機(jī)制砂摻量對(duì)混凝土抗凍性能的影響

齊繼民，王相國，趙靜靜

（臨沂中聯(lián)混凝土混凝土有限公司，山東 臨沂 276000）

0 前言

機(jī)制砂是指通過除土開采、機(jī)械破碎、篩分等過程制成的粒徑小于 4.75mm 的巖石顆粒，其中不包括風(fēng)化巖石、軟質(zhì)巖的顆粒。機(jī)制砂生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生細(xì)小的粉末，粒徑通常在 0.075mm 以下的顆粒統(tǒng)稱為石粉，主要化學(xué)成分與云母相似[1]。機(jī)制砂中的石粉改善了混凝土內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)和密實(shí)程度，可有效提高混凝土的抗?jié)B性能[2]。適量機(jī)制砂的摻入對(duì)混凝土的和易性、耐久性、抗壓抗折強(qiáng)度等性能均有影響。因此，本文以C30 混凝土為例，研究不同的機(jī)制砂摻量對(duì)混凝土抗凍性能的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

水泥為 P·O42.5 水泥，產(chǎn)地為臨沂中聯(lián)混凝土有限公司，其主要性能指標(biāo)見表 1；試驗(yàn)所用機(jī)制砂產(chǎn)地為山東盛源建材有限公司，其主要性能指標(biāo)見表 2，機(jī)制砂中的石粉的主要化學(xué)成分見表 3。

表1 水泥的主要物理性能

表2 機(jī)制砂的主要物理性能 %

表3 石粉的主要化學(xué)成分 %

1.2 試驗(yàn)配合比

將機(jī)制砂替代不同砂質(zhì)量作為變量因素，替代砂的質(zhì)量分別為 0、100kg/m3、200kg/m3、300kg/m3，試驗(yàn)試塊編號(hào)分別為 D1、D2、D3、D4，C30 混凝土的具體配合比見表 4，測定混凝土試塊在 50 次、100 次、200次、250 次、300 次時(shí)的相對(duì)動(dòng)彈性模量與質(zhì)量損失率，探究機(jī)制砂摻量對(duì)混凝土抗凍性能的影響。

表4 不同機(jī)制砂摻量的混凝土配合比 kg/m3

1.3 試驗(yàn)方法

混凝土的快速凍融試驗(yàn)按照 GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[3]、電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) DL/T 5150—2001《水土混凝土試驗(yàn)規(guī)程》、美國 ASTM C 666/C 666M—2003《混凝土耐快速凍融的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》[4]進(jìn)行。本試驗(yàn)采用水凍水融法，把符合外觀要求的 100mm×100mm×400mm 的混凝土試件和測溫試件放進(jìn)試件桶中，然后把試件桶放入凍融試驗(yàn)槽中，用循環(huán)的載冷劑對(duì)試件進(jìn)行降溫和升溫，周期性地把試件內(nèi)外的水進(jìn)行凍結(jié)和融化，以此來測定混凝土試件在水凍水融條件下，將經(jīng)受的快速凍融循環(huán)次數(shù)、相對(duì)動(dòng)彈性模量、質(zhì)量損失率作為混凝土抗凍性能的指標(biāo)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 機(jī)制砂摻量對(duì)混凝土抗凍融相對(duì)動(dòng)彈性模量的影響

相對(duì)動(dòng)彈性模量的變化反映了在凍融過程中混凝土試件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的劣化程度。每隔 25～100 次凍融循環(huán)，測量試件的橫向基頻，并計(jì)算相對(duì)動(dòng)彈性模量。測定不同機(jī)制砂摻量的混凝土 D1、D2、D3、D4 在多次凍融循環(huán)后的相對(duì)動(dòng)彈性模量，探究石粉摻量對(duì)混凝土抗凍性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表 5 和圖 1、圖 2。

