機制砂對混凝土的體積變形和力學(xué)性能的影響

夏吉濤，李子成，張愛菊，王振田，楊新偉

(1.中鐵二十一局集團有限公司，甘肅 蘭州 730000;2.石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 石家莊 050041)

普通水泥混凝土是工程中使用最廣泛的材料之一，其中混凝土的細(xì)集料大多數(shù)采用天然河砂。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，對天然砂的需求量急劇增加，而天然砂又是短期不可再生資源，因此天然砂資源顯得日益緊缺［1］。因此，人們迫切需要尋找一種與天然砂性質(zhì)類似的材料的替代。機制砂就是經(jīng)除土處理，由機械破碎、篩分制成，粒徑小于4.75 mm 的巖石、礦山尾礦或工業(yè)廢渣顆粒，但不包括軟質(zhì)巖、風(fēng)化的顆粒，俗稱人工砂。機制砂與天然砂的性質(zhì)相近，其最大區(qū)別是含有一定量的石粉。近年來研究人員對機制砂的研究主要集中在機制砂的巖性［2］以及機制砂對混凝土工作性能和耐久性［3－5］等方面的影響。但關(guān)于機制砂對混凝土體積變形的報道尚不多見。鑒于此本研究針對幾種不同的機制砂對混凝土體積穩(wěn)定性進行了初步的試驗研究。

1 原材料和試驗方法

1.1 原材料

水泥:鼎鑫P·O42.5 級普通硅酸鹽水泥。4種機制砂:石灰?guī)r機制砂，其各項指標(biāo)見表1。減水劑:選用聚羧酸高效減水劑(減水率30%)。

1.2 試驗方法

機制砂混凝土的體積穩(wěn)定性試驗依據(jù)GB/T50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》進行。

表1 細(xì)集料的性能指標(biāo)

機制砂混凝土的早期開裂試驗采用尺寸為800 mm×600 mm×100 mm 的平面薄型板試件，試驗溫度(20±2)℃，相對濕度為(60±5)%。收縮試驗采用接觸法測定無約束和規(guī)定的溫濕度條件下硬化混凝土試件的變形情況，樣品尺寸100 mm×100 mm×515 mm 的棱柱體試件。

機制砂混凝土的力學(xué)性能檢測依據(jù)GB/T50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》進行。

2 結(jié)果與討論

2.1 機制砂對混凝土抗裂性的影響

機制砂混凝土的早期抗裂性檢測是在試件成型30 min 后，用風(fēng)扇使試件表面中心正上方100 mm處風(fēng)速為(5±0.5)m/s，在(24±0.5)h 測讀裂縫尺寸并計算單位面積的總開裂面積。結(jié)果由表2 示出，可見機制砂中隨著石粉含量的增加單位面積的總開裂面積增大，但石粉含量不超過12.5%時，開裂面積增大幅度不大，當(dāng)石粉含量達(dá)到18.7%時開裂面積迅速增加。原因是隨著石粉含量的增加，集料比表面積增大，使總漿體數(shù)量增多，增加了出現(xiàn)開裂的傾向。因此，對于機制砂混凝土一定要做好早期養(yǎng)護，防止混凝土表面失水過快，才能減少開裂。

表2 機制砂混凝土早期抗裂試驗數(shù)據(jù)

2.2 機制砂對混凝土收縮性的影響

機制砂對混凝土收縮性的影響試驗數(shù)據(jù)由表3示出?？梢姡S著齡期的增長早期干縮率明顯增加，后期干縮率略微增加。另外，相同齡期下隨著石粉含量的增加，干縮率呈現(xiàn)出總體增大的趨勢，但當(dāng)石粉含量超過12.5%時，干縮率增大趨勢有所減小。機制砂對于混凝土的干縮率有正負(fù)兩方面作用。正效應(yīng)方面:機制砂中粒徑很小的石粉起微集料填充作用，使混凝土孔隙率降低，結(jié)構(gòu)更密實，對其干燥收縮有一定抑制作用。負(fù)效應(yīng)方面:機制砂中石粉粒徑小，比表面積增大，漿體數(shù)量增多，增大了混凝土的收縮。當(dāng)石粉含量較小時，負(fù)效應(yīng)占優(yōu)勢，干縮率隨石粉含量的增加而增大;當(dāng)石粉含量超過一定值時，正效應(yīng)占優(yōu)勢，干縮率隨石粉含量的增加而減小。

表3 機制砂對混凝土干縮率的影響

2.3 機制砂對混凝土力學(xué)性能的影響

采用機制砂配制混凝土，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護條件下養(yǎng)護至規(guī)定齡期，分別檢測其抗壓強度和劈裂抗拉強度，強度數(shù)據(jù)如表4 所示。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著機制砂中石粉含量的增加其抗壓強度和劈裂抗拉強度均有所提高，其中石粉含量為12.5%的機制砂強度最高，但當(dāng)機制砂中石粉含量達(dá)18.7%時，強度下降。分析原因，機制砂對混凝土的強度也有正負(fù)兩方面效應(yīng)。正效應(yīng)方面:石粉粒徑小，可以起到微集料填充效應(yīng)，使混凝土結(jié)構(gòu)致密;小顆粒石粉分散在新拌混凝土中起微晶核作用，加速水化產(chǎn)物的沉積和析出;另外，機制砂表面粗糙棱角多，可以增強與膠結(jié)材料的把持力。負(fù)效應(yīng)方面:機制砂中如果石粉含量過多，集料比表面積增加，水泥漿量顯得不足，導(dǎo)致膠結(jié)料粘性降低，所以強度降低。因此，用機制砂配制混凝土對提高強度有利，但需控制機制砂中的石粉含量，機制砂中石粉含量在10%～15%較適宜。

表4 機制砂混凝土的抗壓強度和劈裂抗拉強度 MPa

3 結(jié)論

1)機制砂中的石粉會增加了混凝土的早期開裂傾向，對機制砂混凝土工程要加強早期養(yǎng)護制度。

2)機制砂對于混凝土的收縮具有正負(fù)效應(yīng)，當(dāng)石粉含量較小時，干縮率隨石粉含量的增加而增大;當(dāng)石粉含量超過一定值時，干縮率隨石粉含量的增加而減小。

3)采用機制砂配制混凝土有利于提高其力學(xué)性能，但需控制機制砂中的石粉含量，機制砂中石粉含量在10%～15%較適宜。

［1］徐 健，蔡基偉，王稷良.人工砂與人工砂混凝土的研究現(xiàn)狀［J］.國外建材科技，2004，25(3):20－21.

［2］秦 廉，張 雄，伍根伙，等.機制砂生產(chǎn)線投產(chǎn)前的母巖檢驗與機制砂評價方法［J］.新型建筑材料，2012(1):24－26.

［3］艾長發(fā)，彭 浩，胡 超，等.機制砂級配對混凝土性能的影響規(guī)律與作用效應(yīng)［J］.混凝土，2013(1):73－76.

［4］陳學(xué)鋒，耿京芳，黃才文，等.低標(biāo)號混凝土采用機制砂代替天然砂可行性分析［J］.公路工程，2009(5):119－120，124.

［5］盧向華.機制砂在高標(biāo)號混凝土中的應(yīng)用［J］.湖南交通科技，2007(4):88－90.