿度干缩养护箱对混凝土试块进行高温养护（养护温度分别为65℃、75℃、85℃）来模拟高地温隧洞中不同洞段的高温环境，通过工作人员现场检测记录，洞内湿度为35%～55%，本次试验设定养护湿度为50%。由于混凝土试块是在高温下进行养护的，实验室温度与高温箱中的温度差距较大，所以不能直接从高温箱中取出试块，而应该逐级变换温度。每次温差不能超过20℃，否则会因为混凝土试块的急速降温影响到混凝土的各力学性能，使测得的试验结果不准确。试块分别养护到7d、28d时，进行抗压强度、劈裂抗拉强度及弹性模量的测定，每组测定3个试块，取3个测量值的算术平均值作为该组试块的强度值。
三、不同养护温度下，砂率对混凝土各力学性能的影响
1.不同养护温度下，砂率对混凝土抗压强度的影响将表1中养护龄期为7d、28d的抗压强度数据绘制成曲线图（图1）。
表1混凝土试块各力学试验结果
本试验选用水胶比为0.42。由表1可知，养护温度为65℃，选用砂率为15%、25%、35%、45%、55%条件下，养护龄期为7d时，混凝土的抗压强度分别为30.05、31.07、31.29、30.32和28.57MPa，砂率每增加10%，混凝土的抗压强度分别增加+3.4%、+0.7%、－3.1%、－5.6%；养护龄期为28d时，混凝土的抗压强度分别为34.95、35.85、36.09、35.31和33.40MPa，砂率每增加10%，混凝土的抗压强度分别增加+2.6%、+0.7%、－2.2%、－5.4%。
图1不同砂率及养护温度下混凝土的抗压强度
随砂率的增大混凝土的抗压强度先增大后减小，通过计算得出：养护龄期为7d的混凝土抗压强度随砂率的变化程度基本高于养护龄期为28d的。养护温度为75℃和85℃的混凝土抗压强度也表现出类似的变化特征。相同的砂率，养护温度越高混凝土的抗压强度越低，如养护龄期为7d、砂率为35%的情况下，抗压强度分别为31.29（65℃）、30.81（75℃）和29.75MPa（85℃）。对于混凝土的早期强度发展，随砂率的增大不同养护温度之间的抗压强度差值也逐渐变小，即砂率较大时不同养护温度对混凝土的抗压强度影响较小；而对于混凝土的后期强度发展，不同养护温度之间的抗压强度差值基本保持不变。
2.不同养护温度下，砂率对混凝土劈裂抗拉强度的影响将表1中养护龄期为7d、28d的混凝土劈裂养护温度为75℃时，依然对砂率为15%、25%、35%、45%、55%来进行分析。养护龄期为7d时，混凝土的抗拉强度分别为0.86、1.33、1.56、1.48和1.13MPa，砂率每增加10%，混凝土的抗拉强度分别增加+54.7%、+17.3%、－5.1%、－23.6%；养护龄期为28d时，混凝土的抗拉强度为1.52、2.14、2.40、2.28和1.77MPa，砂率每增加10%，混凝土的抗拉强度分别增加+40.8%、+12.1%、－5%、－22.5%。同样混凝土的抗拉强度随砂率的增大先增大后减小，且养护龄期为7d的混凝土抗压强度随砂率的变化程度基本高于养护龄期为28d的，其他两种养护温度下也表现出相同的变化规律。相同的砂率，养护温度越高混凝土的抗拉强度越低，如养护龄期为28d，砂率为45%时，抗拉强度分别为2.39（65℃）、2.28（75℃）和2.05MPa（85℃），这与混凝土的抗压强度所表现出来的规律相同，对于混凝土的早期强度发展，当砂率范围在15%～25%之间时，养护温度对混凝土的抗拉强度影响较小，砂率在45%～55%之间时，养护温度对混凝土的抗拉强度影响较大。
3.不同养护温度下，砂率对混凝土的弹性模量的影响。养护温度为85℃时，同样对砂率为15%、25%、35%、45%、55%的混凝土试块进行分析。养护龄期为7d时，混凝土的弹性模量分别为15.92、16.28、16.46、16.49和16.28GPa，砂率每增加10%，混凝土的弹性模量分别增加+2.3%、+1.1%、+0.2%、－1.3%；养护龄期为28d，混凝土的弹性模量为23.06、24.07、24.20、23.46和21.83GPa，砂率每增加10%，混凝土的弹性模量分别增加+4.4%、+0.5%、－3.1%、－6.9%。同样随砂率的增大混凝土的弹性模量先增大后减小，且养护龄期为7d的混凝土弹性模量随砂率的变化程度基本低于28d养护龄期的，这与混凝土的抗压强度及抗拉强度的变化规律正好相反。对于混凝土的早期养护中，砂率对混凝土弹性模量的影响较小，而对于混凝土的后期养护中，砂率对混凝土弹性模量的影响较大。在相同的砂率情况下，养护温度越高混凝土的弹性模量越小，如养护温度为28d，砂率为25%时，弹性模量分别为25.39（65℃）、24.73（75℃）和24.07GPa（85℃），这与混凝土抗拉强度随养护温度的变化规律相似。出现上述情况表明，混凝土配合比中砂率较小时，砂浆不足以填充骨料之间的空隙，导致形成较多的空隙，骨料与骨料之间的黏结强度不高。当受到荷载作用时，极易产生裂缝并迅速连通混凝土中的空隙，大大降低混凝土的强度。砂率小也将使混凝土的保水性降低，在浇筑混凝土试块时泌水流浆，导致混凝土中实际参加到水化反应中的水和水泥较少，生成的胶凝材料也将相应的较少；砂率过高，一方面相对于砂的用量增多，其将会导致总表面积增大，在水泥用量不变的情况下，包裹在骨料表面的砂浆厚度将会变薄导致黏结强度降低，另一方面细骨料用量增多导致拌合混凝土时引入的空气增多，混凝土试块内部将会出现较多空隙，同样导致混凝土的强度降低。由于是高温养护，高温有利于水化反应，在较短的时间内生成较多的胶凝材料，但是随温度的升高，混凝土试块中的水分将会蒸发，减少了水化反应中的水分，阻碍了水化反应的继续进行，所以高温环境对混凝土的抗压强度、抗拉强度及弹性模量有一定的不利影响。
总之，对于混凝土的早期抗压强度和劈裂抗拉强度，随砂率的增大其变化程度较大即受砂率的影响较大，而砂率对混凝土后期抗压强度及劈裂抗拉强度的发展影响较小；砂率对混凝土弹性模量恰恰表现出相反的影响规律。
参考文献：
[1]李伟．浅谈不同砂率的混凝土抗压强度试验研究．2018.
[2]李晶晶．机制砂申石粉对不同强度等级混凝土性能的影响.2018.
论文作者:黄会明
论文发表刊物:《基层建设》2019年第26期
论文发表时间:2019/12/17
标签：混凝土论文; 抗压强度论文; 抗拉强度论文; 弹性模量论文; 温度论文; 机制论文; 期为论文; 《基层建设》2019年第26期论文;