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摘要：本文以C80机制砂混凝土的配制和性能测试为基础，确定了C80机制砂混凝土配合比的基本参数，同时不仅研究了机制砂的特性对混凝土工作性及强度的影响，还研究了石粉对混凝土工作性、力学性能、变形性能、抗渗性以及流变性能的影响。
关键词：机制砂；C80混凝土；石粉含量
前言
随着我国基础建设的发展和对环境保护的重视，现有的天然砂已不能满足工程需要，使用机制砂已成为今后的发展趋势。机制砂是岩石经开采后除土，用机械进行了粉碎，然后筛分出的粒径小于4.75mm的颗粒。与天然砂相比，机制砂还有级配较差，细度模数偏大，表面粗糙，颗粒尖锐有棱角等特点。因此，有必要对C80机制砂混凝土的配合比设计进行研究，并针对机制砂含有石粉的特点，研究石粉对混凝土性能的影响。
1 原材料
（1）水：城市自来水。
（2）水泥：海螺P•O52.5级水泥，安定性合格，3d和28d抗折、抗压强度分别为5.8MPa、8.6MPa、27.4MPa、57.3MPa。
（3）掺合料：
①粉煤灰：F类Ⅱ级，性能指标符合GB/T1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》要求。
②矿渣粉：S95级，性能满足GB/T18046—2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》要求。
③硅粉：SiO2含量91.8%，比表面积18000m2/kg（BET法）。
（4）河砂：细度模数为2.9，Ⅱ区；舒城产，细度模数为1.8，Ⅲ区；试验中的河砂均按90%：10%（质量比）掺配成细度模数2.7的中砂，Ⅱ区。
（5）机制砂：亚甲蓝值为0.8，细度模数为3.0，Ⅰ区，石粉含量7%（试验中机制砂不同石粉含量是将原机制砂中的石粉筛除配制而成）。
（6）碎石：连续粒级5～20mm，含泥量为0.4%，泥块含量为0，母岩抗压强度为138MPa。
（7）外加剂：聚羧酸高性能减水剂，性能符合JG/T223—2007《聚羧酸高性能减水剂》相应指标要求。
以上原材料均符合JGJ/T281—2012《高强混凝土应用技术规程》中相应技术指标要求。
2 C80机制砂混凝土的技术路线
根据C80河砂混凝土的经验选用基准配合比，利用正交技术优选最优配合比，并与同条件的河砂混凝土对比。考察机制砂和河砂在工作性、抗压强度、抗折强度、劈裂强度、干缩、早强抗裂性、电通量、氯离子渗透性及抗碳化方面的性能。
3 试验结果与分析
3.1 最优配合比选择
本次正交试验选择5%、3%、1%为石粉含量的三水平，其它正交因素及相应水平见表1，用水量为150kg/m3，细骨料为771kg/m3，粗骨料为1023kg/m3，硅粉掺量为胶凝材料量的4%。
注：JC80代表石粉含量5%的C80机制砂混凝土，HC80代表泥粉含量0.7%的C80河砂混凝土。
从表3可以看出，JC80和HC80坍落度和扩展度均满足泵送混凝土施工要求，JC80与HC80相比，28d抗压强度提高了2.38%，28d抗折强度提高了4.93%，28d劈裂抗拉强度提高了4.79%。这主要是由于机制砂多棱角，表面粗糙，与水泥浆的咬合力比较强，同时石粉发挥微细集料的填充作用，使水泥石与骨料界面更密实，强度更高，宏观性能表现出抗压强度、抗折强度及劈裂强度性能比河砂混凝土好。
3.3 耐久性
3.3.1 C80高掺量石粉含量机制砂混凝土早期开裂性能
一般而言，高强混凝土裂缝比普通混凝土多，早期裂缝比中、后期多。大量的早期微裂往往是后期宏观开裂的开始，并对混凝土结构的耐久性甚至安全性产生极为不利的影响。
本试验采用平板法对C80机制砂混凝土和河砂混凝土进行早期开裂试验，考察高强机制砂混凝土早期开裂性能。早期开裂试验结果见表4。
