机制砂部分取代河砂对高性能混凝土性能的影响

文/李鹏 中铁三局集团第五工程有限公司 山西晋中 030600

1、前言

水泥混凝土是世界上用量最大的人造材料之一，它不但大量应用于工业与民用建筑，还广泛用于交通、城市建设、农林、水利以及海港等工程。在某些情况下，一些外部因素或内部因素可使混凝土材料的耐久性降低，导致结构破坏，甚至产生灾难性的后果。其中，硫酸盐侵蚀破坏、海水腐蚀和酸雨腐蚀是造成水泥混凝土破坏的几个原因。

水泥混凝土所用细集料一般为天然砂（大部分为河砂），随着国家对环境及自然资源保护的加强，考虑到天然砂正在枯竭的现状，以及天然砂干燥消耗大量能源的现实，机制砂的生产及在商品混凝土中的应用势在必行[1-3]。

机制砂是经机械破碎筛分而成，其颗粒尖锐粗糙且带有棱角，同时在其中不可避免地要含有一定量的石灰石粉，这是机制砂与天然砂最明显的区别所在[4]。目前，机制砂在水泥混凝土或水泥砂浆中的应用研究已经有不少研究[8-13]。

本文利用机制砂部分取代河砂生产高性能混凝土，研究机制砂对高性能各性能（抗压强度、抗渗性等等）的影响，以便为机制砂高性能混凝土在工程中应用提供一定的技术支持。

2、试验原材料与试验仪器、试验方案

2.1 试验原材料

表1 普通硅酸盐水泥、粉煤灰、矿渣的化学成分

普通硅酸盐水泥（P·O42.5），安徽合肥海螺厂产；S95 级矿渣粉，安徽马鞍山钢厂产；Fl类-Ⅱ级粉煤灰，山东济南黄台电厂产；砂，黄沙，细度模数为2.7，含泥量1.3%，为安徽六安产，机制砂为安徽合肥长丰某石料厂产；石子，5-31.5mm 连续级配碎石，安徽合肥长丰某石料厂产；聚羧酸高性能减水剂，安徽中铁工程材料科技有限公司产。其普通硅酸盐水泥，矿渣和粉煤灰的化学成分见表1所示；其水泥的物理和力学性能指标见表2所示；其粉煤灰的物理性能指标见表3所示；机制砂的技术指标见表4所示。

表2 水泥的物理性能和力学性能指标

表3 粉煤灰的物理性能指标

表4 机制砂的技术指标

2.2 试验仪器

S60 型混凝土搅拌机、混凝土振动台、抗压强度试件试模、抗渗性试件试模、电液式压力试验机、全自动抗渗仪等。

2.3 试验方案

本文主要研究了机制砂部分取代河砂对高性能混凝土的力学性能、耐久性（抗渗性）的影响，其中机制砂取代河砂的比例分别为0、10%、20%、30%、40%、50%、60%和70%。其试验设计方案与混凝土初始坍落度如表5所示，配合比为C30 高性能混凝土配合比，高性能混凝土初始坍落度控制在200mm-220mm。

表5 机制砂取代河砂对高性能混凝土性能影响试验方案及初始坍落度

3、试验结果与分析

3.1 机制砂部分取代河砂对高性能混凝土抗压强度的影响

表6为机制砂部分取代河砂对高性能混凝土抗压强度影响的试验结果。

表6 机制砂取代河砂对高性能混凝土抗压强度影响的试验结果

从表6中可以看出：在普通硅酸盐水泥基高性能混凝土中，使用机制砂部分取代河砂时，随着机制砂掺量的不断增加其高性能混凝土抗压强度先逐渐增加而后逐渐下降，且机制砂掺量在40%，其高性能混凝土抗压强度达到最大值；从表6中还可以看出：普通硅酸盐水泥基高性能混凝土7d、28d 和56d 的抗压强度变化规律基本一致。这是因为：由于机制砂的加入，机制砂中的石粉使新拌混凝土中气泡减少，硬化后浆体中的凝胶孔和毛细孔、以及总孔隙率都将降低，从而使高性能混凝土内部结构更加致密，导致其高性能混凝土抗压强度增加；但机制砂掺量过高时，机制砂中石粉含量过量，会使新拌混凝土状态变化，并且硬化后浆体结构密实性变差，比如机制砂掺量超过50%后，其高性能混凝土抗压强度降低，机制砂掺量越高其高性能混凝土抗压强度降低越明显。

3.2 机制砂取代河砂对高性能混凝土抗渗性的影响

表7 机制砂取代河砂对高性能混凝土抗渗性能影响的试验结果

从表7中可以看出：在普通硅酸盐水泥基高性能混凝土中，使用机制砂部分取代河砂时，随着机制砂掺量的不断增加其高性能混凝土渗水高度先逐渐下降而后逐渐增加，即高性能混凝土抗渗性能先逐渐增加而后逐渐下降，且机制砂掺量在30%，其高性能混凝土抗渗性达到最佳效果。这是因为：由于机制砂的加入，使普通硅酸盐水泥基高性能混凝土凝胶孔和毛细孔、总孔隙都降低，导致其高性能混凝土内部结构密实性增强，从而提高其抗渗性。

结论：

（1）在普通硅酸盐水泥基高性能混凝土中，使用机制砂部分取代河砂时，随着机制砂掺量的不断增加，其高性能混凝土抗压强度先逐渐增加而后逐渐下降；且机制砂掺量在40%时，其高性能混凝土抗压强度达到最大值。

（2）在普通硅酸盐水泥基高性能混凝土中，使用机制砂部分取代河砂时，随着机制砂掺量的不断增加，其高性能混凝土抗渗性能先逐渐增加而后逐渐下降；且机制砂掺量在30%时，其高性能混凝土抗渗性达到最佳效果。

（3）综合机制砂部分取代河砂对高性能混凝土抗压强度和抗渗性能的影响，其机制砂最佳掺量范围为30%-40%。