机制山砂混凝土耐久性能研究

钟 毓

中铁七局集团武汉工程有限公司（430000）

0 前言

目前我国大部分建筑工程中使用的细集料是天然河砂，而天然河砂是一种分地方性的、短期内不可再生的资源，很多地区的天然河砂资源逐渐短缺，供不应求的现象时有发生，由此，机制砂成为建筑用砂的重要来源。但由于机制砂颗粒形貌的特殊性以及细颗粒的存在，使得机制山砂混凝土与河砂混凝土在耐久性能上有很大的区别。

近些年来，有许多学者针对机制砂混凝土的耐久性进行了研究。洪锦祥等认为，机制山砂混凝土的早期干缩比河砂混凝土高，而同时有研究表明机制砂中颗粒含量较低时，机制山砂混凝土的干缩率随细颗粒含量的变化的幅度较小。舒传谦等对机制山砂配制的高性能混凝土耐久性进行研究发现，机制山砂混凝土与普通混凝土的收缩发展规律大致相似，而机制山砂混凝土的徐变值比普通混凝土略低，机制砂混凝土的抗渗、抗冻融、抗冲磨性能均比普通混凝土有显著的提高。潘前外等认为使用人工砂配制的混凝土与河砂混凝土的抗渗性能均较好，但在相同的试验条件下人工砂混凝土的渗水高度略高于河砂混凝土的渗水高度。

这里针对同配比机制砂混凝土和河砂混凝土展开研究，分别测试其收缩性能、抗冻性能、碳化性能，并针对其影响机理进行研究，深入探讨机制砂混凝土的耐久性能。

1 试验

1.1 试验原材料

表1为试验所用机制砂的物理性能分析，表2为试验所用水泥和粉煤灰的化学成分分析。试验所用水泥来自华新水泥股份有限公司所生产的华新P.O.42.5水泥,粉煤灰为武汉阳逻电厂产I级干排粉煤灰，粗集料为5～25 mm连续级配的碎石，压碎值为8.7%。

表1 机制山砂性能分析

1.2 混凝土配合比与试验方法

表2 水泥和粉煤灰的化学成分分析

混凝土配合比按照表3中混凝土各材料用量配制，分别使用河砂和机制砂作为细集料制备混凝土，并对其性能进行测试。

表3 每方混凝土各材料用量(kg/m3)

混凝土的耐久性参考GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》的规定进行，分别针对混凝土的收缩性能、抗冻性能和碳化性能进行测试。

2 试验结果与分析

混凝土的收缩性能测试结果如图1所示。由图中可以看出，机制砂混凝土与天然河砂混凝土的收缩率随龄期变化的规律基本一致，均表现为随龄期的增加，混凝土的收缩率增加；机制砂混凝土收缩在养护早期（0～7 d）略高于河砂混凝土；而在14 d以后，机制砂混凝土的收缩率低于河砂混凝土。由于机制砂内部孔隙率较大,相比之下吸水率较高，早期由于机制山砂颗粒吸水会损失一部分混凝土中的水分，同时其粉末含量较高，需水量较大，故其早期收缩较大。而与此同时，机制砂颗粒的表面较为粗糙、棱角指数大，这一特性可以增加机制砂颗粒与水泥石的粘结，同时机制砂颗粒之间相互嵌锁作用，使机制砂混凝土限制变形能力较强，故其长期收缩值小于河砂混凝土。

图1 混凝土收缩值

混凝土的抗冻性能测试结果如图2和图3所示。由测试结果可以看出，经过300次冻融循环后，本配合比中机制砂混凝土和河砂混凝土均达到了规定要求，相对来说，机制砂混凝土的质量损失率相对较高。而由动弹性模量的测试结果，在冻融早期机制砂混凝土的动弹模损失较少，但后期相对于机制砂混凝土更高。原因在于机制砂颗粒表面粗糙，与水泥石的结合性好，从而使机制山砂混凝土的限制变形能力较强，因此机制砂混凝土的长期相对弹性模量损失变大。

图2 混凝土冻融循环后质量损失率

图3 混凝土冻融循环后相对动弹性模量

混凝土的碳化深度测试结果如图4所示。测试结果表明，相对来说，早期机制砂混凝土与河砂混凝土碳化深度基本相当，后期机制砂混凝土碳化深度相对略高。一般来说，混凝土碳化深度与集料性能有一定的关系,机制砂混凝土因为其集料的原因，内部密实性较差，因此抗碳化性能略差于河砂混凝土。

图4 混凝土碳化深度测试结果

3 结论

主要针对机制砂混凝土和河砂混凝土的收缩性能、抗冻性能、碳化性能进行了测试，并对其机理进行了分析，得出主要结论如下：

1）机制砂混凝土在养护早期较之河砂混凝土有较大的收缩，但在养护后期相对来说体积更加稳定；

2）机制砂混凝土早期抗冻性能相对河砂混凝土有所提高，但后期抗冻性能相对减弱；

3）机制砂混凝土的抗碳化性能大致与河砂混凝土相当。

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