从表4可以看出，C80机制砂混凝土单位面积上的总开裂面积为38mm2/m2，河砂为112mm2/m2，机制砂混凝土比河砂混凝土单位面积上的总开裂面积降低195%，达到了JGJ/T193—2009《混凝土耐久性检验评定标准》中最优评定标准要求。C80机制砂混凝土裂缝条数为6根，比河砂混凝土的3根多，但每条裂缝的平均开裂面积比河砂混凝土降低83%，单位面积上的总开裂面积较低，抗裂性能较好。这可能是由于机制砂中的石粉增加了粉体体积，增大了机制砂高强混凝土开裂的几率，所以裂缝条数较多；但机制砂表面粗糙多棱角，与胶体的黏结性较强，且粉煤灰与适量的石粉起到改善胶结料细度及化学组成的作用，对抑制混凝土收缩起到了很好的促进作用，故C80机制砂混凝土的早期抗裂性能整体比河砂混凝土好。
3.3.2 C80高掺量石粉含量机制砂混凝土渗透性能
钢筋锈蚀是混凝土耐久性破坏的一大途径，而氯离子渗透能力一般高于其他介质，因此，采用氯离子渗透性能评价混凝土的密实情况及其抗介质侵入能力。本文采用快速氯离子迁移系数法（或称RCM法）和电通量法两种不同的氯离子渗透方法来考察C80高石粉含量机制砂混凝土的抗氯离子渗透性能，结果见表5。
从表5可以看出，5%高石粉含量的C80机制砂混凝土28d电通量试验结果比含泥量0.7%的河砂
混凝土电通量小9.9%，84d混凝土抗氯离子渗透系数（RCM法）比河砂混凝土小33.3%，两种高强混凝土电通量和抗氯离子渗透系数（RCM法）均达到了JGJ/T193—2009《混凝土耐久性检验评定标准》中的最高等级Ⅴ级的技术指标要求，表明两种C80高强混凝土的内部均比较密实，有害、连通的孔隙较少，封闭的细小孔隙阻止渗透性极强的氯离子进入的能力较强；另一方面，也说明5%高石粉含量的机制砂高性能混凝土经配合比优化后，其抗渗性能与河砂混凝土相当甚至更好。
3.3.3 C80高石粉含量机制砂混凝土干燥收缩性能
收缩是混凝土凝结硬化过程中自发的、不可避免地产生的体积变形。高强混凝土脆性较大，更易产生裂缝。本次试验以5%石粉含量的C80机制砂混凝土与0.7%含泥量的河砂混凝土做对比，试验结果见图1。
由图1可知，在14d龄期前，C80机制砂混凝土的干缩率大于河砂混凝土的干缩率；14d龄期后，机制砂混凝土的干缩曲线位于河砂混凝土干缩曲线的下方，干缩率比河砂混凝土小。这是因为在水泥水化进程前期，石粉作为掺合料参与反应促进了胶凝物质的生成，增加了化学收缩，因此，混凝土早期收缩较河砂混凝土大；在水化进程后期，石粉起微集料填充作用，在混凝土结构中形成紧密堆积状态，使混凝土结构更加密实，因此，混凝土的收缩比河砂混凝土小。
C80机制砂混凝土早期干缩值大，宜加强前期保湿养护，减少收缩开裂。
3.3.4 抗碳化性能
碳化会引起混凝土的收缩，使混凝土表层产生微细裂缝。当碳化深度超过钢筋保护层时，碱性钝化膜失效，钢筋开始生锈，严重时会导致钢筋混凝土结构破坏。
混凝土越均匀密实，抗碳化能力越强。本次试验中C80机制砂混凝土和河砂混凝土的碳化深度均为0，说明两种混凝土空隙率较低，密实性较好，也表明C80高石粉含量机制砂混凝土抗碳化性能可与C80河砂混凝土相媲美。
4 结论
综上所述，在C80高石粉含量机制砂高性能混凝土试验研究中发现在以下方面C80高石粉含量机制砂混凝土的抗裂指标优于河砂混凝土比如采用正交技术和高性能混凝土理念，优化混凝土原材料，配制出满足要求的C80高石粉含量机制砂；在强度（抗压、抗折、劈裂）方面；耐久性（电通量、抗氯离子渗透、抗碳化性能）方面和干燥收缩方面。
参考文献：
[1]李国庆.聚合物表面接枝改性机制砂及其在混凝土中的应用[D].合肥工业大学2016
[2]林立宽.高性能机制砂水泥混凝土性能的试验研究[D].重庆交通大学2015
论文作者:刘光成
论文发表刊物:《基层建设》2017年第14期
论文发表时间:2017/10/9
标签：混凝土论文; 机制论文; 性能论文; 含量论文; 通量论文; 密实论文; 耐久性论文; 《基层建设》2017年第14期论文;