風(fēng)積砂混凝土基本力學(xué)性能及影響機(jī)理

李玉根, 張慧梅, 劉光秀, 胡大偉, 馬向榮

(1.西安科技大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院, 陜西 西安 710054; 2.榆林學(xué)院 建筑工程學(xué)院, 陜西 榆林 719000; 3.榆林學(xué)院 化學(xué)與化工學(xué)院, 陜西 榆林 719000)

砂子是混凝土的主要原材料之一,被譽(yù)為“建筑業(yè)的小米”.巖石風(fēng)化顆粒經(jīng)水流的沖刷、搬運(yùn)等作用,淤積在河道內(nèi)形成的天然河砂,顆粒粗大、級(jí)配較好[1-2],一直以來(lái)是建筑用砂的主要來(lái)源.近年來(lái),中國(guó)混凝土用量已超過(guò)60億t/a[3],并呈逐年上漲趨勢(shì),造成河砂資源逐漸枯竭、價(jià)格瘋漲及河道環(huán)境劣化.為緩解“供需矛盾”,工程界嘗試用機(jī)制砂、風(fēng)積砂等配制混凝土,取得了一定成果.風(fēng)積砂作為一種被風(fēng)自然搬運(yùn)、沉積的砂性材料[4-5],開采方便、價(jià)格低廉,將是未來(lái)混凝土細(xì)骨料的主要來(lái)源[6-7].

中國(guó)是世界上沙漠面積最大的國(guó)家之一,有近80.89萬(wàn)km2沙漠面積,約占國(guó)土面積的8.43%,主要分布在西北、華北和東北的干旱、半干旱地區(qū)[8].陜北地處毛烏素沙漠南緣,地表有豐富的風(fēng)積砂資源.然而，長(zhǎng)期以來(lái)人們對(duì)風(fēng)積砂的利用認(rèn)識(shí)不足,建筑用砂需要從外地采購(gòu)、運(yùn)輸,導(dǎo)致建設(shè)成本增加.近年來(lái),國(guó)內(nèi)外學(xué)者就風(fēng)積砂工程適用性開展了初步研究,得到一些有益結(jié)論.Zhang等[9]研究表明,用適量風(fēng)積砂替代普通河砂，可以配制出技術(shù)性質(zhì)滿足工程實(shí)際需要的混凝土.Khay等[10]成功將撒哈拉沙漠風(fēng)積砂用于路面建設(shè),拓寬了路用混凝土材料來(lái)源.

中國(guó)對(duì)風(fēng)積砂混凝土的研究起步較晚,內(nèi)容主要涉及配合比設(shè)計(jì)及耐久性等.劉海峰等[11]、董偉等[12]發(fā)現(xiàn),混凝土抗壓強(qiáng)度隨風(fēng)積砂摻量的增加經(jīng)歷了“先增大后減小”的過(guò)程,這與楊維武等[13]基于正交試驗(yàn)所得用風(fēng)積砂配制混凝土存在最優(yōu)配合比的結(jié)論一致.李根峰等[14]、薛慧君等[15]發(fā)現(xiàn),摻入適量風(fēng)積砂粉體可以改善混凝土內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu),延長(zhǎng)其使用壽命.

上述成果表明,摻入適量風(fēng)積砂對(duì)于提高混凝土性能有益.但Seif[6]、Al-Harthy等[16]發(fā)現(xiàn),風(fēng)積砂對(duì)于混凝土力學(xué)性能僅有削弱作用(亦即強(qiáng)度隨風(fēng)積砂摻量的增大而減小).造成影響差異的主要原因在于,不同的沙漠,即使是同一沙漠的不同區(qū)段,顆粒組成、礦物組成等亦相差較大[17].這些差異正是導(dǎo)致混凝土力學(xué)性能變化的主要原因.

目前,關(guān)于風(fēng)積砂摻量對(duì)混凝土力學(xué)性能影響機(jī)理的分析有待深入,風(fēng)積砂混凝土強(qiáng)度預(yù)測(cè)(強(qiáng)度-齡期)模型較少,考慮砂子細(xì)度模數(shù)或者比表面積影響的強(qiáng)度模型更是鮮有報(bào)道,為本文研究留有廣泛空間.

