人工砂高云母含量對(duì)襯砌混凝土性能影響研究

楊造仁

（新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引言

目前，國(guó)內(nèi)大中型水利水電工程建設(shè)過(guò)程中由于周邊天然骨料匱乏，大多采用人工骨料，云母是主要造巖礦物之一，造成部分人工骨料中云母含量較大，云母強(qiáng)度低，與水泥漿的粘結(jié)力較差[1-4]，國(guó)內(nèi)現(xiàn)行水利工程及國(guó)標(biāo)規(guī)范對(duì)人工砂云母含量均有明確規(guī)定。水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SL 677-2014《水工混凝土施工規(guī)范》、水電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 5144-2015《水工混凝土施工規(guī)范》、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14684-2022《建筑用砂》中均限定人工砂云母含量小于等于2%。早期試驗(yàn)研究多為天然砂云母含量對(duì)混凝土性能影響，當(dāng)砂中云母含量較大時(shí)，混凝土拌合物和易性、強(qiáng)度、耐久性均有降低[5—10]，而對(duì)人工砂云母含量對(duì)混凝土性能影響的研究較少。

新疆某引水工程隧洞襯砌混凝土GP3人工骨料場(chǎng)巖性為華力西期花崗片麻巖，屬中～堅(jiān)硬巖，經(jīng)檢驗(yàn)該料場(chǎng)制備的人工砂云母含量超過(guò)規(guī)范要求。工程區(qū)周邊出露的地層巖性主要以花崗片麻巖和黑云母片麻巖為主，地層中云母含量均偏高。距離工區(qū)最近的GS2天然砂料場(chǎng)位于30 km以外，為保證工程施工工期，節(jié)約工程成本，下文通過(guò)采用高云母含量的人工砂與云母含量符合規(guī)范要求的天然砂配制出的襯砌混凝土性能進(jìn)行對(duì)比，研究人工砂中高云母含量對(duì)混凝土性能影響，以期為相關(guān)工程采用高云母含量人工砂配制襯砌混凝土提供技術(shù)支持。

1 混凝土性能試驗(yàn)

1.1 原材料和配合比

根據(jù)相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)用的新疆阜康天山水泥有限責(zé)任公司制造的中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥（簡(jiǎn)稱“天山中抗水泥”）進(jìn)行了品質(zhì)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果表明，受檢品質(zhì)指標(biāo)滿足GB 748-2005《抗硫酸鹽硅酸鹽水泥》對(duì)中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥的技術(shù)要求。

按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)采用的新疆乾元I級(jí)粉煤灰進(jìn)行了品質(zhì)檢測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果表明，受檢品質(zhì)指標(biāo)滿足DL/T 5055-2007《水工混凝土摻用粉煤灰技術(shù)規(guī)范》對(duì)C類I級(jí)粉煤灰的技術(shù)要求。

對(duì)GP3料場(chǎng)人工骨料場(chǎng)粗、細(xì)骨料及GS2料場(chǎng)天然細(xì)骨料進(jìn)行品質(zhì)檢測(cè)，結(jié)果顯示，除GP3人工細(xì)骨料云母含量超標(biāo)外，其余指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，骨料品質(zhì)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1、表2。擬定GP3人工粗、細(xì)骨料和GP3人工粗骨料+GS2天然砂2種骨料組合工況進(jìn)行混凝土性能試驗(yàn)，試驗(yàn)采用C35W10F300襯砌混凝土為基準(zhǔn)，對(duì)2種骨料組合制備的混凝土進(jìn)行性能對(duì)比試驗(yàn)，混凝土配合比及拌合物性能見(jiàn)表3。

表1 料場(chǎng)細(xì)骨料品質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

表2 GP3料場(chǎng)粗骨料品質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

表3 不同云母含量砂襯砌混凝土配合比參數(shù)及拌合性能

1.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

1.2.1 抗拉強(qiáng)度與劈裂強(qiáng)度

襯砌混凝土抗壓強(qiáng)度與劈拉強(qiáng)度試驗(yàn)成果見(jiàn)表4，可以看出采用2種骨料配制出的襯砌基準(zhǔn)混凝土均滿足C35襯砌混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，采用高云母含量的細(xì)骨料成型的襯砌混凝土抗壓強(qiáng)度和劈拉強(qiáng)度較略低。GP3粗、細(xì)骨料組合較GP3粗骨料+GS2細(xì)骨料組合配置的襯砌混凝土7，28，90 d的抗壓強(qiáng)度降低率分別為15.0%，7.4%，6.1%，隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)，襯砌混凝土抗壓強(qiáng)度與劈拉強(qiáng)度降低率逐漸下降。

