滇東北地區(qū)C50機(jī)制砂混凝土耐久性試驗(yàn)研究

李嵩林，鄭　值，耿　波

（1.招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司，重慶市 400067；2.重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院，重慶市400074）

滇東北地區(qū)C50機(jī)制砂混凝土耐久性試驗(yàn)研究

李嵩林1，鄭值2，耿波1

（1.招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司，重慶市 400067；2.重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院，重慶市400074）

依托滇東北某高速公路項(xiàng)目，試驗(yàn)研究了在不同石粉含量、粉煤灰摻量下，C50機(jī)制砂混凝土的抗?jié)B性和抗凍性，得到了石粉、粉煤灰對(duì)機(jī)制砂混凝土耐久性的影響規(guī)律，可為高強(qiáng)度機(jī)制砂混凝土在工程中的應(yīng)用提供依據(jù)。

機(jī)制砂；石粉；粉煤灰；抗?jié)B性；抗凍性

0　引　言

抗?jié)B性和抗凍性是衡量機(jī)制砂混凝土耐久性的重要指標(biāo)，石粉的含量會(huì)影響其抗?jié)B性和抗凍性。通常認(rèn)為適量的石粉可使機(jī)制砂混凝土具有很好的粘聚性和保水性，石粉填充了界面的空隙，阻斷了可能形成的滲透通路，使混凝土的抗?jié)B性得到改善。研究表明，對(duì)于低強(qiáng)度等級(jí)的機(jī)制砂混凝土，當(dāng)石粉含量較低時(shí)，混凝土漿體含量少，石粉可以起到微集料效應(yīng)，增加混凝土的密實(shí)性，提高抗?jié)B性能;當(dāng)石粉含量較高時(shí)，石粉對(duì)水泥比例過(guò)高，破壞了混凝土的堆積效果，同時(shí)水泥對(duì)石粉不能充分包裹，致使混凝土抗?jié)B能力下降，尤其是當(dāng)石粉含量達(dá)到20%,其抗?jié)B性能急劇下降[1]。對(duì)于高強(qiáng)度等級(jí)的機(jī)制砂混凝土，田建平等人采用不同石粉摻量(3.5%、7%、10.5%、14%)與不同粉煤灰摻量（0%、11%、17%)配制C60機(jī)制砂混凝土，研究其耐久性，結(jié)果表明當(dāng)石粉摻量7%，粉煤灰摻量11%時(shí)配制的混凝土耐久性最優(yōu)[2]。同時(shí)提出高標(biāo)號(hào)混凝土可以通過(guò)復(fù)摻粉煤灰和石粉，來(lái)改善其工作性和耐久性。并且他還提出石粉含量并不影響C60機(jī)制砂混凝土的高性能，當(dāng)MB值小于1.4時(shí)石粉含量可以放寬到10.5%[3]。李北星等人采用石粉含量在3.5%～14%的石灰?guī)r機(jī)制砂配制C60高性能混凝土，研究石粉含量對(duì)其工作性、強(qiáng)度、耐久性的影響,試驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)石粉含量在7%～10. 5%，混凝土抗?jié)B性能最優(yōu)[4]。在抗凍性方面有的人卻持有不同的意見(jiàn)。王稷良等認(rèn)為由于機(jī)制砂的多棱角性，有助于提高硬化混凝土顆粒之間的咬合作用，即使在石粉和水泥的比例較高的情形下，混凝土的強(qiáng)度也沒(méi)有明顯下降，但這種咬合力對(duì)于抵抗由于內(nèi)部應(yīng)力產(chǎn)生的凍融破壞時(shí)就沒(méi)有那么明顯的作用[3]。因此低強(qiáng)度機(jī)制砂水泥混凝上抗凍性隨著石粉含量的增加而下降。而洪錦祥等研究結(jié)果表明，當(dāng)石粉含量不大于24%時(shí)，隨著石粉含量的增加，混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗凍性和抗?jié)B性越好，與普通混凝土相比，機(jī)制砂混凝土的收縮變形、碳化和抗銹蝕方面差別不大,并認(rèn)為機(jī)制砂混凝土性能的提高是由于石粉的填充效應(yīng)降低了孔隙率從而改善了孔結(jié)構(gòu)、吸水效應(yīng)，降低了實(shí)際水膠比、活性效應(yīng)，提高了顆粒與水化物之間的粘結(jié)強(qiáng)度、晶核效應(yīng)[5]。但張桂梅等人研究石粉對(duì)低強(qiáng)度等級(jí)混凝土影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)20%石粉含量的機(jī)制砂混凝土質(zhì)量損失和強(qiáng)度損失均大于12%石粉含量的，且經(jīng)50次凍融循環(huán)后20%石粉含量的機(jī)制砂混凝土強(qiáng)度損失比12%含量的高出10.3%[6]。上述規(guī)律普遍反映在中低強(qiáng)度混凝土領(lǐng)域，石粉含量對(duì)高強(qiáng)度等級(jí)的機(jī)制砂混凝土上述性能的影響規(guī)律如何，以及關(guān)于機(jī)制砂混凝土在干縮、彈性模量、耐久性、徐變、早期塑性收縮等性能的變化規(guī)律需進(jìn)一步的研究。