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用河砂為中砂,細(xì)度模數(shù)為2.3,表觀密度為2580kg/m3,吸水率(質(zhì)量分?jǐn)?shù),文中涉及的吸水率、水灰比等除特別說(shuō)明外均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)或者質(zhì)量比)為0.8%,pH值為7.05.風(fēng)積砂(混合砂)采自陜西神木大保當(dāng)及榆陽(yáng)區(qū)城郊天然沙漠地表,細(xì)度模數(shù)分別為1.6、0.9,表觀密度分別為2605、2592kg/m3,pH值分別為7.49、7.41,吸水率分別為1.5%、2.1%.各試驗(yàn)用砂含泥量符合規(guī)范要求,級(jí)配曲線如圖1(a)所示.石子為級(jí)配碎石,粒徑介于5～20mm,5～10mm 及10～20mm顆粒質(zhì)量比為3∶7.水泥為內(nèi)蒙古產(chǎn)草原牌P·O 42.5R普通硅酸鹽水泥,表觀密度為3145kg/m3,標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量28.6%,體積安定性合格,3、28d抗壓強(qiáng)度分別為23.5、56.1MPa,抗折強(qiáng)度分別為4.8、9.1MPa.外加劑為賽利雅牌引氣劑,有輕微減水效益.

1.2 配合比設(shè)計(jì)

參照J(rèn)GJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》,用一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的風(fēng)積砂(0%、10%、20%、30%、40%、50%、100%)等質(zhì)量代替河砂，配制強(qiáng)度等級(jí)為C40、水灰比為0.45、砂率為0.32的風(fēng)積砂混凝土,研究風(fēng)積砂摻量ws對(duì)混凝土基本力學(xué)性能的影響規(guī)律,以揭示影響機(jī)理.配合比設(shè)計(jì)如表1所示,各組試驗(yàn)用砂的級(jí)配曲線如圖1(b)所示.

圖1 試驗(yàn)用砂級(jí)配曲線Fig.1 Particle size distributions of sand

表1 風(fēng)積砂混凝土配合比設(shè)計(jì)Table 1 Mix proportion of aeolian sand concrete kg/m3

1.3 試驗(yàn)方法

制作尺寸為100mm×100mm×100mm的立方體試件,養(yǎng)護(hù)至既定齡期(3、7、14、21、28、35、42d)后,用壓力試驗(yàn)機(jī)測(cè)試其抗壓強(qiáng)度,分析混凝土抗壓強(qiáng)度(fc)與風(fēng)積砂摻量ws、砂子細(xì)度模數(shù)(Mx)及比表面積(Ss)間的關(guān)系,確立強(qiáng)度預(yù)測(cè)模型.對(duì)28d齡期試件,用MacroMR12-150H-Ⅰ型核磁共振儀(NMR)測(cè)試孔徑分布,用CT機(jī)切片分析初始損傷,用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察界面區(qū)結(jié)構(gòu)及水化產(chǎn)物微觀形貌,揭示影響機(jī)理.

2 結(jié)果與討論

2.1 風(fēng)積砂混凝土基本力學(xué)特性

風(fēng)積砂混凝土抗壓強(qiáng)度與風(fēng)積砂摻量及養(yǎng)護(hù)齡期間的關(guān)系如圖2所示.由圖2可見：混凝土抗壓強(qiáng)度隨風(fēng)積砂摻量的增加經(jīng)歷了“先增大后減小”的過(guò)程,當(dāng)摻量為10%～30%時(shí),風(fēng)積砂混凝土抗壓強(qiáng)度均高于普通混凝土(A組);當(dāng)摻量為20%時(shí),混凝土抗壓強(qiáng)度最高,表明風(fēng)積砂可以作為建筑用砂,適量替代河砂可配置出力學(xué)性能優(yōu)越的混凝土;風(fēng)積砂混凝土抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律與普通混凝土相似,各試件強(qiáng)度前期增長(zhǎng)速率明顯快于中后期.

