机制砂高强混凝土性能试验研究

菅瑞海

(山西省交通建设工程监理总公司　太原　030006)

机制砂高强混凝土性能试验研究

菅瑞海

(山西省交通建设工程监理总公司太原030006)

摘要河砂是高速公路建设中使用的主要原材料之一，但是，目前我国河砂资源缺乏而且成本高。文中通过对河砂的替代材料机制砂所配制出的高标号混凝土进行了试验，从而得出一些试验结果，对多种结果间进行对比，得出机制砂完全可以替代河砂配制高标号混凝土，并且配制出的混凝土在工作性能上与河砂配制出的混凝土相比更好，强度也更高。

关键词机制砂混凝土粉煤灰高效减水剂

随着我国经济的快速发展，高速公路呈现出飞速发展的态势，数量越来越多，并且质量也越来越好。但是，资源的短缺成为制约我国高速公路继续发展的一个主要的因素，河砂已经出现严重供不应求的态势，研制出可以取代河砂的砂成为目前亟待解决的一个问题。厦蓉线湖南段汝城到郴州高速公路，位于山岭重丘区，地形复杂、桥、涵、隧众多，桥隧比为47．2% 。周边还有炎汝、郴宁等高速公路同时在建，所以，汝城至郴州段高速公路的材料供应非常急缺。除此之外，因为河砂的供应地主要在韶关等地，这些地区离汝城至郴州的厦蓉线湖南段运距远，河砂质量参差不齐，造成施工的成本难以控制。这些因素都成为了制约该段施工的质量与进度的主要原因。

汝城至郴州的厦蓉线湖南段地区的石灰岩产量高，施工工程量较小，所以，如果能够用石灰岩生产机制砂替代资源短缺的河砂，那么就可以有效解决施工中的难题。机制砂中掺入粉煤灰与高效减水剂可以生成高强混凝土，将此种高强混凝土应用到高速公路建设中，可以缓解河砂供应短缺而造成的混凝土的不足与质量的参差不齐，节省成本，同时也能加快施工进度，使工程能够及时完工[1]。与河砂相比，机制砂存在一定的缺陷，但也有自己的优势。机制砂颗粒大小不一，形状各异，有一定的石粉残留，所以，它的流动阻力比起河砂来会更大，在配制混凝土的时候需要提高单位用水量，使混凝土产生更好的粘性。但是需要注意的是，因为掺入了更多量的水和胶凝材料，如果混凝土搁置太久或者不进行搬运的话，就会出现离析的现象，所以，此种机制砂高强混凝土应该及时使用，以免出现离析现象，从而影响其强度。

1机制砂高强混凝土室内试验

1.1　试验用原材料

(1) 水泥。试验中主要使用了2种水泥：一种是湖南南方的“金磊”牌水泥，另一种是广东英德的“海螺”牌水泥。这2种水泥的类型都是普通的硅酸盐水泥，而等级分别为P·O42.5级和P·O52.5级。其性能分别见表1和表2。选取这2种水泥的原因是：①获取成本低，这2地的水泥不但产量高，而且运输成本低，“金磊”牌水泥产地的离施工路段最近，可以节省很多成本；②水泥质量高，“金磊”牌水泥与“海螺”牌水泥是我国目前使用量最大的2种水泥，性价比好，所以具有实用性价值。

表1　“金磊”牌P·O42.5级水泥的物理力学性能

表2 “海螺”牌P·O52.5级水泥的物理力学性能

(2) 在粗集料的选取上，试验中采用的是以石灰岩破碎方式生产的5～25 mm(掺配后)连续级配碎石，其性能指标见表3。细集料选取的是采用吸尘法生产的机制砂[2]，其性能指标见表4。这2种骨料和水泥的选取原因大致相同，都是主要考虑到成本以及使用率的问题。选取的碎石还有一个原因是该厂的碎石是在厂家就进行了掺配的，这样在试验中可以减少成本与节约时间。

表3　粗集料碎石试验结果

表4　细集料碎石试验结果

(3) 粉煤灰。机制砂配置出来的混凝土容易离析，在混凝土配制的过程中加入少量的粉煤灰可以缓解或者避免这种离析现象的发生，从而提高混凝土的强度及和易性。试验中粉煤灰选取的是某电厂A厂II级粉煤灰，性能指标见表5。选取原因也主要是考虑到2个最关键的因素：成本与使用率[3]。

表5　粉煤灰性能指标

注：依据国家标准《粉煤灰混凝土应用技术规范》[4]。

(4) 高效减水剂。机制砂的一大缺陷是其颗粒形状大小不一，造成颗粒间的吸附性能较差，所以，需要加入更多的水才能使机制砂有效地结合与吸附。在机制砂中加入少量的减水剂可以使水泥颗粒分散，从而改善水泥的和易性，并在降低用水量的同时提高混凝土的密实度和强度。试验中采用的减水剂是XF型聚羧酸。

1.2　试验方法

高速公路新拌混凝土的性能测试主要在于2个方面：和易性；抗压强度。目前我国通用的检验方法主要是根据《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(JTG E30-2005)来进行的。在进行和易性检验的时候，将新拌混凝土放置在高度为200 mm的圆筒中，然后观察混凝土坍落的情况，再根据这种坍落的情况来判断混凝土的和易性。在进行抗压强度试验时，将新拌的混凝土分别制作3组混凝土试件，大小均为150 mm×150 mm×150 mm。但是每组试件的测试龄期不同，一组为7 d，一组为20 d，还有一组为28 d。根据不同的龄期来测试新拌混凝土的抗压强度的差异[5]。

