石粉對(duì)C60混合砂混凝土力學(xué)性能和徐變的影響

楊劍勇，程曉凱

（山西太舊高速公路管理有限責(zé)任公司 平陽(yáng)管理中心，山西 陽(yáng)泉 045000）

0 引言

砂作為混凝土的必需原材料之一，用量占到混凝土總體積的30%，其質(zhì)量對(duì)于新拌及硬化混凝土的性能有著重要影響。隨著天然砂資源的日趨匱乏及政府部門(mén)對(duì)環(huán)境保護(hù)的加強(qiáng)，機(jī)制砂逐漸成為我國(guó)混凝土用砂的主要來(lái)源，部分地區(qū)機(jī)制砂的應(yīng)用比例已達(dá)50%[1]。機(jī)制砂是巖石經(jīng)機(jī)械破碎而成，其區(qū)別于天然砂的顯著特點(diǎn)是粒形尖銳、表面粗糙、級(jí)配不良，且含有一定數(shù)量（約10%～20%）的粒徑小于75 μm的石粉[2]。機(jī)制砂近年來(lái)越來(lái)越多地被用來(lái)與河砂混合使用作為細(xì)集料應(yīng)用于水泥混凝土工業(yè)中，配合比設(shè)計(jì)、石粉含量、級(jí)配等因素對(duì)混凝土性能都會(huì)產(chǎn)生不同的影響[3-4]。因此，本文開(kāi)展了不同石粉含量的混合砂混凝土的力學(xué)試驗(yàn)和徐變?cè)囼?yàn)，探究石粉含量對(duì)上述性能的影響，為機(jī)制砂、混合砂在實(shí)際工程中的應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

1 原材料和試驗(yàn)方法

1.1 原材料

a）水泥 華新水泥公司 P·Ⅱ52.5水泥，3 d、28 d 抗壓強(qiáng)度為 31.2 MPa、59.5 MPa。

b）粉煤灰 陽(yáng)邏電廠F類(lèi)I級(jí)粉煤灰，密度2.34 g/cm3，需水量比 93%。

c）礦渣粉 福建羅強(qiáng)建材公司S95級(jí)?；郀t礦渣粉，比表面積403 m2/kg，7 d、28 d混合砂漿活性指數(shù)為78%、102%。

表1 原材料的化學(xué)組成分析 wt%

d）粗集料 中建商混5～25 mm連續(xù)級(jí)配花崗巖碎石，表觀密度2710 kg/m3，壓碎值8.0%。

e）細(xì)集料 福建平潭花崗巖機(jī)制砂、閩江天然河砂。兩者篩分、物理力學(xué)性能測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2和圖1。

表2 機(jī)制砂與河砂的物理力學(xué)性能

圖1 機(jī)制砂、河砂顆粒級(jí)配曲線(xiàn)

f）外加劑 江蘇建科院聚羧酸高性能減水劑，固含量18.3%，減水率18.2%；引氣劑，固含量4.8%。

g）混凝土按56 d齡期C60強(qiáng)度等級(jí)設(shè)計(jì)，通過(guò)改變機(jī)制砂/河砂比例調(diào)整混合砂混凝土中石粉含量，混凝土配合比如表3。

表3 各組混凝土配合比

1.2 試驗(yàn)程序

新拌混凝土坍落度、擴(kuò)展度、含氣量按照GB/T 50080—2002標(biāo)準(zhǔn)[5]進(jìn)行測(cè)試。硬化混凝土抗壓強(qiáng)度、彈性模量、抗折強(qiáng)度按照GB/T 50081—2002標(biāo)準(zhǔn)[6]進(jìn)行測(cè)試，試件尺寸分別為150 mm×150 mm×150 mm，150 mm×150 mm×300 mm，100 mm×100 mm×400 mm。

混凝土徐變?cè)囼?yàn)按照 GB/T 50082—2009標(biāo)準(zhǔn)[7]進(jìn)行測(cè)試。徐變?cè)嚰?guī)格100 mm×100 mm×400 mm，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)至14 d開(kāi)始進(jìn)行徐變測(cè)試，徐變加載應(yīng)力取棱柱體試件抗壓強(qiáng)度的40%。

