机制砂配制C55高性能混凝土耐久性研究

刘 强（中铁十六局集团第三工程有限公司，浙江 湖州 313000）

机制砂配制C55高性能混凝土耐久性研究

刘 强（中铁十六局集团第三工程有限公司，浙江 湖州 313000）

某高铁建设单位要求C50及以上混凝土，必须使用河砂作为细骨料配制梁片混凝土。本文通过分别用机制砂、河砂配制C55连续梁混凝土并检测其耐久性，进而探讨机制砂配制C50及以上混凝土的可行性。

机制砂；高性能混凝土；C55连续梁混凝土；耐久性

1 引 言

随着国家“一带一路战略”的提出和亚洲基础设施投资银行的建立，我国基础设施建设必将迎来新的高峰，而作为基建行业重要的建材——混凝土，需求量也会日益增多。在所有混凝土原材中，河砂供应量与需求量之间的矛盾最为突出，因此国家和地方也制定相关规范，推广使用机制砂配制混凝土。然而即使在机制砂应用较为广泛的云贵地区,高铁施工中对机制砂配制高强高性能混凝土仍持谨慎态度。

2 试 验

2.1 原材料

1）水泥：曲靖昆钢嘉华水泥建材有限公司生产的P·O42.5 水泥。

2）粉煤灰：曲靖方园环保建材有限公司生产的I级粉煤灰。

3）细骨料：机制砂为云南嵩明县跃兴采石场生产的水洗机制砂，以往大量试验证明机制砂石粉含量为4%-7%时，所配制高强度混凝土综合性能最优，本次试验所用机制砂石粉含量4.8%，细度模数3.1，为I区粗砂；河砂为云南元谋县上淇柳砂场生产的河砂，细度模数2.8，为 II区中砂。

4）粗骨料：云南嵩明县跃兴采石场生产的5-20mm连续级配碎石。

5）减水剂：山西康特尔精细化工生产的聚羧酸减水剂。

6）拌合水：嵩明牛栏江水。

经检测，以上所有原材料各类指标均符合TB 10424-2010《铁路混凝土工程施工质量验收标准》6.2条中，关于混凝土原材料性能的要求。

2.2 配合比设计

根据JGJ 55-2011《普通混凝土配合比设计规程》的设计原则和方法进行C55混凝土配合比设计工作，同时从经济性、工作性方面考虑，也对掺加粉煤灰替代部分水泥的混凝土进行对比试验，配合比设计结果见表1。

表1 C55连续梁混凝土配合比（kg/m3）

2.3 拌合物工作性及混凝土耐久性检测方法

为验证所配制混凝土是否满足生产需求，按照GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》规定的试验方法，对混凝土拌合物坍落度、含气量、泌水率、压力泌水率、工作性等指标进行检测。

3 试验结果及分析

3.1 混凝土拌合物性能检测结果及分析

混凝土是否能够应用于施工生产中，优良的拌合物工作性是前提条件。通过对1-4号4套配合比拌合物性能进行检测，我们发现机制砂配制的混凝土拌合物性能虽不及河砂，但如果掺加20%的粉煤灰，机制砂配制混凝土坍落度、含气量、泌水率、压力泌水率与河砂相比差别不大，仅仅粘聚性略次于河砂拌制的混凝土。这是因为虽然机制砂颗粒粗糙、级配较差，但是粉煤灰颗粒圆润，在混凝土中能够起到润滑作用，另外粉煤灰颗粒粒径小于水泥颗粒，能有效填充混凝土中微小孔隙，增加混凝土自由水的数量，从而提高混凝土的流动性，粉煤灰的这些特点有效的改善了机制砂混凝土流动性、和易性差的缺点。因此通过试验确定，机制砂混凝土中掺加粉煤灰后，其拌合物性能完全可以满足现场施工需要。

表2 混凝土弹性模量、电通量、抗渗、抗冻试验结果

3.2 混凝土耐久性检测结果及分析

所配制混凝土28天抗压强度、28天弹性模量、电通量、抗渗、抗冻检测结果见表2。

3.2.1 混凝土强度试验结果及分析

通过试验我们发现，机制砂混凝土3d、7d、10d、28d强度均高于河砂混凝土，而是否掺加粉煤灰对强度的影响并无明显规律。至于机制砂对混凝土强度提升的原因，主要是因为机制砂中适量的石粉填充了混凝土中的孔隙，使混凝土结构更为密实；另外石粉特有的化学成分，会在混凝土中发生微弱化学反应，改善混凝土孔隙-浆、浆-骨料间的界面结构，使混凝土更好的结合为一个整体；而河砂中0.075mm以下颗粒含量少且表面光滑坚硬、化学成分稳定，难以产生上述反应，所以就混凝土强度方面而言，机制砂混凝土优于河砂混凝土。

