机制砂高性能混凝土抗压强度研究

试验研究

机制砂高性能混凝土抗压强度研究

□□ 姚新红(山西建筑职业技术学院，山西 太原030006)

摘要：以C40机制砂高性能混凝土为研究对象，通过研究其3 d、5 d、7 d、28 d、56 d的抗压强度变化，以及利用超声波法检测其超声声速，得出随着龄期的增加，机制砂高性能混凝土的强度逐渐增大，超声声速也增大。并拟合出机制砂混凝土超声声速与抗压强度的关系式。

关键词：机制砂；高性能混凝土；龄期；抗压强度；超声检测

文章编号：1009-9441(2015)03-0020-02

中图分类号：TU 528.04

文献标识码：A

Abstract：This paper takes mechanism sand high performance concrete as its research object.By studying the 3 d，5 d，7 d，28 d，56 d compressive strength change，and using ultrasonic wave method to detect the ultrasonic velocity，it is concluded that with the increase of age，the intensity of mechanism sand high performance concrete increases gradually，and so is the ultrasonic velocity.Then the author fits the relation between mechanism sand concrete ultrasonic velocity and compressive strength.

作者简介：姚新红(1981-)，男，山西永济人，讲师，硕士，2004年7月毕业于太原理工大学土木工程专业，2010年7月毕业于太原理工大学研究生院混凝土结构专业，现从事教育教学工作。

收稿日期：2015-05-25

引言

随着我国现代化进程的推进和建筑行业的繁荣与发展，混凝土已成为应用最广泛的材料，而现今对于混凝土的高性能化、绿色化研究也日渐增多[1]。砂一直以来作为混凝土的细骨料不可缺少。伴随着建筑业的蓬勃发展，混凝土、砂浆使用量剧增，对砂石的需求也日益增大。但由于天然砂的不可再生性，致使天然河砂紧缺的问题已经出现，甚至有些地方无砂可用，部分地区还因为过量滥采滥挖天然砂而出现水土流失的生态问题。为解决天然砂使用量过大的情况，结合我国多山的地理分布，近些年开始将山中的碎石破碎成砂子的粒径大小来替代天然砂拌制混凝土。合理利用岩石和尾矿生产机制砂不仅具有很好的经济价值，而且对自然生态和资源保护均有长远意义。机制砂的颗粒级配易于掌控且成本低廉，所以机制砂替代天然砂在混凝土中应用前景广阔[2]。

目前，国内对于机制砂混凝土开始有所研究，但只是局限于长龄期的力学性能，而对于机制砂混凝土不同龄期下力学性能的研究还很少[3]。混凝土进行施工时，由于工期紧，对于混凝土早期强度有所要求，因此研究其不同龄期下的抗压强度至关重要。本文通过研究不同龄期下机制砂混凝土的抗压强度与超声声速的关系，分析了机制砂混凝土抗压强度随龄期变化的规律，为实际工程中机制砂混凝土的无损检测提供了试验依据。

1试验方案

1.1　原材料

本试验参考GB/T 14684—2011《建筑用砂》、JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》，并结合山西当地的建材情况来进行混凝土原材料的选择。

(1)水泥：山西长治生产的P·O 42.5水泥。

(2)粗骨料：碎石，粒径为5～20 mm连续级配，针片状颗粒含量1.97%。

(3)细骨料：采用石子破碎后的机制砂，石粉含量7%，细度模数2.96，属于Ⅱ区中砂。

(4)其他：Ⅱ级粉煤灰、矿粉S105、萘系高效减水剂。

1.2　混凝土配合比设计及试件制作

混凝土配合比见表1。

表1　机制砂混凝土的配合比　kg/m 3

混凝土抗压强度试件采用150 mm×150 mm×150 mm标准立方体，测得坍落度为195 mm，粘聚性、保水性良好。试件在室温(25 ℃)下自然养护24 h后拆模，移入标准养护室内养护3 d、5 d、7 d、28 d、56 d共5个龄期。达到龄期时，进行超声检测与抗压强度测试。

1.3　混凝土抗压强度试验

混凝土的抗压强度作为其力学性能最基本、最重要的一项，是进行混凝土结构设计和耐久性评定的基本指标，也是研究机制砂混凝土应用的基础。试验结果表明，试件破坏后现象明显，开裂不均匀，且表面有混凝土剥落，裂缝呈现不规则分布，以斜裂缝为主。