2 結(jié)果與討論

2.1 工作性

表4 新拌混凝土工作性

從表4可以看出，隨著細(xì)集料中機(jī)制砂比例的增加，石粉含量隨之增加，混凝土的坍落度有所降低，含氣量減小，工作性稍微變差。HHS0、HHS3、HHS5、HHS7中石粉含量分別為 0、3%、5%、7%，石粉粒徑細(xì)（ 小于 75 μm），比表面積大（ 270 m2/g），導(dǎo)致需水量增加，黏度增大，降低拌合物的流變性能，因此混合砂混凝土的流變性能隨石粉含量的增加而降低。另外，由于機(jī)制砂顆粒相比河砂更加尖銳、粗糙，因此造成新拌混凝土流動(dòng)時(shí)內(nèi)摩擦阻力增大，降低流動(dòng)性。

2.2 力學(xué)性能

圖2 石粉含量變化對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響

從圖2可以看出，隨著混合砂中石粉含量的增加，各組混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗壓彈性模量均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，其中混合砂中石粉含量為5%時(shí)，即：試樣HHS5的上述力學(xué)性能最優(yōu)。當(dāng)石粉含量從0提高到5%時(shí)，混凝土28 d齡期立方體抗壓強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度、抗壓彈性模量分別提高9.14%、1.96%、8.96%，混凝土56 d齡期抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度分別提高6.21%、16.98%?；旌仙盎炷亮W(xué)性能的提高原因在于：一方面適量的石粉在混凝土體系中能夠起到填充效應(yīng)，使水泥石更加密實(shí)，堵塞毛細(xì)孔擴(kuò)散通道，降低孔隙率，使得混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)更致密；另一方面，機(jī)制砂表面粗糙，可以增大其與水泥石的機(jī)械嚙合力，提高強(qiáng)度。

2.3 徐變

圖3 混合砂混凝土徐變度-齡期曲線(xiàn)

圖3給出了各組混凝土齡期與徐變度的關(guān)系圖?？梢钥闯觯焊鹘M混凝土徐變度與齡期具有對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系，隨著齡期的延長(zhǎng)徐變度均呈收斂趨勢(shì)變化。前3個(gè)月，徐變?cè)黾虞^快，90 d齡期各組混凝土徐變度達(dá)到180 d齡期徐變度的80%以上，之后徐變度只有微弱增加。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，HHS5與HHS0的徐變度較為接近，180 d徐變度大約為15.0×10-6MPa-1，HHS7的徐變度最大，為16.9×10-6MPa-1?；炷恋男熳兪芑炷林泄橇系奶匦院蜐{體數(shù)量的影響比較顯著，同時(shí)還受到混凝土強(qiáng)度的影響，一方面機(jī)制砂中的石粉增加了混凝土中漿體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，同時(shí)機(jī)制砂取代河砂使得混凝土的砂率有所提高，總體砂漿量的提高會(huì)增加混凝土徐變；另一方面，石粉的存在完善了微細(xì)集料的級(jí)配，填充了部分空隙，使混凝土結(jié)構(gòu)更加致密，提高了混凝土強(qiáng)度，降低了其變形性能，同時(shí)機(jī)制砂具有高的彈性模量，更加粗糙的表面和更多的棱角，且長(zhǎng)寬比大于天然砂，顆粒之間的嚙合力較強(qiáng)，對(duì)變形有一定的限制作用?；旌仙盎炷恋男熳冏冃问艿缴鲜鰞煞矫嬉蛩氐挠绊?，其中石粉含量變化起主要作用。

3 結(jié)論

a）混合砂中石粉含量的增加能夠降低新拌混凝土的工作性，增加拌合物的黏聚性。

b）隨著石粉含量的增加，混合砂混凝土的力學(xué)性能先增大后減小，在石粉含量為5%時(shí)力學(xué)性能最優(yōu)，主要是由于石粉的填充作用以及機(jī)制砂粗糙形貌增大了與水泥石之間的嚙合力。

c）混合砂中石粉含量在7%以?xún)?nèi)時(shí)，隨著石粉含量的增加，混凝土徐變度隨之增大主要是由于石粉增加了混凝土中漿體數(shù)量。