圖2 混凝土抗壓強(qiáng)度與風(fēng)積砂摻量及養(yǎng)護(hù)齡期間的關(guān)系Fig.2 Relation among compressive strength of concrete,aeolian sand content and curing ages

由圖2(a)還可以看出：除100%摻量試件外,其他組前7d強(qiáng)度均高于普通混凝土;7d后,普通混凝土強(qiáng)度逐步提高,但28d強(qiáng)度仍低于10%～30%摻量組風(fēng)積砂混凝土;40%～100%摻量組風(fēng)積砂混凝土28d強(qiáng)度雖低于普通混凝土,但均滿足既定配制強(qiáng)度40MPa;28d后,各組混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)趨于穩(wěn)定.20%摻量風(fēng)積砂混凝土3d強(qiáng)度較普通混凝土比提高了約15.0%,7d強(qiáng)度提高了約11.0%,28d 強(qiáng)度提高了約8.0%,42d強(qiáng)度提高約6.7%.

風(fēng)積砂等質(zhì)量代替河砂,其實(shí)質(zhì)是改變了細(xì)骨料的粗細(xì)程度(亦即細(xì)度模數(shù)Mx)及比表面積Ss[18].分析風(fēng)積砂混凝土抗壓強(qiáng)度與砂子細(xì)度模數(shù)及比表面積間的關(guān)系,對(duì)實(shí)際工程有較大指導(dǎo)意義.混凝土抗壓強(qiáng)度與砂子細(xì)度模數(shù)及比表面積間的關(guān)系如圖3、4所示.

由圖3(b)、圖4(b)可見：當(dāng)水灰比及砂率一定時(shí),混凝土抗壓強(qiáng)度隨砂子細(xì)度模數(shù)的增加經(jīng)歷了“先增大后減小”的過(guò)程,這與文獻(xiàn)[19]所得結(jié)論一致;抗壓強(qiáng)度與砂子比表面積間呈現(xiàn)出相同的變化>規(guī)律;砂子細(xì)度模數(shù)為2.06、比表面積為59.07cm2/g(亦即風(fēng)積砂摻量為20%)時(shí),混凝土抗壓強(qiáng)度最高;3、7、14、21、28、35、42d強(qiáng)度分別為28.3、42.9、47.9、51.2、55.3、55.7、55.9MPa.風(fēng)積砂改變混凝土基本力學(xué)性能的可能原因在于,其改變了混凝土內(nèi)部的孔隙分布情況、骨料與漿體間結(jié)合裂縫寬度及ITZ結(jié)構(gòu).

圖3 砂子細(xì)度模數(shù)與風(fēng)積砂摻量及混凝土強(qiáng)度間的關(guān)系Fig.3 Relation among the Mx, ws and fc

圖4 砂子比表面積與風(fēng)積砂摻量及混凝土強(qiáng)度間的關(guān)系Fig.4 Relation among the Ss, ws and fc

2.2 風(fēng)積砂混凝土微(細(xì))觀表征

2.2.1孔隙結(jié)構(gòu)

混凝土是典型的多孔介質(zhì)材料,內(nèi)部孔隙率及孔徑(d)分布范圍(物理結(jié)構(gòu))與力學(xué)特性密切相關(guān).吳中偉[20]將混凝土內(nèi)部的孔隙分為無(wú)害孔(d≤20nm)、少害孔(20nm

由圖5(a)可見：不同摻量風(fēng)積砂混凝土T2譜的峰寬、起峰位置、峰的數(shù)量及各峰面積占比等有一定差異,但均以第1峰面積占比為主(占比達(dá)76%以上);峰隨風(fēng)積砂摻量的增加有右移趨勢(shì).按吳中偉[20]的觀點(diǎn),混凝土中無(wú)害孔含量最高,約占孔隙總量的一半以上,少害孔含量次之,有害孔最少(見圖5(c)).各類孔隙含量隨風(fēng)積砂摻量間呈現(xiàn)出不同的變化規(guī)律：無(wú)害孔含量隨其值的增加“先增大后減小”,多害孔含量則呈反趨勢(shì)變化;有害孔含量隨其值的增大而增大.

圖6給出了混凝土抗壓強(qiáng)度增量Δfc與孔隙率增量間的關(guān)系.由圖6不難看出,混凝土強(qiáng)度增量與有害孔隙率增量間有較好的線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)R2=0.913.這較好解釋了圖5(b)中40%摻量風(fēng)積砂混凝土總孔隙率大于50%摻量試樣,但強(qiáng)度反而高于50%摻量試樣的原因.這也表明,混凝土強(qiáng)度是孔隙分布范圍、整體孔隙率大小等共同作用的結(jié)果.

