精品機制砂與天然砂混凝土性能差異對比研究

靳月清 劉 巍 朱兆榮 吳和桂

(1.中鐵西北科學(xué)研究院有限公司 蘭州 730000；2.中國中鐵科學(xué)研究院有限公司 成都 611731；3.蘭州市軌道交通有限公司 蘭州 730000)

0 引言

隨著我國鐵路、公路、建筑業(yè)等基礎(chǔ)設(shè)施的大力建設(shè)，混凝土所用砂、石等原材料的需求量越來越大，而天然砂的大量開采不僅浪費資源、提高建設(shè)成本，還污染環(huán)境、破壞河道和生態(tài)，與目前的環(huán)境保護相悖，因此，采用機制砂替代天然砂生產(chǎn)混凝土已逐漸成為環(huán)保經(jīng)濟的優(yōu)先選擇。目前，對機制砂混凝土的有關(guān)性能方面開展了較多研究，艾長發(fā)等[1]研究了機制砂級配對混凝土性能的影響規(guī)律與作用效應(yīng)。唐凱靖等[2]、宋少民等[3]研究了機制砂巖性對膠砂和混凝土的和易性和強度的影響。顏從進[4]研究了機制砂MB值的影響因素，進而分析了機制砂混凝土的工作性能和強度隨MB值的變化規(guī)律。劉娟紅等[5]研究了機制砂與天然細砂混摻配制的混凝土與中砂混凝土在抗?jié)B性等方面的差異性。周玉娟等[6]對比研究了機制砂與河砂混凝土預(yù)應(yīng)力T梁在變形與開裂性能方面的差異性。陳學(xué)鋒等[7]分析了采用低標號混凝土中機制砂代替天然砂的可能性和經(jīng)濟性。胡曉曼等[8]初步研究了機制砂與天然細砂在高性能混凝土中的最優(yōu)摻配比例。趙日新等[9]研究表明機制砂可以代替天然砂應(yīng)用于泵送混凝土中。杜朝陽[10]總結(jié)了機制砂混凝土的質(zhì)量控制措施及施工關(guān)鍵技術(shù)。莊紹牧[11]研究了機制砂細度模數(shù)對堆積密度、混凝土工作性、力學(xué)性能的影響。范金朋等[12]研究機制砂混凝土和河砂混凝土在不同砂率下的工作性能和力學(xué)性能，結(jié)果表明當(dāng)砂率為45%時，河砂混凝土性能較優(yōu);當(dāng)砂率為51%時，機制砂混凝土的性能較優(yōu)。綜上，目前針對機制砂混凝土的性能方面已有較多研究，然而在天然砂混凝土和機制砂混凝土性能差異性方面的對比研究少見。

鑒于此，本文以天然砂混凝土和精品機制砂混凝土為研究對象，采用室內(nèi)試驗方法，對二者在拌合物性能、力學(xué)性能、耐久性能和體積穩(wěn)定性能等方面的差異性開展研究，以便為機制砂混凝土的品質(zhì)優(yōu)化和推廣應(yīng)用提供參考。

1 試樣來源與試驗方法

1.1 試樣來源及要求

本文所選天然砂和精品機制砂均為蘭州地區(qū)，其中天然砂(圖表中以TRS表示)的各項指標均符合有關(guān)規(guī)范II類砂要求，級配合格，含泥量合格。精品機制砂(圖表中以JPJZS表示)采用先進生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)工藝生產(chǎn)，重點控制機制砂的粒形和石粉含量，除各項指標均符合有關(guān)規(guī)范Ⅱ類砂要求外，還滿足粒形良好、級配合理、質(zhì)地堅固、有效控制石粉含量、質(zhì)量穩(wěn)定等要求。

1.2 試樣配比及試驗參數(shù)

對比試驗采用同等條件，分別選取了0.35、0.40、0.45的水膠比，配合比設(shè)計參數(shù)均相同，粉煤灰摻量、水泥用量、砂率、單位用水量均相同，由于細骨料的石粉含量、顆粒級配有所差異，摻加的外加劑摻量有所變化，摻量范圍為1.0%～1.5%，具體配合比參數(shù)為：單位用水量155kg，粉煤灰摻量為30%，砂率為41%～42%。

主要對拌合物性能、56d抗壓強度、56d電通量、56d氯離子擴散系數(shù)、28～60d的收縮率變化、60次單面鹽凍進行試驗。

1.3 試樣基本指標

試驗所用天然砂和精品機制砂的基本性能如表1所示。從中可見，精品機制砂的各項性能指標與天然砂的各項性能指標基本相同。

表1 試驗用砂基本性能指標

2 結(jié)果分析

2.1 混凝土拌合物性能

天然砂和精品機制砂混凝土拌合物的基本性能如表2所示。從中可見，在水膠比相同的條件下，精品機制砂和天然砂混凝土拌合物的各項性能差異性不大，流動性方面精品機制砂混凝土甚至優(yōu)于天然砂混凝土。

表2 天然砂和精品機制砂混凝土拌合物性能對比表

2.2 抗壓強度

天然砂和精品機制砂混凝土的56d抗壓強度如表3所示。從中可見，不同水膠比的精品機制砂比天然砂混凝土56d抗壓強度均偏低，但差異性不大，均在一個強度等級內(nèi)波動。

表3 天然砂和精品機制砂混凝土56d抗壓強度(MPa)

2.3 電通量

天然砂和精品機制砂混凝土的56d電通量如表4所示。從中可見，不同水膠比的精品機制砂與天然砂混凝土56d電通量有的增加，有的降低，波動范圍為26～224C，差異性不大，均在一個強度等級內(nèi)波動。

表4 天然砂和精品機制砂混凝土56d電通量(C)

2.4 氯離子擴散系數(shù)

天然砂和精品機制砂混凝土的56d氯離子擴散系數(shù)如表5所示。從中可見，不同水膠比的精品機制砂與天然砂混凝土56d氯離子擴散系數(shù)有的增加，有的降低，波動范圍為0.1～0.3(0.1×10-12m2/s)，差異性較小。

表5 天然砂和精品機制砂混凝土Cl-擴散系數(shù)(0.1×10-12m2/s)

2.5 收縮率變化量

天然砂和精品機制砂混凝土的28～60d收縮率變化量如表6所示。從中可見，在水膠比相同的條件下，精品機制砂混凝土收縮率變化量明顯優(yōu)于天然砂混凝土，且隨著水膠比的增大,二者的收縮率變化量都在增大。

表6 天然砂和精品機制砂混凝土收縮率變化量 /(1×10-6)

2.6 單面鹽凍試驗

對精品機制砂混凝土和天然砂混凝土進行單面鹽凍對比試驗，得到相應(yīng)的試驗結(jié)果如圖1～圖4所示。

圖1 單位測試表面面積剝落物

圖2 循環(huán)后吸水率 圖3 超聲波相對傳播時間

圖4 超聲波相對動彈性模量

綜上四圖分析表明，精品機制砂和天然砂混凝土單面鹽凍各項性能變化趨勢幾乎相同，精品機制砂混凝土相對具有更好的耐鹽凍性能。

3 結(jié)論

本文針對精品機制砂混凝土和天然砂混凝土在拌合物性能、力學(xué)性能等方面的差異性進行了對比研究，得到如下結(jié)論：

(1)精品機制砂混凝土與天然砂混凝土的拌合物性能指標基本相同，二者差異性較小，個別指標甚至優(yōu)于天然砂混凝土。

(2)精品機制砂可以廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)中，還應(yīng)適當(dāng)拓寬其應(yīng)用范圍和領(lǐng)域。