表5 機(jī)制砂摻量對(duì)混凝土相對(duì)動(dòng)彈性模量的影響

圖1 機(jī)制砂摻量對(duì)混凝土相對(duì)動(dòng)彈性模量的影響

圖2 機(jī)制砂摻量對(duì)混凝土相對(duì)動(dòng)彈性模量的影響

從圖 1 和圖 2 可以看出，摻入機(jī)制砂的混凝土試件D2、D3、D4 在凍融循環(huán)過程中的相對(duì)動(dòng)彈性模量較不摻機(jī)制砂的混凝土試件 D1 大一些，試件 D1、D2、D3、D4 的相對(duì)動(dòng)彈性模量隨著凍融次數(shù)的增加表現(xiàn)出減小的趨勢。在凍融循環(huán)次數(shù)相同時(shí)，試件 D1、D2、D3、D4 的相對(duì)動(dòng)彈性模量隨著機(jī)制砂摻量的增加而減小，即摻入機(jī)制砂混凝土的抗凍性能更好。其中可能的原因是，機(jī)制砂中有一定的石粉含量，石粉的粒徑較小，在水泥水化過程中起到了微集料填充作用，填充在水泥顆粒之間，改變混凝土內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)，使孔隙率降低，再者石粉中的 CaO 與水泥中的 C3A 反應(yīng)生產(chǎn)碳鋁酸鹽，進(jìn)一步改善并細(xì)化了孔結(jié)構(gòu)[5]，提高了混凝土內(nèi)部的密實(shí)程度，因而摻入機(jī)制砂的混凝土具有更好的抗凍性能。

2.2 機(jī)制砂摻量對(duì)混凝土抗凍融質(zhì)量損失率的影響

質(zhì)量損失率反應(yīng)了在凍融過程中混凝土抵抗剝落的能力，是評(píng)價(jià)混凝土抗凍性能的重要指標(biāo)。每隔 25～100 次凍融循環(huán)，測量試件的質(zhì)量，并計(jì)算質(zhì)量損失率。測定不同機(jī)制砂摻量的混凝土 D1、D2、D3、D4在多次凍融循環(huán)后的質(zhì)量損失率，探究機(jī)制砂摻量對(duì)混凝土抗凍性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表 6 和圖 3、圖 4。

表6 機(jī)制砂摻量對(duì)混凝土質(zhì)量損失率的影響

圖3 機(jī)制砂摻量對(duì)混凝土質(zhì)量損失率的影響

從圖 3 和圖 4 可以看出，摻入機(jī)制砂的混凝土試件D2、D3、D4 在凍融循環(huán)過程中的質(zhì)量損失率較不摻機(jī)制砂的混凝土試件 D1 低，在凍融循環(huán)次數(shù)相同時(shí)，試件 D1、D2、D3、D4 的相對(duì)動(dòng)彈性模量隨機(jī)制砂摻量的增加而減小，摻 300kg/m3機(jī)制砂的混凝土試件 D4 與不摻石粉的混凝土試件 D1 相比，最大相對(duì)質(zhì)量損失率減小了 27.7%，即摻入機(jī)制砂混凝土的抗凍性能更好。其中可能的原因是，機(jī)制砂中有一定的石粉含量，石粉的微集料效應(yīng)增強(qiáng)了混凝土的密實(shí)程度[6]，降低混凝土的孔隙率，更好地阻礙了外界水分的進(jìn)入，減少了凍融條件下混凝土質(zhì)量的損失。

3 結(jié)論

（1）摻入機(jī)制砂的混凝土試件比不摻機(jī)制砂的混凝土在凍融循環(huán)過程中的相對(duì)動(dòng)彈性模量大，試件 D1、D2、D3、D4 的相對(duì)動(dòng)彈性模量隨著凍融次數(shù)的增加表現(xiàn)出減小的趨勢。在凍融次數(shù)相同時(shí)，試件D1、D2、D3、D4 的相對(duì)動(dòng)彈性模量隨著機(jī)制砂摻量的增加而減小。

圖4 機(jī)制砂摻量對(duì)混凝土質(zhì)量損失率的影響

（2）摻入機(jī)制砂的混凝土試件 D2、D3、D4 在凍融循環(huán)過程中的質(zhì)量損失率較不摻機(jī)制砂的混凝土試件 D1 低。在凍融次數(shù)相同時(shí)，試件 D1、D2、D3、D4的相對(duì)動(dòng)彈性模量隨著機(jī)制砂摻量的增加而減小，摻300kg/m3機(jī)制砂的混凝土試件 D4 與不摻機(jī)制砂的混凝土試件 D1 相比，最大相對(duì)質(zhì)量損失率減小了 27.7%。