混合砂比例对T梁C55混凝土性能的影响

徐 鑫，陶元洪，吴振兴，夏京亮

(1.中交隧道工程局有限公司，北京 100102；2.中国路桥工程有限责任公司，北京 100011；3.中国建筑科学研究院，北京 100013)

当前，我国正在积极推进“一带一路”发展战略，肯尼亚是“一带一路”战略东非布局的首站，蒙内铁路已建成通车，作为延长线的内马铁路正在建设。肯尼亚大部分地区常年干旱，河流较少，河砂匮乏，内马铁路工程采用机制砂是必然的选择。机制砂是经除土处理，由机械破碎、筛分制成的，粒径小于4.75 mm的岩石、矿山尾矿或工业废渣颗粒，但是不包括软质、风化的颗粒。机制砂混凝土在铁路工程线下工程(如涵洞基础、墙身、八字墙、盖板、桥梁桩基、墩柱等)中的应用研究已较为充分，然而在铁路工程上部结构，尤其是T梁中的研究相对较少[1-6]。因此在内马铁路T梁混凝土生产过程中考虑采用河砂与机制砂混合使用，减小机制砂对于T梁混凝土工作性的不利影响。该文研究了机制砂和河砂混合比例对于T梁C55混凝土工作性能和力学性能的影响。

1 试 验

1.1 原材料

1)水泥 采用CEM Ι 52.5水泥，执行的标准为EN 197-1，初凝155 min，终凝255 min，3 d和28 d抗压强度分别为27.2 MPa、58.6 MPa，比表面积320 m2/kg。

2)粉煤灰 采用印度I级粉煤灰，细度 (45 μm筛余)10.1%，需水量比85%，烧失量1.45%。

3)细骨料 机制砂，内马铁路料场生产，表观密度2 840 kg/m3，吸水率1.6%，压碎值5%，细度模数2.6，石粉含量6.1%，MB值0.9，级配见图1；对比用河砂为肯尼亚河砂，细度模数2.5，级配见图1。

4)粗骨料 内马铁路料场生产5～20 mm连续级配碎石，岩性为玄武岩，母材强度160 MPa，表观密度2 840 kg/m3，吸水率1.2%，压碎值6%，针片状含量3%。

5)减水剂 国内某聚羧酸减水剂，固含量30%，减水率29.3%。

1.2 方案

试验用混凝土配合比见表1，保持混凝土用水量不变，调整减水剂用量使混凝土坍落度保持在(180±10) mm，配合比中用水量包括减水剂含水量。

表1 河砂机制砂对比T梁混凝土配合比

混凝土工作性能按照GB/T 50080—2002《普通混凝土拌和物性能试验方法标准》进行；力学性能按照GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行；长期性能和耐久性能按照GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行。

2 结果与分析

2.1 对混凝土工作性能的影响

河砂与机制砂混合比例对T梁混凝土工作性的影响试验结果见表2。由表2可以看出，随着机制砂比例的增加，混凝土含气量呈现下降趋势，纯机制砂混凝土含气量比纯河砂混凝土含气量下降了21%，这主要是由于机制砂混凝土相对于河砂混凝土采用相同的减水剂，机制砂混凝土引气比较困难，因此如果采用机制砂比例较高时，应考虑在减水剂复配过程中适当地提高引气成分的含量；随着机制砂比例的增加，混凝土容重呈现增加趋势，纯机制砂混凝土容重比纯河砂混凝土容重增加了50 kg/m3、2%，增加比例并不大，这主要是由于该试验采用的机制砂表观密度比河砂表观密度大，另外机制砂比例增加混凝土含气量减小，进一步使混凝土容重增大； 由混凝土坍落度试验结果结合混凝土配合比情况可知，保持混凝土坍落度在(180±10) mm，减水剂用量随着机制砂比例的增大而增加，另外即使减水剂用量增加，采用机制砂比例较高的混合砂配制的混凝土坍落度也呈下降趋势，纯机制砂混凝土坍落度比纯河砂混凝土坍落度下降了6%，这主要是由于机制砂相对于河砂表面较为粗糙，级配较差。虽然通过调整减水剂用量，采用不同比例的混合砂均能配制出坍落度(180±10) mm的混凝土，然而机制砂比例较大会使混凝土本身的粘度增大，不利于混凝土施工，因此应综合考虑，机制砂比例不宜过大。

表2 河砂与机制砂混合比例对T梁混凝土工作性的影响

2.2 对混凝土抗压强度的影响

河砂与机制砂混合比例对T梁混凝土抗压强度的影响试验结果见表3，由表3可以看出，各组混凝土1 d抗压强度均较高，抗压强度最低的为LJ-4组(河砂∶机制砂为6∶4)29.6 MPa，抗压强度最高的为LJ-6组(河砂∶机制砂为4∶6)33.2 MPa，其他试验组1 d抗压强度均大于30 MPa，纯机制砂混凝土1 d抗压强度比纯河砂混凝土1 d抗压强度增大了3%；各组混凝土28 d抗压强度均大于65 MPa，满足C55强度等级混凝土抗压强度设计要求，抗压强度最低的为LJ-2组(河砂∶机制砂为8∶2)68.3 MPa，抗压强度最高的为LJ-8组(河砂∶机制砂为2∶8)73.4 MPa，纯机制砂混凝土28 d抗压强度比纯河砂混凝土28 d抗压强度增大了2%，整体而言随着机制砂比例的增大，混凝土抗压强度呈现增大趋势。

表3 河砂与机制砂混合比例对比T梁混凝土抗压强度

3 结 论

a.随着混合砂中机制砂比例的增加，混凝土含气量逐渐下降，混凝土容重和抗压强度呈现增大趋势，保持混凝土坍落度在(180±10) mm，减水剂用量随着机制砂比例的增大而增加，另外即使减水剂用量增加，采用机制砂比例较高的混合砂配制的混凝土坍落度也呈下降趋势。

b.通过试验优选河砂和机制砂5∶5的混合砂作为细骨料配制T梁C55混凝土，所配制的混凝土含气量为3.5%，容重为2 460 kg/m3，坍落度170 mm，1 d、3 d、7 d、14 d、28 d抗压强度分别为31.9 MPa、43.6 MPa、55.1 MPa、64.6 MPa、71.5 MPa。

[1] 徐 健,蔡基伟,王稷良,等.人工砂与人工砂混凝土的研究现状[J].建材世界,2004,25(3):20-24.

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[3] 王稷良.机制砂特性对混凝土性能的影响及机理研究[D].武汉：武汉理工大学,2008.

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