C60高石粉机制砂高性能混凝土试验研究

2016-08-23胡晓曼李亚南

安徽建筑 2016年3期

关键词：河砂石粉耐久性

胡晓曼，李亚南

（1.安徽省·水利部淮河水利委员会水利科学研究院，安徽　合肥230088; 2.安徽省建筑工程质量监督检测站，安徽　合肥230088）

C60高石粉机制砂高性能混凝土试验研究

胡晓曼1，2，李亚南1，2

（1.安徽省·水利部淮河水利委员会水利科学研究院，安徽合肥230088; 2.安徽省建筑工程质量监督检测站，安徽合肥230088）

采用材料学原理、正交技术、高性能混凝土理念，突破国标、行标对机制砂高强混凝土石粉含量的限值，配制C60高石粉机制砂高性能混凝土。试验结果表明：C60机制砂混凝土石粉含量可高达9%，与同条件的河砂混凝土相比，其抗压强度、抗折强度、劈裂强度、电通量、快速氯离子迁移系数、抗裂性能、抗冻性能均较优。

高性能混凝土；耐久性

0　引言

安徽北部的淮北、宿州等地区，天然河砂资源匮乏，从徐州运来的河砂不仅成本高，而且质量逐年下降。利用淮北、宿州本地丰富的矿山资源，开采制成机制砂，不仅合理利用当地资源，而且降低成本。但机制砂中“多余”的石粉常用水洗除去，以达到国标[1]、行标[2]要求的范围，这样不仅增加了生产成本，浪费资源，污染环境，也破坏了机制砂的自然级配，而配制高强混凝土时对原材料质量的要求更高。因此，本文利用超出国标、行标石粉含量限值的机制砂，配制C60高石粉机制砂混凝土，并系统地研究了其强度、长期性能和耐久性能，并与同配合比的河砂混凝土对比，以完善理论体系，同时为石粉含量的放开和机制砂的推广应用提供有力依据。

1　原材料

水：清洁饮用水。

水泥：安徽巢东海昌P·O42.5硅酸盐水泥，安定性合格，3d 抗折、抗压强度分别为6.2MPa、31.7MPa，28d 抗折、抗压强度分别为8.7MPa、51.1MPa。

粉煤灰：合肥东兴产F类Ⅱ级粉煤灰，细度（45μm 方孔筛筛余）10.2%，需水量比97%，烧失量1.9%，含水率0.5%。

细骨料：芜湖河砂，细度模数为3.0，Ⅱ区；舒城河砂，细度模数为1.8，Ⅲ区；试验中的河砂均为芜湖河砂与舒城河砂按比例掺配成细度模数2.6的中砂，Ⅱ区。淮北产机制砂，细度模数为3.0，Ⅰ区，石粉含量为9%（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）。

粗骨料：巢湖散兵碎石，连续粒级5～25mm，含泥量为0.3%，泥块含量为0.0%。

外加剂：四川某公司产聚羧酸高性能减水剂，掺量为胶凝材料的1.9%，减水率大约36%，其他性能符合《混凝土外加剂》（GB8076-2008）相应技术指标要求。

2　试验方法

混凝土和易性按《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T50080-2002）进行，混凝土抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度性能按《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081-2002）进行，混凝土电通量、氯离子渗透性能、早期抗裂性、抗冻性按《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T50082-2009）进行。

3　试验结果及分析

《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》（JGJ52-2006）中规定：当石粉MB＜1.4时，强度等级大于等于C60的混凝土石粉含量小于等于5%。本次试验用淮北原状机制砂石粉含量为9%，设计超出行标限值的5%、7%、9%石粉含量，利用正交试验，研究高石粉含量机制砂对高强混凝土性能的影响，并与河砂混凝土对比，为机制砂高强混凝土的设计、施工提供技术支撑。

