混合砂比例對(duì)T梁C55混凝土性能的影響

徐 鑫，陶元洪，吳振興，夏京亮

(1.中交隧道工程局有限公司，北京 100102；2.中國(guó)路橋工程有限責(zé)任公司，北京 100011；3.中國(guó)建筑科學(xué)研究院，北京 100013)

當(dāng)前，我國(guó)正在積極推進(jìn)“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)略，肯尼亞是“一帶一路”戰(zhàn)略東非布局的首站，蒙內(nèi)鐵路已建成通車，作為延長(zhǎng)線的內(nèi)馬鐵路正在建設(shè)?？夏醽喆蟛糠值貐^(qū)常年干旱，河流較少，河砂匱乏，內(nèi)馬鐵路工程采用機(jī)制砂是必然的選擇。機(jī)制砂是經(jīng)除土處理，由機(jī)械破碎、篩分制成的，粒徑小于4.75 mm的巖石、礦山尾礦或工業(yè)廢渣顆粒，但是不包括軟質(zhì)、風(fēng)化的顆粒。機(jī)制砂混凝土在鐵路工程線下工程(如涵洞基礎(chǔ)、墻身、八字墻、蓋板、橋梁樁基、墩柱等)中的應(yīng)用研究已較為充分，然而在鐵路工程上部結(jié)構(gòu)，尤其是T梁中的研究相對(duì)較少[1-6]。因此在內(nèi)馬鐵路T梁混凝土生產(chǎn)過(guò)程中考慮采用河砂與機(jī)制砂混合使用，減小機(jī)制砂對(duì)于T梁混凝土工作性的不利影響。該文研究了機(jī)制砂和河砂混合比例對(duì)于T梁C55混凝土工作性能和力學(xué)性能的影響。

1 試 驗(yàn)

1.1 原材料

1)水泥 采用CEM Ι 52.5水泥，執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)為EN 197-1，初凝155 min，終凝255 min，3 d和28 d抗壓強(qiáng)度分別為27.2 MPa、58.6 MPa，比表面積320 m2/kg。

2)粉煤灰 采用印度I級(jí)粉煤灰，細(xì)度 (45 μm篩余)10.1%，需水量比85%，燒失量1.45%。

3)細(xì)骨料 機(jī)制砂，內(nèi)馬鐵路料場(chǎng)生產(chǎn)，表觀密度2 840 kg/m3，吸水率1.6%，壓碎值5%，細(xì)度模數(shù)2.6，石粉含量6.1%，MB值0.9，級(jí)配見(jiàn)圖1；對(duì)比用河砂為肯尼亞河砂，細(xì)度模數(shù)2.5，級(jí)配見(jiàn)圖1。

4)粗骨料 內(nèi)馬鐵路料場(chǎng)生產(chǎn)5～20 mm連續(xù)級(jí)配碎石，巖性為玄武巖，母材強(qiáng)度160 MPa，表觀密度2 840 kg/m3，吸水率1.2%，壓碎值6%，針片狀含量3%。

5)減水劑 國(guó)內(nèi)某聚羧酸減水劑，固含量30%，減水率29.3%。

1.2 方案

試驗(yàn)用混凝土配合比見(jiàn)表1，保持混凝土用水量不變，調(diào)整減水劑用量使混凝土坍落度保持在(180±10) mm，配合比中用水量包括減水劑含水量。

表1 河砂機(jī)制砂對(duì)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試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行；力學(xué)性能按照GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行；長(zhǎng)期性能和耐久性能按照GB/T 50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)混凝土工作性能的影響