為探究石粉對(duì)機(jī)制砂混凝土耐久性的影響及其適宜含量，本文針對(duì)滇東地區(qū)C50機(jī)制砂混凝土石粉和粉煤灰的不同含量試驗(yàn)研究其耐久性影響規(guī)律，為機(jī)制砂在工程運(yùn)用中合理控制各摻量提供參考。

1　試驗(yàn)配比工況

針對(duì)C50高強(qiáng)度機(jī)制砂混凝土，試驗(yàn)采用的幾種配合比方案如下：機(jī)制砂為綱紀(jì)石料廠所生產(chǎn)，石粉含量采用以下三種：5%、7%、10%、原砂（未除粉，石粉含量12%左右）；粉煤灰摻量采用以下兩種：15%和0；其余基本參數(shù)取值分別為：膠凝材料用量500kg/m3，水膠比在0.32，砂率39%，減水劑摻量1.1%，見(jiàn)表1。

表1　混凝土耐久性試驗(yàn)工況

2.1抗?jié)B性試驗(yàn)方法及試驗(yàn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

抗?jié)B性試驗(yàn)選用電通量法，其原理是將直徑97mm×50mm的混凝土試樣經(jīng)真空飽水后，在標(biāo)準(zhǔn)夾具下，通過(guò)0.3mol/L的NaOH溶液和質(zhì)量濃度3%的NaCl溶液給混凝土試樣施加60V直流電，正負(fù)離子會(huì)在電場(chǎng)的作用下發(fā)生遷移，通電6h，根據(jù)渡過(guò)的電量來(lái)反映混凝土的抗?jié)B性。

試驗(yàn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：通過(guò)測(cè)定6h內(nèi)通過(guò)混凝土的電量高低可以判斷混凝土的抗氯離子滲透能力，其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2　根據(jù)電通量評(píng)價(jià)混凝土抗?jié)B性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2.2抗凍性試驗(yàn)方法

抗凍性試驗(yàn)依據(jù)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》JTGE30-2005。試驗(yàn)盒采用橡膠盒，凈截面尺寸為110mm×110mm，高500mm；采用動(dòng)彈性模量測(cè)定儀，共振法頻率測(cè)量范圍100～ 20kHz。

試件采用100mm×100mm×400mm的棱柱體混凝土試件，每組3根，在試驗(yàn)過(guò)程中可連續(xù)使用，按T0551《水泥混凝土試件制作與硬化水泥混凝土現(xiàn)場(chǎng)取樣方法》規(guī)定進(jìn)行試件的制作和養(yǎng)護(hù)。試驗(yàn)齡期為28d。在規(guī)定齡期的前4d，將試件放在20℃±2℃的飽和石灰水中浸泡，水面至少高出試件20mm，浸泡4d后進(jìn)行凍融試驗(yàn)；當(dāng)凍融至300次循環(huán)或試件的相對(duì)動(dòng)彈性模量下降至60%以下或試件的質(zhì)量損失率達(dá)5%，停止試驗(yàn)。

