机制砂高强混凝土性能试验研究

罗文斌，胡新旗

(湖南路桥建设集团公司)

1 引言

厦蓉线湖南段汝城到郴州高速公路，位于山岭重丘区，地形复杂、桥涵隧众多桥隧比为47.2%，周边有炎汝、郴宁等高速公路同时在建，造成河砂资源相当紧缺，特别是高标号混凝土用砂，需从韶关、嚎头等地运送，且优质中粗砂量少，质量难以控制、运输距离远、施工成本大幅度提高，且严重影响工程质量与进度，为解决高强混凝土用砂难的问题。施工时利用当地丰富的石灰岩来生产机制砂来代替河砂。并利用机制砂掺加粉煤灰和高效减水剂来配制高强混凝土，并将这一成果在汝郴高速公路15标桥梁的空心板、预制T梁中使用，取得了良好的经济效益和社会效益。

机制砂与河砂相比，其颗粒有棱角、形状不规则，级配较差，中间颗粒(1.18～0.15mm之间)较少，含有一定量的石粉，颗粒间相互咬合，造成流动阻力大，在拌制混凝土时需较多的水和胶凝材料，且易产生离析、泌水，造成混凝土和易性不好，进而对混凝土总体强度产生不利影响。但机制砂颗粒的界面粘结好，配制的混凝土强度较高。为了充分发挥它拌制混凝土的优越性，消除机制砂对混凝土造成的不利影响，在采用高效减水剂的基础上，掺加Ⅱ级粉煤灰对其拌制的混凝土和易性进行改善，并进行了试验研究。

2 机制砂高强混凝土室内试验情况

2.1 试验用原材料

2.1.1 水泥

选取湖南南方“金磊”牌P.O.42.5级普通硅酸盐水泥和广东英德“海螺”牌P.O.52.5普通硅酸盐水泥。其性能指标分别见表1和表2。

2.1.2 骨料

(1)粗骨料

选取汝城县文明乡坪上碎石厂(石灰岩破碎)生产的5～25mm(掺配后)连续级配碎石，其性能指标见表3。

(2)细骨料

选取汝城县文明乡广信机制砂厂采用(吸尘法)生产的机制砂，其性能指标见表4。

(3)粉煤灰

粉煤灰选取湖南华润电力鲤鱼江电厂A厂，Ⅱ级粉煤灰，性能指标见表5。

(4)高效减水剂

选取湖南先锋建材有限公司生产的XF型聚羧酸。

表1 “金磊”P.O.42.5级水泥的物理力学性能

表2 “海螺”P.O.52.5级水泥的物理力学性能

表3 粗集料碎石试验结果

表4 细集料机制砂试验结果

表5 粉煤灰性能指标

2.2 试验方法

新拌混凝土的和易性通过混凝土坍落度来评价，其检验方法按《公路工程水泥试验规程》JTGE42-2005进行。

混凝土抗压强度试验按《公路工程水泥试验规程》JTGE42-2005规定的方法进行。进行抗压强度试验时，试块尺寸为150mm×150mm×150mm，每组3块，7d和28d强度各制件4组。

2.3 试验结果及分析

结合工程的设计要求，试验分别配置了标号为C50、C55机制砂混凝土，其配比及试验结果见表6。

表6 试验原材料用量及试验结果

从表6配合比1、2中可得知，用42.5级普通硅酸盐水泥添加粉煤灰和减水剂为原材料配制的机制砂混凝土具有很好的工作性能及很高的强度。从表6配合比1、3、4中可得知，粉煤灰在机制砂高标号混凝土中能改善混凝土的和易性，取代一定量的水泥，减小水化热，减少混凝土的收缩和开裂趋势。从配合比5、6来看，配比5机制砂含粉量为10.3%，配比6机制砂含粉量为5.3%，其余材料及用量均相同。配比5各方面的检测结果均满足要求，而配比6在加大1%砂率情况下，其混凝土拌和物粘聚性、保水性极差，混凝土泌水，相比配比5，坍落度降低了2cm，28d强度也降低了2.5MPa。从而可得知机制砂在高标号混凝土中，其石粉含量对混凝土的工作性及强度有着很大的影响。

2.4 室内性能试验验证情况

为了对试验中配方进行验证，分别选取两片便于回弹操作。用机制砂和河砂且都不掺混合料的T梁进行了强度检测，其检测结果见表7。

表7 用机制砂和河砂的混凝土实体工程(T梁)的强度对比

从表7可知，梁1、2、3、4的试件28d强度相当，梁3、4的28d回弹强度比梁1、2高;在60d和90d的回弹强度中，梁1、2、3、4的强度相当。这说明，机制砂混凝土28d回弹强度偏低，后期强度发展持续时间长。

3 结论

(1)从表6配合比1、2中可得知，用P.O.42.5级普通硅酸盐水泥能配制出工作性能好及强度高的机制砂混凝土，掺高效减水剂、粉煤灰更能体现出良好的经济性。

(2)粉煤灰在用河砂的高标号混凝土应用中已得到广泛使用，其能改善混凝土的和易性，且取代一定量的水泥，减小水化热，减少混凝土的收缩和开裂趋势等。从表6配合比1、3、4中可得知，粉煤灰在机制砂高标号混凝土中也具有同样的效果。机制砂的缺陷在于其级配、保水性差，配制的混凝土易泌水、离析，对混凝土总体质量不利，但掺粉煤灰后从试拌中可得知混凝土和易性好，比较稳定。分析认为粉煤灰增加了浆体量，弥补了机制砂断级配的缺陷，从而提高混凝土的和易性，坍落度也随之增大。从试验中7d与28d强度可知，掺粉煤灰的机制砂混凝土7d强度均比不掺的小，而28d的强度比不掺的略高。这说明掺粉煤灰后混凝土早期强度低，后期强度高。

(3)从表6中配合比5、6来看，配比5机制砂含粉量为10.3%，配比6机制砂含粉量为5.3%，其余材料及用量均相同。配比5各方面的检测结果均满足要求，而配比6在加大1%砂率的情况下，其混凝土拌和物粘聚性、保水性极差，混凝土泌水，相比配比5，坍落度降低了2cm，28d强度也降低了2.5MPa。从而可得知机制砂在高标号混凝土中，其石粉含量对混凝土的工作性及强度有着很大的影响。分析认为由于机制砂级配差，颗粒粒形不好，且比表面积比河砂大，因此需要更多的粉粒包裹，来保证混凝土的和易性和密实度。通过配比6的坍落度及强度与配比5进行比较分析认为:在选用机制砂时，其石粉含量应合适;在水胶比不变的情况下，增加胶凝材料和水的用量。因此在配制机制砂高标号混凝土中，根据胶凝材料的用量及减水剂效果，合理选取一定石粉含量的机制砂，能更好的满足混凝土工作性、强度要求和达到良好的经济效益。

(4)分析表7的试验结果:梁1、2、3、4的试件28d强度相当，梁3、4的28d回弹强度比梁1、2高;在60d和90d的回弹强度中，梁1、2、3、4的强度相当。这说明，机制砂混凝土28d回弹强度偏低，后期强度发展持续时间长。

另外，在河砂配制的高标号混凝土中，工地现场粗集料级配往往没有控制到100%，但混凝土的工作性不致于受很大的影响。然而在机制砂高标号混凝土中，由于机制砂本身不具备级配等缺陷，所以需要更好级配及更小空隙率的粗集料来弥补，以确保混凝土具有良好的工作性。同时也需选取与水泥、机制砂相容和减水率较高的减水剂来配制高工作性能的高强混凝土来创造更好的经济效益。

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