机制砂高性能混凝土的耐久性分析

王燚，冯庆革，彭俚，孙昕

（1. 南宁市建筑管理处，广西 南宁 530022；2. 广西大学环境学院，广西 南宁 530002；3. 中国移动通信集团广西有限公司，广西 南宁 530028）

机制砂高性能混凝土的耐久性分析

王燚1，冯庆革2，彭俚3，孙昕2

（1. 南宁市建筑管理处，广西 南宁 530022；2. 广西大学环境学院，广西 南宁 530002；3. 中国移动通信集团广西有限公司，广西 南宁 530028）

本文针对机制砂高性能混凝土的耐久性问题，通过试验配备了不同机制砂掺量的混凝土，测试了不同龄期混凝土的电通量与不同碳化龄期下混凝土的碳化深度值，分析了机制砂混凝土的抗氯离子渗透性能和抗碳化性能。分析结果表明，掺加机制砂可以有效降低混凝土的抗氯离子渗透性能，且不影响混凝土的抗碳化性能，机制砂完全可以替代天然砂配制出符合要求的混凝土。

机制砂；高性能混凝土；抗氯离子渗透性；抗碳化性

0　引言

由于在我国的大部分地区天然砂资源日渐稀缺，同时自2002 年国家或地方则出台了一系列限采或禁采天然砂的规定，导致天然砂资源日渐匮乏难以满足现代工程发展强劲的需求量。因此，采用机制砂代替天然砂配制混凝土是大势所趋。目前，机制砂已经成功应用于水利水电工程和道路桥梁工程中，三峡大坝、龙滩水电站、湖北吉茶高速公路和巴南高速公路等工程均使用了机制砂混凝土[1]。

机制砂棱角多、表面粗糙，并且含有一定量石粉，而河砂颗粒浑圆、表面光滑，采用机制砂代替天然砂配制混凝土，会对混凝土的工作性能、力学性能和耐久性等产生较大影响。

针对机制砂混凝土的耐久性问题，李凤兰[2]等人通过试验研究了机制砂原料形态、石粉含量对原状机制砂混凝土氯离子渗透和碳化性能的影响。李银斌[3]等人通过 RCM 和浸泡两种试验方法，研究机制砂混凝土和砂浆的抗氯离子渗透性能。颜从进[4]等人研究了机制砂中石粉含量对混凝土抗氯离子渗透性能与抗硫酸盐侵蚀性能的影响。国外学者中，B.Menadi[5]等人研究了机制砂中石粉对混凝土耐久性的影响，包括水分、气体和氯离子对混凝土的渗透能力，毛细吸水性与抗压强度。M.Bederina[6]等人研究了在露天环境、石灰溶液和盐酸溶液三种条件下，机制砂部分替代或者全部替代河砂而配制成的砂浆的耐久性问题。上述学者主要研究了机制砂应用在普通混凝土中的耐久性问题，由于目前高性能混凝土的广泛应用，机制砂也开始应用于高性能混凝土的制备中。针对机制砂高性能混凝土的问题，李北星[7]等人研究了不同石粉含量与不同粉煤灰掺量对 C60 机制砂高性能混凝土工作性、抗压强度、弹性模量、干缩率、氯离子扩散系数和抗冻性的影响，以及石粉作掺合料对机制砂混凝土工作性和抗压强度的影响。徐大祯[1]等人在混凝土中掺入粉煤灰和硅灰，研究不同掺和量下，机制砂混凝土的基本性能、抗碳化性能和抗渗能力。

本文通过试验研究了水胶比、粉煤灰掺量、矿粉掺量和机制砂替代量四个因素对机制砂高性能混凝土的抗氯离子渗透性能和抗碳化性能的影响，重点分析了机制砂掺量对混凝土耐久性的影响规律。

1　原材料的基本性能及指标

1.1原材料

（1）水泥

水泥：华润（南宁）水泥有限公司生产的 P·O42.5 硅酸盐水泥，各矿物成分比例如表 1 所示。

表1　水泥熟料的矿物成分比例

（2）粉煤灰

粉煤灰选用南宁国电Ⅱ级灰，矿物成分比例如表 2 所示。

表2　粉煤灰的矿物成分比例 %

（3） 矿粉

矿粉选用源盛矿粉，性能参数如表 3 所示。

表3　矿粉性能参数

（4）骨料基本性能

在本文中共涉及两种细骨料：天然砂、机制砂，粗骨料选用粒径范围 5～31.5mm，具有连续级配的碎石，细骨料和粗骨料的基本性能如表 4 和表 5 所示。

从表 4 中可见，本文所选择的机制砂的各项指标均满足规范要求，且石粉含量和泥块含量均较低。

表4　两种细骨料基本性能

表5　粗骨料基本性能

（5）外加剂

减水剂：聚羧酸缓凝早强型减水剂，固含量 8.6%，密度1.027g/mL，减水率 23.6%，pH 值 5.0。

1.2试验配比设计**经与本文作者沟通，本文所涉及的混凝土配合比和试验结果具体数据需要保密，未于载出，只介绍科研成果。

混凝土设计配合比见表 6。

表6　机制砂混凝土配合比情况

2　试验方法和试验结果

2.1抗氯离子渗透性（电通量法数据）

根据 GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的规定，混凝土的抗氯离子渗透性可由混凝土 6h 电通量来表征，测定得到的机制砂掺量对不同龄期混凝土抗氯离子渗透性的影响如图 1 所示。