3　試驗(yàn)結(jié)果及分析

混凝土電通量測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

表3　混凝土電通量測(cè)試結(jié)果

從表3可知：（1）各組混凝土試件6h電通量測(cè)試結(jié)果都小于1000C，氯離子滲透性性處于非常低的水平；（2）配合比基本參數(shù)相同的情況下，石粉含量在5%時(shí)，電通量達(dá)到最小值，之后隨著石粉含量的增加，電通量呈增加的趨勢(shì)；（3）摻入粉煤灰后，電通量會(huì)相應(yīng)的增大。

根據(jù)表中的結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)幾點(diǎn)規(guī)律：上述所有C50機(jī)制砂混凝土的6h通電量均小于1000C，反映出氯離子擴(kuò)散能力處于非常低的水平，符合耐久性混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。隨著石粉含量增加，機(jī)制砂混凝土的氯離子擴(kuò)散能力逐步增大，抗?jié)B性能逐步降低。在石粉含量同為5%或7%的情況下，摻入15%粉煤灰的機(jī)制砂混凝土的氯離子滲透性較未摻入粉煤灰機(jī)制砂混凝土的大。而在粉煤灰含量同為15%或不摻入粉煤灰的情況下，7%石粉含量的機(jī)制砂混凝土較5%含量的機(jī)制砂混凝土氯離子滲透性大。說(shuō)明粉煤灰對(duì)機(jī)制砂混凝土的抗?jié)B性能約有影響，但不起主導(dǎo)作用；石粉含量增加才會(huì)導(dǎo)致機(jī)制砂混凝土抗?jié)B性能降低。

抗凍性試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

從表4和圖1可知：（1）經(jīng)過(guò)300次凍融循環(huán)后，各組混凝土的相對(duì)動(dòng)彈性模量都略有下降，但都大于90%，說(shuō)明它們都具有良好的抗凍性；（2）隨著石粉含量的增加，機(jī)制砂混凝土的相對(duì)動(dòng)彈性模量幾乎沒(méi)有差異，說(shuō)明石粉含量的變化對(duì)混凝土抗凍性影響甚微；（3）與未摻粉煤灰的機(jī)制砂混凝土抗凍試驗(yàn)相對(duì)動(dòng)彈性模量相比，摻15%粉煤灰的機(jī)制砂混凝土的抗凍性略有降低，影響不大。

表4　抗凍性試驗(yàn)結(jié)果

圖1　石粉含量對(duì)混凝土抗凍性影響

4　結(jié)論

（1）C50機(jī)制砂混凝土抗?jié)B性試驗(yàn)表明，各組混凝土試件6h電通量測(cè)試結(jié)果都小于1000C，氯離子滲透性處于非常低的水平，符合耐久性混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。

（2）C50機(jī)制砂混凝土抗凍性試驗(yàn)表明，經(jīng)過(guò)300次凍融循環(huán)后，各組混凝土的相對(duì)動(dòng)彈性模量都略有下降，但都大于90%，說(shuō)明它們都具有良好的抗凍性。

（3）機(jī)制砂石粉含量在5%～12%范圍變化時(shí)，隨著石粉含量的增加，C50機(jī)制砂混凝土的抗?jié)B性和抗凍性呈降低趨勢(shì)，但影響較小。

（4）與未摻粉煤灰的機(jī)制砂混凝土抗凍試驗(yàn)相對(duì)動(dòng)彈性模量相比，摻15%粉煤灰的高強(qiáng)度機(jī)制砂混凝土的抗?jié)B性和抗凍性略有降低，但影響較小。

[1]李興貴.高石粉含量人工砂在混凝土中的應(yīng)用研究[J].建筑材料學(xué)報(bào),2004,7(1):66-71.

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[3]王稷良.機(jī)制砂特性對(duì)混凝土性能的影響及機(jī)理研究[D].湖北武漢:武漢理工大學(xué),2008.

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[5]孫永濤.機(jī)制砂及其混凝土的應(yīng)用研究[D].四川成都:西南交通大學(xué),2010.

[6]吳明威,付兆崗,李鐵翔,等.機(jī)制砂混凝土中石粉含量對(duì)混凝土性能影響試驗(yàn)研究[J].鐵建建筑技術(shù),2004(4):46-50.

U414

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1009-7716（2016）11-0120-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.11.034

2016-07-11

李嵩林（1987-），男，重慶人，碩士，工程師，從事公路橋梁科技與設(shè)計(jì)工作。