2试验结果分析

为了提高试验的真实性与可行性，试验中特配制了强度等级为C50的机制砂混凝土。其配比及试验结果见表6。

表6　试验原材料用量及试验结果

由表6可见，首先，从配比1，3，4中可以得知，如果在机制砂混凝土中掺入一定量的粉煤灰，可以改善高标号混凝土中的和易性，从而使得混凝土中的离析现象减少，并且减轻离析的程度。它可以取代一定量的水泥，提高机制砂颗粒的吸附能力，降低水的用量。其次，从配比1，2中可以得知，若是在P·O42.5级普通硅酸盐水泥中掺入一定量的粉煤灰，以及高效减水剂可以大大地提高高强混凝土的性能与强度，从而证明粉煤灰与减水剂确实可以起到一定的作用，使机制砂高强混凝土发挥更好的作用。最后，从配比5和6可以得知，在原材料的选取上，配比5和配比6只有一项不同，就是石粉的含量，在配比5中，其石粉的含量是6.5%，而在配比6中石粉的含量是5.3%。虽然只有这一项原材料的使用不同，但是他们的结果相差却很大，在配比5中，配制出来的混凝土工作性能一般，而且坍落度增加了2 cm，强度方面也不如配比6中的混凝土的强度[6]。所以，在机制砂高强混凝土中，石粉的含量对混凝土最后的工作性能，以及强度都有着很大的关系，石粉含量越低，其工作性能越好，强度也越大。所以在选取机制砂的时候，需要选一些石粉含量较低的石灰岩。

3结论

(1) 使用P·O42.5级普通硅酸盐水泥，并在其中掺入粉煤灰和高效减水剂可以大大地提高高强混凝土的工作性能以及强度，以实现更高的经济效益和社会效益。所以，在高速公路建设上用机制砂替代河砂是完全可行的，而且其工作性能和强度与河砂相比在经过相应的配制后并不会比河砂差。

(2) 从表6的1，3，4配比中，可以分析得出，粉煤灰在高标号混凝土中的使用效果是非常好的，而且这也是目前普遍使用的用于改善混凝土和易性的方式之一。粉煤灰不仅容易获取，而且成本低，同时还能够减少混凝土的耗水量以及改善混凝土离析现象等缺陷。机制砂高强混凝土的主要缺陷是机制砂的颗粒体积不均匀，所以彼此间的吸附性较差，所以需要加大用水量与胶凝材料，这样可以减少机制砂的流动阻力，从而提高机制砂的保水性，缓解离析现象的出现。粉煤灰的加入不但可以提高机制砂的保水性从而减少用水量，同时还能够减少离析情况的出现，提高整个混凝土的质量以及和易性，使混凝土更为稳定。

(3) 机制砂中的含粉量对于高强混凝土的质量有很大的影响。从表6的配比5与配比6中可以分析得出，当其他原材料都相同而只有含粉量不同的时候，两者的配制结果会存在很大的差别，这不仅仅体现在整个的工作性能上，还分别区分于坍落度以及抗压强度上。从表6中可以看到，当含粉量不同时，2种混凝土的抗压强度是不一样的，而且表现在2种不同的龄期上，在7 d和28 d的时候，所产生的效果也会不一样。所以，为了更好地提高机制砂高标号混凝土的使用性能，应该在配制混凝土时限制机制砂的石粉含量。

参考文献

[1]罗文斌,胡新旗.机制砂高强混凝土性能试验研究[J].黑龙江交通科技，2013(12):14-16.

[2]李北星,胡哓曼.机制砂配制高强混凝土的石粉含量限值试验研究[C].第九届全国水泥和混凝土化学及应用技术会议论文汇编，广州：广州出版社，2005:22-24.

[3]刘秀美.机制砂作混凝土细骨料的研究[D].济南：济南大学，2013.

[4]何盛开.机制砂混凝土及其预应力梁受力性能研究[D].郑州：郑州大学，2012.

[5]李凤兰,朱倩,徐阳洋.原状机制砂高强混凝土试验研究[J].水利水电技术,2010(7)：32-33.

[6]王稷良,机制砂特性对混凝土性能的影响及机理研究[D].武汉:武汉理工大学，2008.

结论撰写要求

结论又称结束语、结语。它是在理论分析和实验验证的基础上，通过严密的逻辑推理而得出的富有创造性、指导性、经验性的结果描述。它又以自身的条理性、明确性、客观性反映了论文或研究成果的价值。结论与引言相呼应，同摘要一样，其作用是便于读者阅读和为二次文献提供依据。

其内容要点如下：

① 本研究结果说明了什么问题，得出了什么规律性的东西，解决了什么理论或实际问题；② 对前人有关本问题的看法做了哪些检验，哪些与本研究结果一致，哪些不一致，作者做了哪些修正、补充、发展或否定；③ 本研究的不足之处或遗留问题。

对于某一篇论文的“结论”，上述要点① 是必需的，而② 和③ 视论文的具体内容可以有，也可没有；如果不可能导出结论，也可以没有结论而进行必要的讨论。撰写的结论应达到如下要求：

① 概括准确，措辞严谨；② 明确具体，简短精练；③ 不做自我评价。

《交通科技》杂志社

收稿日期：2015-01-13

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.03.049