1.4　机制砂混凝土超声无损检测

超声检测是目前工程中广泛使用的无损检测方法[4]。利用非金属超声检测分析仪(见图1)，依据CECS 21：2000《超声法检测混凝土缺陷技术规程》，应用对侧原理，取立方体试块一对侧面(非成型面)为测试面。画出两条对角线，并在两个相对表面的网格交叉点取点，定出T、R换能器对应测点位置3个(见图2)。试件表面用布擦拭干净，并在侧头上涂上凡士林作为耦合剂，保证耦合良好。

2.4.1 家庭支持:家是一个人最坚实的依靠,家庭的支持对于患者的治疗而言具有重要的意义,具体表现在家人的态度可直接影响到患者的心情以及治疗的信心,因此,采取恰当的方式表达爱与关怀。作为患者的配偶,关键在于不嫌弃、不抱怨、不悲观,尽量保持乐观积极的心态,并将这种心态传递给患者,让其能以积极的心态接受造口。

图1　NM-3C非金属超声检测分析仪

图2　机制砂混凝土超声测点图

2试验结果及分析

2.1　抗压强度结果及分析

抗压强度试验结果见表2和图3。

表2　抗压强度结果及分析

图3　抗压强度、基准抗压强度百分比随龄期变化曲线

由图3可见，随着龄期的增长，机制砂混凝土的抗压强度增大。与28 d基准混凝土相比，龄期3 d的抗压强度为28 d抗压强度的69%，而龄期5 d的抗压强度为其81%，龄期7 d的抗压强度为其91%，56 d的抗压强度是28 d抗压强度的1.09倍。因为混凝土强度的提高主要是由水泥水化程度决定，随着龄期的增加，水泥颗粒逐渐开始水化，形成硬化水泥浆体，因此其强度提高[5]。根据线性拟合，可以得出抗压强度与龄期的关系式：y=36.06x0.138，R2=0.921 2，相关系数>0.9，说明拟合度较好，可以大致推出任一龄期的抗压强度，为现场施工提供依据。

2.2　超声检测结果及分析

超声检测是利用混凝土内部的密实程度对波的传播速率来体现水化程度的，一定程度上可以反映强度的高低。混凝土强度越高，超声声速值越大(见图4)。超声检测作为施工现场常用的无损检测方法，有着快捷易于操作的优点[6]。由图4可知，强度与超声声速曲线的斜率是增大的，表明声速增长越大，则强度增长越快。在实际工程中，只要用仪器测得超声声速值，利用推导公式可以得到当期龄期的混凝土抗压强度，从而为后续施工以及混凝土是否达到设计强度、可否上人提供依据。公式为：fcu=20.455e0.288 9x，R2=0.98，式中：fcu为抗压强度(MPa)，x为超声声速(km/s)。

图4　超声声速与抗压强度变化曲线

3结论

3.1随龄期的增加，机制砂混凝土的抗压强度提高，早期强度增长速率大于后期强度。

3.2机制砂混凝土的抗压强度与龄期呈指数增长关系，即：fcu=36.06x0.138。

3.3试验测得C40机制砂混凝土超声声速随着抗压强度的提高而增大，得到公式：fcu=20.455e0.288 9x，为实际工程中的机制砂混凝土无损检测提供了理论依据。

参考文献：

[1] 张敏，刘玉玲.浅谈高性能混凝土的应用与发展现状[J].公路交通科技：应用技术版，2012(5)：204-208.

[3] 李刚.浅谈机制砂在混凝土中的应用[J].建材与装饰，2012(4)：81-82.

[4] 刘其伟，程跃辉，王键，等.超声波无损检测的特点分析及其在混凝土缺陷评定中的应用[J].华东公路，2003(4)：58-60.

[5] 张建仁，王海臣，杨伟军.混凝土早期抗压强度和弹性模量的试验研究[J].中外公路，2003，23(3)：89-92.

[6] 张海平.超声波法检测混凝土强度的影响因素分析[J].山西建筑，2008，34(10)：85-86.

On Compressive Strength of Mechanism Sand High Performance Concrete

YAO Xin-hong

(Shanxi Architectural College，Taiyuan，Shanxi，030006，China)

Key words：mechanism sand；high performance concrete；age；compressive strength；ultrasonic testing

(编辑盛晋生)

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——建材技术与应用

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