3.2.2 混凝土弹性模量试验结果及分析

弹性模量是梁片混凝土必须控制的一项指标，由表2可以看出机制砂配制混凝土弹性模量高于河砂混凝土。这主要是因为：1.混凝土弹性模量与骨料弹性模量成正比关系，而机制砂弹性模量高于河砂；2.与对强度的影响相似，机制砂表面粗糙且含有一定数量的石粉，既更好填充了混凝土中的微小孔隙，又增加了界面间的摩擦力和粘结力，使混凝土具有稳定的骨架结构。

3.2.3 混凝土电通量、抗渗试验结果及分析

本次试验证明，无论是否掺加粉煤灰，机制砂混凝土电通量值优于河砂混凝土，表2中未列举混凝土试件渗水高度值，实际试验过程中发现，机制砂混凝土渗水高度低于河砂混凝土，即抗渗性能优于河砂混凝土。本人认为，混凝土的电通量和抗渗性均与其本身的微观结构有关，混凝土良好的密实性、较少的孔隙以及较强界面间粘结力，均能提高混凝土的抗离子渗透性和抗渗性。

3.2.4 混凝土抗冻试验结果及分析

表2中后三项是混凝土抗冻性指标，试验结果显示四套配合比抗冻等级均＞200，满足相关规范对梁体混凝土抗冻性的要求，而通过观察质量损失率和相对动弹模量，发现机制砂混凝土抗冻性亦优于河砂混凝土，且掺加粉煤灰的混凝土抗冻性更好。这里主要分析机制砂混凝土抗冻性好的原因，混凝土抗冻性主要与混凝土中的孔隙结构以及界面间毛细通道粗细有关，不连续的孔隙结构和较细的毛细通道可以有效抵御外界离子的侵入，从而提高混凝土的抗冻性，而在这方面的表现机制砂配制混凝土正是河砂混凝土所不具备的。

3.2.5 混凝土收缩试验结果及分析

混凝土的收缩性能直接反应混凝土抵抗裂纹出现的能力，混凝土如果出现裂纹，必将加速外界环境及有害介质对混凝土的侵蚀，从而影响混凝土的耐久性。我们通过大量试验发现，前14天机制砂混凝土收缩值大于河砂混凝土；而后期直至60天，机制砂混凝土收缩值小于河砂混凝土。机制砂混凝土由于孔隙被更好的填充，自由水较多，所以前期自由水蒸发引起的收缩较为明显，后期主要是水泥水化反应引起的收缩，机制砂混凝土骨架结构较为稳定，能够限制水泥水化引起的收缩，所以长期来看机制砂混凝土收缩性能优于机制砂混凝土。

4 结 语

1）机制砂混凝土掺加20%的粉煤灰后，可以改善混凝土拌合物和易性、粘聚性，拌合物性能与河砂混凝土差别不大，完全能够满足施工生产需要。

2）通过试验对比可以发现，配制高强度混凝土时，无论是否掺加粉煤灰机制砂混凝土强度、弹性模量、电通量、抗渗、抗冻、收缩等耐久性指标都高于河砂配制的混凝土。

3）通过试验证明，机制砂配制C55高强高性能混凝土，无论拌合物性能还是硬化后的耐久性，都能满足施工需要和规范要求。

如果该高铁项目55万方梁片混凝土采用机制砂配制，不仅可以解决河砂供用紧张、质量不稳定的缺点，而且仅细骨料一项就可以节约成本5000万元以上。因此如果能够及时调整相关规范，在河砂取材困难的高铁项目上推广水洗机制砂配制梁片混凝土技术，既能满足施工需求、节约成本，又能保护不可再生河砂资源、维持河道生态平衡。

Study on the durability of C55 high performance concrete prepared with sand

A high speed railway construction unit requires C50 and the above concrete,must use the river sand as the fine aggregate to prepare the beam concrete．In this paper,the C55 continuous beam concrete is prepared by using the mechanism sand and river sand separately,and the durability of the concrete is detected,and then the feasibility of preparing C50 and the above concrete is discussed．

mechanism sand；high performance concrete；C55 continuous beam concrete；durability

TU521

B

1003-8965(2017)01-0019-02