图1　机制砂掺量对不同龄期混凝土抗氯离子渗透性的影响

从图 1 可知，由于混凝土密实性的增加，各机制砂混凝土的电通量随龄期的增长而减少，随水胶比的降低而减少。对于各个龄期的混凝土，其电通量随机制砂掺量的增加而减少，这是由于机制砂较粗糙的表面和适量的石粉会形成较强的过渡区，从而阻碍氯离子在混凝土过渡区中的传输。因此，选择各项指标均满足规范要求且石粉含量和泥块含量均较低的机制砂来制备混凝土时，用机制砂替代天然砂会提高混凝土的抗氯离子渗透性。

2.2抗碳化性能

碳化试验是根据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T 50082—2009）中规定的方法进行测试。试件的制备采用 300mm×100mm 的棱柱体模具，在标养室中养护至 28d 后将试件取出，放置 60℃ 的烘箱中，48h 后取出试件，用环氧树脂将棱柱体的上下两个正方形面和其中一个侧面密封好，待环氧树脂凝固硬化后放入碳化箱中开始碳化试验，此时为碳化的起始时间，分别在之后的 28d、56d 和90d 对试件按照规范规定的方法进行碳化深度的测试，测定得到的机制砂掺量对不同碳化龄期混凝土碳化深度的影响如图 2所示。

图2　机制砂掺量对不同碳化龄期混凝土碳化深度的影响

从图 2 可知，各机制砂混凝土的碳化深度随碳化龄期的增长而增加，随水胶比的降低而减少。但对于各个碳化龄期的混凝土，其机制砂掺量对混凝土碳化深度的影响并不明显，说明选择各项指标均满足规范要求且石粉含量和泥块含量均较低的机制砂制备混凝土时，用机制砂替代天然砂不会对混凝土的抗碳化性能造成明显影响。

3　结论

本文主要通过试验分析了机制砂掺量对混凝土抗氯离子渗透和抗碳化性能的影响，得出如下结论：

（1）在抗氯离子渗透方面，由于机制砂较粗糙的表面和适量的石粉会形成较强的过渡区，从而阻碍氯离子在混凝土过渡区中的传输，混凝土电通量随机制砂掺量的增加而减少，说明选择各项指标均满足规范要求且石粉含量和泥块含量均较低的机制砂来制备混凝土时，用机制砂替代天然砂会提高混凝土的抗氯离子渗透性。

（2）在抗碳化性能方面，水胶比是影响混凝土抗碳化性能的最重要因素，其机制砂掺量对混凝土碳化深度的影响并不明显，说明用机制砂替代天然砂不会对混凝土的抗碳化性能造成明显影响。

（3）用机制砂代替天然砂配制混凝土，其耐久性并未削弱，反而部分耐久性能会强于天然砂混凝土，所以随着天然砂资源的日渐枯竭，机制砂完全可以替代天然砂配制出符合要求的混凝土。

[1] 徐大祯．高性能机制砂混凝土耐久性的研究[D]．西南交通大学，2013．

[2] 李凤兰，郭克宁，徐阳洋．原状机制砂混凝土的氯离子渗透与碳化性能试验研究[J]．混凝土，2011, (12): 67-69．

[3] 李银斌，阮欣．机制砂混凝土及砂浆抗氯离子渗透性能研究[J]．公路交通技术，2013, (5): 29-33．

[4] 颜从进．机制砂特性对混凝土性能的影响研究[D]．重庆大学，2014．

[5] Menadi B,Kenai S,Khatib J, et al. Strength and Durability of Concrete Incorporating Crushed Limestone Sand[J]. Construction and Building Materials, 2009, 23(2): 625-633.

[6] Bederina M,Makhloufi Z,Bounoua A, et al. Effect of Partial and Total Replacement of Siliceous River Sand with Limestone Crushed Sand on the Durability of Mortars Exposed to Chemical Solutions[J]. Construction and Building Materials, 2013, 47: 146-158.

[7] 李北星，周明凯，田建平，等．石粉与粉煤灰对 C60 机制砂高性能混凝土性能的影响[J]．建筑材料学报，2006, (4): 381-387．

［单位地址］广西壮族自治区南宁市金花路 3 号建管大厦 512室（530022）

王燚（1984—），男，江西九江人，工程师，主要从事预拌混凝土监督管理及研究工作。