表4 襯砌混凝土抗壓強(qiáng)度與劈拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

1.2.2 彈性模量

襯砌混凝土彈性模量試驗(yàn)成果見(jiàn)表5。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用高云母含量的GP3細(xì)骨料成型的襯砌混凝土彈性模量略低，GP3粗、細(xì)骨料組合較GP3粗骨料+GS2細(xì)骨料組合配置的襯砌混凝土7，28，90 d的彈性模量降低率分別為15.9%，6.4%，6.3%，隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)，襯砌混凝土彈性模量降低率逐漸下降。

表5 襯砌混凝土彈性模量試驗(yàn)結(jié)果 GPa

1.2.3 軸拉強(qiáng)度與極限拉伸值

襯砌混凝土軸拉強(qiáng)度與極限拉伸值試驗(yàn)成果見(jiàn)表6，可以看出采用高云母含量的GP3細(xì)骨料成型的襯砌混凝土彈性模量略低，GP3粗、細(xì)骨料組合較GP3粗骨料+GS2細(xì)骨料組合配置的襯砌混凝土7，28，90 d的彈性模量降低率分別為3.4%，5.9%，5.7%，隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)，襯砌混凝土軸拉強(qiáng)度與極限拉伸值降低率逐漸下降。軸拉強(qiáng)度和極限強(qiáng)度變化規(guī)律與抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律基本一致。

表6 襯砌混凝土軸拉強(qiáng)度與極限強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

1.2.4 抗凍、抗?jié)B性能

襯砌混凝土抗凍、抗?jié)B試驗(yàn)成果見(jiàn)表7，8?？梢钥闯觯?jīng)過(guò)300次凍融循環(huán)后，2種骨料組合襯砌混凝土的質(zhì)量和相對(duì)動(dòng)彈性模量損失較小，抗凍等級(jí)達(dá)到F300要求，抗?jié)B等級(jí)均滿足W10的要求。由此可見(jiàn)，云母含量指標(biāo)對(duì)襯砌混凝土抗凍、抗?jié)B性能影響不大。

表7 襯砌混凝土抗凍試驗(yàn)結(jié)果

表8 襯砌混凝土抗?jié)B試驗(yàn)結(jié)果

1.2.5 抗氯離子滲透性

采用RCM法測(cè)定襯砌混凝土氯離子遷移系數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9。GP3粗、細(xì)骨組合較GP3粗骨料+GS2細(xì)骨料組合配置的襯砌混凝土氯離子遷移系數(shù)小，但2種骨料組合相差不大。由此可以看出，云母含量骨料對(duì)襯砌混凝土氯離子遷移系數(shù)影響不大。

表9 襯砌混凝土抗氯離子遷移系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果

1.2.6 抗硫酸鹽侵蝕性能

襯砌混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表10。結(jié)果顯示，2種骨料組合配置的襯砌混凝土歷經(jīng)120次干濕循環(huán)硫酸鹽侵蝕后，耐蝕系數(shù)分別為87.5%，88.2%。采用高云母含量人工砂配置的混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能略有降低，但差異不顯著，2種骨料組合配置的襯砌混凝土抗硫酸鹽等級(jí)可以達(dá)到KS120。

表10 襯砌混凝土抗硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)結(jié)果

2 結(jié)論

1）云母含量在2%～6.8%范圍對(duì)襯砌混凝土的配合比參數(shù)和拌合物性能影響不大。

2）采用GP3、細(xì)骨料和GP3粗骨料+GS2細(xì)骨料組合均滿足C35襯砌混凝土配制強(qiáng)度，高云母含量的人工砂配置的襯砌混凝土抗壓強(qiáng)度與劈拉強(qiáng)度降低。同時(shí)隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)，襯砌混凝土抗壓強(qiáng)度與劈拉強(qiáng)度降低率逐漸下降。

3）襯砌混凝土彈性模量、軸拉強(qiáng)度與極限拉伸值與云母含量的關(guān)系與抗壓強(qiáng)度基本一致。高云母含量的人工砂配置的襯砌混凝土彈性模量、軸拉強(qiáng)度與極限拉伸值降低。

4）采用高云母含量片麻巖人工砂骨料配置的襯砌混凝土抗凍性能、抗?jié)B性能、抗氯離子滲透性能、抗硫酸鹽侵蝕性能呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但差異不大。

5）規(guī)范規(guī)定人工細(xì)骨料云母含量上限為2%，通過(guò)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，機(jī)制砂中云母含量為6.8%時(shí)可通過(guò)配合比達(dá)到C35W10F300強(qiáng)度要求。