圖5 風(fēng)積砂混凝土T2譜、孔隙率及孔隙分布Fig.5 Distribution of T2 spectra, pore ratio and classification of concrete pore size

圖6 混凝土強(qiáng)度增量與孔隙率增量間的關(guān)系Fig.6 Relation between pore ratio and strength increment of concrete

2.2.2ITZ結(jié)構(gòu)及水化產(chǎn)物形貌

混凝土中ITZ的結(jié)構(gòu)形態(tài)、水泥水化產(chǎn)物的微觀物理結(jié)構(gòu)及孔隙分布等亦對(duì)混凝土強(qiáng)度有較大影響.NMR無(wú)損檢測(cè)后,從試樣中切割尺寸約為15mm×15mm×5mm的小塊,經(jīng)超聲波清洗干凈后，用SEM分析漿體與骨料間結(jié)合裂縫及ITZ結(jié)構(gòu),觀察水化產(chǎn)物微觀形貌,結(jié)果如圖7所示.

由圖7(a)～(c)可見：普通混凝土(風(fēng)積砂摻量為0%)及100%摻量風(fēng)積砂混凝土骨料與漿體接觸界面間,均存在結(jié)合裂縫,100%摻量試樣尤為明顯,最大縫寬約為2～3μm;20%摻量風(fēng)積砂試樣在同樣倍數(shù)下未觀察到明顯的結(jié)合裂縫.就界面區(qū)結(jié)構(gòu)而言,20%摻量風(fēng)積砂試樣結(jié)構(gòu)最為致密,孔隙細(xì)小、孤立,有少量微裂縫,少見連通的大孔隙或大裂縫,沒有明顯的薄弱區(qū);普通混凝土及100%摻量風(fēng)積砂混凝土界面區(qū)均可看到明顯的薄弱區(qū),普通混凝土試樣內(nèi)可見連通的大孔隙及少量收縮微裂縫;100%摻量試樣結(jié)構(gòu)最為松散,可觀察到明顯的大裂縫.混凝土的這種微觀界面結(jié)構(gòu)在一定程度上反映了其宏觀力學(xué)特性.

由圖7(d)～(f)可見：不同摻量風(fēng)積砂混凝土水化產(chǎn)物(MHP)的微觀物理形貌亦有較大差異,普通混凝土中可以觀察到較多孔隙(孔洞),水化產(chǎn)物或交織成網(wǎng),或呈片層狀分布,密實(shí)性較好;20%摻量試樣(最優(yōu)摻量組)中水化產(chǎn)物基本形成一個(gè)整體,未觀察到明顯的裂縫或是孔隙,密實(shí)度最好;100%摻量風(fēng)積砂混凝土中,可以觀察到少量片層狀結(jié)構(gòu)水化產(chǎn)物及一些較大孔洞或是裂縫,結(jié)構(gòu)松散,整體性差,密實(shí)度低.這種微觀缺陷程度與混凝土宏觀力學(xué)特性大小相對(duì)應(yīng).

圖7 風(fēng)積砂混凝土界面區(qū)結(jié)構(gòu)及水化產(chǎn)物SEM微觀形貌Fig.7 SEM micrographs of ITZ structure and hydration products of aeolian sand concrete

2.3 風(fēng)積砂摻量對(duì)混凝土力學(xué)特性的影響機(jī)理

上述結(jié)果表明,風(fēng)積砂摻入后改變了混凝土內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)、ITZ結(jié)構(gòu)及水化產(chǎn)物形貌,進(jìn)而影響混凝土的宏觀力學(xué)特性,下面詳細(xì)說(shuō)明風(fēng)積砂摻量對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響機(jī)理.

2.3.1增強(qiáng)機(jī)理

不同顆粒級(jí)配的砂子對(duì)石子有不同的“干涉”(擠開)效應(yīng)(見圖8).適量風(fēng)積砂能改變混凝土內(nèi)部孔徑分布范圍及界面區(qū)結(jié)構(gòu)的機(jī)理在于：

(1)與河砂比,風(fēng)積砂粒徑細(xì)小,適量加入后改善了混凝土骨料級(jí)配,使風(fēng)積砂、河砂及石子間粒徑尺寸近似滿足Horsfield密實(shí)堆積理論,實(shí)現(xiàn)了不同粒徑顆粒間相互填隙;加之在混凝土振搗成型時(shí)風(fēng)積砂顆粒更易重排、嵌擠而達(dá)到最佳密實(shí)狀態(tài)[17],進(jìn)而提高了集料堆積時(shí)所形成的“四角孔”的密實(shí)度(圖8(a)表示粗骨料間“四角孔”位置,圖8(b)、8(c)表示不同類型砂子的填充效應(yīng)),減小了粗骨料間的孔隙體積.