3.1C60高石粉机制砂高性能混凝土配合比优选

利用正交试验优选C60机制砂高性能混凝土配合比，基准配合比见表1，正交试验见表2。

C60基准配合比　表1

C60正交试验表L9（34）　表2

利用正交试验方法经计算分析可知，对坍落度而言，影响因素的主次顺序为：A2B2C2D3，影响扩展度的主次顺序为：A3B2D3C2；综合考虑该批混凝土对和易性的影响，其主次顺序为A2B2C2D3。在强度方面，影响3d抗压强度的主次顺序为C1D2A1B1，即水胶比→粉煤灰→石粉含量→砂率，水胶比和粉煤灰是影响3d强度的主要因素，石粉含量和砂率是影响早期强度的次要因素，这与已有的研究成果相吻合。影响28d抗压强度的主次顺序为C2D2A2B3，即水胶比→粉煤灰→石粉含量→砂率，这与3d强度的影响主次顺序一致，具体的水平有区别。综合混凝土和易性、强度的影响因素和水平，本着充分利用石粉的原则，本次正交试验的最优配合比为：A1B2C2D2，即石粉含量9%，砂率43%，水胶比0.32，粉煤灰掺量15%，即A2组为最优配合比。

在表2中，B1组为同配合比的河砂混凝土，河砂含泥量为0.8%，从表中可以看出，A2组机制砂混凝土在坍落度和扩展度方面基本与B1组河砂混凝土相同，和易性均较好，3d和28d抗压强度比河砂混凝土分别增加了8.8%和8.6%，这说明只要配合比合理，C60高石粉高强机制砂混凝土和易性和强度方面比河砂混凝土有优势，拓宽了高强机制砂混凝土石粉含量的限值。

3.2C60高石粉机制砂高性能混凝土对强度性能的影响

C60机制砂高性能混凝土和河砂混凝土配合比和强度结果见表3。

配合比和强度结果　表3

从表3可以看出，在28d抗压强度方面，C60机制砂混凝土比河砂混凝土提高8.6%，28d抗折强度提高3.6%，28d劈裂抗拉强度提高46.3%，对劈裂抗拉强度的提高尤为显著。这主要是由于机制砂尖锐多棱角，与浆体的粘结力较强，同时石粉的存在，不仅起到微集料的填充作用，还可以与水泥水化产物C3A和C4AF发生反应，产生具有一定胶凝能力的碳铝酸盐复合物［3］，促进水化反应的进一步发展，产生更多的胶凝物质，改善了混凝土的孔隙结构和孔隙率，使硬化后的混凝土更加密实，强度进一步提高。

3.3C60高石粉机制砂高性能混凝土对耐久性的影响

C60机制砂高性能混凝土和河砂混凝土耐久性结果见表4。

耐久性结果　表4

从表4可以看出，C60高石粉机制砂混凝土和同条件的河砂混凝土相比，抗水渗透性能均达到P12等级，抗冻性能达到F300，电通量和氯离子渗透性能与河砂混凝土相当，其中电通量均达到Ⅳ级，氯离子渗透系数达到Ⅲ级［4］，混凝土较密实，渗透性能弱，抵抗外界物质侵蚀能力较强。即C60机制砂混凝土具有与河砂混凝土同样有效的渗透性能和抗冻性能，这主要是由于高强混凝土胶凝材料用量较多，水胶比较小，混凝土自身连通的毛细孔较少，所以9%高石粉的存在对密实高强混凝土的硬化结构影响不明显，因此高石粉对高强混凝土的电通量、氯离子渗透、抗水渗透和抗冻性能变化影响不显著[5]。

早期抗裂性采用GB/T 50082-2009中钢制早期抗裂性装置[6]，试验结果见表5，裂缝分布见图1。

早期抗裂性结果　表5

图1　J C60（左）和HC60（右）混凝土早期抗裂性试验裂缝分布

从表5中可以看出，C60机制砂混凝土裂缝条数为13条，河砂混凝土仅为5条，而在每条裂缝的平均开裂面积上，河砂混凝土为88mm2，而机制砂混凝土只有27 mm2，这说明C60机制砂混凝土虽然裂缝条数多，但每条裂缝较细小，裂缝宽度窄，这与河砂混凝土开裂条数少，但每条裂缝较宽大形成了对比。最终体现在单位面积的总开裂面积上，河砂混凝土的比机制砂混凝土多，但两者均在抗裂性Ⅱ级上。这可能是由于机制砂表面粗糙多棱角，与胶体的粘结性比较强，但脆性大，易产生较多裂纹，但机制砂9%高石粉的存在，分散了胶凝材料的聚集状态，延迟了早期水化放热时间，降低了水化热峰值，改善了混凝土的内部结构，限制了机制砂混凝土裂纹的后期发展。且一定量的粉煤灰与适量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更好的促进作用[7]，表现为机制砂混凝土的早期抗裂性能整体比河砂混凝土好。