河砂與機(jī)制砂混合比例對(duì)T梁混凝土工作性的影響試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可以看出，隨著機(jī)制砂比例的增加，混凝土含氣量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，純機(jī)制砂混凝土含氣量比純河砂混凝土含氣量下降了21%，這主要是由于機(jī)制砂混凝土相對(duì)于河砂混凝土采用相同的減水劑，機(jī)制砂混凝土引氣比較困難，因此如果采用機(jī)制砂比例較高時(shí)，應(yīng)考慮在減水劑復(fù)配過(guò)程中適當(dāng)?shù)靥岣咭龤獬煞值暮?；隨著機(jī)制砂比例的增加，混凝土容重呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，純機(jī)制砂混凝土容重比純河砂混凝土容重增加了50 kg/m3、2%，增加比例并不大，這主要是由于該試驗(yàn)采用的機(jī)制砂表觀密度比河砂表觀密度大，另外機(jī)制砂比例增加混凝土含氣量減小，進(jìn)一步使混凝土容重增大； 由混凝土坍落度試驗(yàn)結(jié)果結(jié)合混凝土配合比情況可知，保持混凝土坍落度在(180±10) mm，減水劑用量隨著機(jī)制砂比例的增大而增加，另外即使減水劑用量增加，采用機(jī)制砂比例較高的混合砂配制的混凝土坍落度也呈下降趨勢(shì)，純機(jī)制砂混凝土坍落度比純河砂混凝土坍落度下降了6%，這主要是由于機(jī)制砂相對(duì)于河砂表面較為粗糙，級(jí)配較差。雖然通過(guò)調(diào)整減水劑用量，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，然而機(jī)制砂比例較大會(huì)使混凝土本身的粘度增大，不利于混凝土施工，因此應(yīng)綜合考慮，機(jī)制砂比例不宜過(guò)大。

表2 河砂與機(jī)制砂混合比例對(duì)T梁混凝土工作性的影響

2.2 對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

河砂與機(jī)制砂混合比例對(duì)T梁混凝土抗壓強(qiáng)度的影響試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3，由表3可以看出，各組混凝土1 d抗壓強(qiáng)度均較高，抗壓強(qiáng)度最低的為L(zhǎng)J-4組(河砂∶機(jī)制砂為6∶4)29.6 MPa，抗壓強(qiáng)度最高的為L(zhǎng)J-6組(河砂∶機(jī)制砂為4∶6)33.2 MPa，其他試驗(yàn)組1 d抗壓強(qiáng)度均大于30 MPa，純機(jī)制砂混凝土1 d抗壓強(qiáng)度比純河砂混凝土1 d抗壓強(qiáng)度增大了3%；各組混凝土28 d抗壓強(qiáng)度均大于65 MPa，滿足C55強(qiáng)度等級(jí)混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求，抗壓強(qiáng)度最低的為L(zhǎng)J-2組(河砂∶機(jī)制砂為8∶2)68.3 MPa，抗壓強(qiáng)度最高的為L(zhǎng)J-8組(河砂∶機(jī)制砂為2∶8)73.4 MPa，純機(jī)制砂混凝土28 d抗壓強(qiáng)度比純河砂混凝土28 d抗壓強(qiáng)度增大了2%，整體而言隨著機(jī)制砂比例的增大，混凝土抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。

表3 河砂與機(jī)制砂混合比例對(duì)比T梁混凝土抗壓強(qiáng)度

3 結(jié) 論

a.隨著混合砂中機(jī)制砂比例的增加，混凝土含氣量逐漸下降，混凝土容重和抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，保持混凝土坍落度在(180±10) mm，減水劑用量隨著機(jī)制砂比例的增大而增加，另外即使減水劑用量增加，采用機(jī)制砂比例較高的混合砂配制的混凝土坍落度也呈下降趨勢(shì)。

b.通過(guò)試驗(yàn)優(yōu)選河砂和機(jī)制砂5∶5的混合砂作為細(xì)骨料配制T梁C55混凝土，所配制的混凝土含氣量為3.5%，容重為2 460 kg/m3，坍落度170 mm，1 d、3 d、7 d、14 d、28 d抗壓強(qiáng)度分別為31.9 MPa、43.6 MPa、55.1 MPa、64.6 MPa、71.5 MPa。

[1] 徐 健,蔡基偉,王稷良,等.人工砂與人工砂混凝土的研究現(xiàn)狀[J].建材世界,2004,25(3):20-24.

[2] 李北星,周明凱.石灰?guī)r機(jī)制砂中石粉作摻和料對(duì)混凝土工作性和強(qiáng)度的影響[J].公路,2007(12):141-145.

[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].武漢：武漢理工大學(xué),2008.

[4] 周 霄,郭 凱,李修坤,等.膨脹劑在高石粉機(jī)制砂C80鋼管混凝土中的應(yīng)用研究[J].建材世界,2017,38(5):63-67.

[5] 岳海軍，李北星，周明凱，等.水泥混凝土用機(jī)制砂的級(jí)配探討與試驗(yàn)[J].混凝土，2012(3)：91-94.

[6] 趙淮生.混合砂配制高性能混凝土在鐵路工程中的應(yīng)用[J].鐵道建筑，2010(8)：147-150.