(2)風(fēng)積砂較河砂表面渾圓、粒徑差異較小,可以發(fā)揮“滾珠”效應(yīng),降低混凝土成型時(shí)漿液與骨料間的摩擦力,減少用于潤(rùn)滑的水分?jǐn)?shù)量,增加漿體的流動(dòng)性,使?jié){液更易進(jìn)入孔隙內(nèi)部.加之摻入適量風(fēng)積砂后,細(xì)骨料對(duì)石子的擠開效應(yīng)減弱(見圖8(d)),骨料間的孔隙體積減小,亦即用于填充孔隙的漿體數(shù)量減少,用于包裹骨料的漿液數(shù)量增加,從而使水泥石結(jié)構(gòu)的密實(shí)度提高.

圖8 砂子干涉(擠開)骨料機(jī)理示意圖Fig.8 Mechanism schematic diagram of sand interference(extrusion) aggregate

(3)混凝土成型時(shí)骨料及水分運(yùn)動(dòng)方向不同,會(huì)在骨料表面產(chǎn)生“微區(qū)泌水”效應(yīng),尤其是易在骨料下部形成水囊(最終形成孔隙).風(fēng)積砂粒徑細(xì)小,比表面積較大,適量摻入后可以減小骨料表面的水分富集量及水膜厚度,使“微區(qū)泌水”效應(yīng)減弱.同時(shí),混凝土振搗時(shí)會(huì)在骨料,尤其是砂子底部有氣泡滯留[21](見圖9),砂子粒徑越大,滯留越明顯.適量風(fēng)積砂顆粒既可減小氣泡滯留數(shù)量,又可使滯留的大氣泡分散成小氣泡(最終形成不連通的小孔隙),從而使混凝土內(nèi)部無(wú)害孔等小孔隙含量增加,ITZ結(jié)構(gòu)改善.圖5(c)中20%摻量風(fēng)積砂混凝土內(nèi)部孔隙分布范圍及圖7(b)中ITZ結(jié)合裂縫寬度與結(jié)構(gòu)形態(tài)很好地證明了這一點(diǎn).

圖9 骨料周圍氣泡滯留示意圖Fig.9 Schematic of bubble retained around the aggregate

2.3.2弱化機(jī)理

當(dāng)摻量過(guò)多時(shí),風(fēng)積砂將變成主要集料.一方面造成集料級(jí)配不良甚至是缺失(如100%摻量時(shí)幾乎不含0.315mm以上顆粒),對(duì)粗骨料的“干涉”(擠開)作用甚微(見圖8(d)),反而易被擠出形成孔隙[22];或是較集中分布于石子表面附近,使其表面吸附的水分連成更大囊區(qū),“微區(qū)泌水”現(xiàn)象加劇,在后期水化過(guò)程中形成薄弱結(jié)構(gòu).另一方面,風(fēng)積砂比河砂有更大的比表面積及較強(qiáng)的吸水性,摻入過(guò)量會(huì)使體系中有效水灰比下降,使用于填充孔隙及包裹骨料的漿液變少,從而導(dǎo)致水泥石密實(shí)度下降,有害孔含量增大.

為獲得混凝土內(nèi)部真實(shí)物理結(jié)構(gòu),對(duì)28d齡期各試樣進(jìn)行CT切片掃描,分析內(nèi)部初始缺陷(損傷).經(jīng)用Mimics軟件對(duì)CT圖像進(jìn)行閾值分割(缺陷閾值范圍為-521～800Hu[23]),獲得混凝土內(nèi)部初始缺陷(損傷)分布情況,結(jié)果如圖10所示(受拍攝精度影響,過(guò)小的孔隙及界面區(qū)結(jié)合裂縫未明顯顯現(xiàn)出來(lái)).

圖10 風(fēng)積砂混凝土CT切片圖樣Fig.10 CT slice patterns of aeolian sand concrete

由圖10可見：各試樣在受荷前已存在不同程度的初始損傷(孔隙、裂縫對(duì)截面有削弱作用,視為損傷),使有效受荷面積及作用于受荷截面上的應(yīng)力發(fā)生變化,尤其是較大孔隙處極易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象,從而造成力學(xué)特性差異.本例中各試樣有效受荷面積大小依次為：S20%>S0%>S100%,正好與三者間宏觀強(qiáng)度大小相對(duì)應(yīng).

3 風(fēng)積砂混凝土抗壓強(qiáng)度預(yù)測(cè)模型

確立混凝土抗壓強(qiáng)度與養(yǎng)護(hù)齡期間的關(guān)系,對(duì)工程實(shí)踐有重要指導(dǎo)意義.ACI committee 209[24]、程多松等[25]、Alhaz Uddin等[26]提出多種考慮齡期增長(zhǎng)的混凝土強(qiáng)度模型.其中ACI經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?式(1)),具有“(1)fc(0)=0,即曲線經(jīng)過(guò)(0,0)點(diǎn);(2)一階導(dǎo)數(shù)連續(xù);(3)單調(diào)遞增,有界”3個(gè)顯著特征[27],能更好地描述混凝土強(qiáng)度f(wàn)cu(t)發(fā)展規(guī)律.對(duì)圖2(b) 中的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析,發(fā)現(xiàn)其與ACI經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵恢滦暂^好,相關(guān)系數(shù)R2在0.988以上.

(1)

式中：t為養(yǎng)護(hù)齡期,d;a、b為回歸系數(shù),a+28b=28;fcu,28為混凝土28d立方體抗壓強(qiáng)度,MPa.

進(jìn)一步分析圖2(b)中各曲線回歸系數(shù)a、b,發(fā)現(xiàn)其與風(fēng)積砂摻量ws間有較好的線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)R2均在0.980以上(見圖11).據(jù)此,將系數(shù)a、b構(gòu)建為風(fēng)積砂摻量ws的函數(shù),結(jié)果如式(2)所示.將式(2)代入式(1),可得風(fēng)積沙混凝土強(qiáng)度預(yù)測(cè)方程(見式(3)).

(2)

圖11 回歸系數(shù)a、b與風(fēng)積砂摻量ws的關(guān)系Fig.11 Relation among coefficients a, b and ws

(3)

考慮到圖3(a)、圖4(a)中砂子細(xì)度模數(shù)Mx及比表面積Ss與風(fēng)積砂摻量ws間呈線性變化,可將式(3)進(jìn)一步表達(dá)為細(xì)度模數(shù)Mx或比表面積Ss的函數(shù),結(jié)果如式(4)所示.

利用式(4)能快速求取不同摻量風(fēng)積砂混凝土任意齡期t的抗壓強(qiáng)度,本例計(jì)算結(jié)果如圖12所示.基于ACI模型構(gòu)建的風(fēng)積砂混凝土強(qiáng)度預(yù)測(cè)方程與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好(R2=0.999).

(4)

圖12 風(fēng)積砂混凝土強(qiáng)度預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)值間的關(guān)系Fig.12 Relation between the calculated value and tested value of aeolian sand concrete strength

4 結(jié)論

(1)用適量風(fēng)積砂代替河砂可配置出基本力學(xué)性能滿足工程實(shí)際需要、甚至優(yōu)于普通混凝土的風(fēng)積砂混凝土,本例最優(yōu)風(fēng)積砂摻量為20%.

(2)適量風(fēng)積砂改善混凝土抗壓強(qiáng)度的機(jī)理，在于其改善了細(xì)骨料的顆粒級(jí)配及比表面積,弱化了骨料表面的“微區(qū)泌水”效應(yīng),減小了骨料與漿體間初始結(jié)合裂縫寬度,改善了界面區(qū)結(jié)構(gòu)及混凝土內(nèi)部的孔徑分布范圍,使受荷面初始損傷減小.

(3)風(fēng)積砂混凝土抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律與美國(guó)ACI經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵恢滦暂^好.基于砂子細(xì)度模數(shù)Mx或者比表面積Ss變化構(gòu)建的風(fēng)積砂混凝土抗壓強(qiáng)度預(yù)測(cè)模型,與試驗(yàn)結(jié)果吻合度較高.應(yīng)用該模型,可方便預(yù)測(cè)不同摻量風(fēng)積砂混凝土任意齡期的抗壓強(qiáng)度.