开封特细砂混凝土力学性能和收缩性能研究

赵书锋

（开封大学土木建筑工程学院， 开封 475004）

开封位于黄河中下游，属于黄河冲积平原，历史上黄河泛滥，泥沙淤积，多次淹没故城，又数次在原址上重建，黄河从中上游带来的巨量泥沙便在此大量沉积下来，独特的地质形成条件，让开封拥有丰富的细砂资源，经检测开封砂的细度模数在 0.7～1.5之间，属于特细砂的范畴，开封砂价格便宜，存储量大，但是目前国家没有颁布针对特细砂应用的规范标准，目前采用搅拌站大多独立开根据自己的经验配置，这对于浇筑的建筑物具有较大的安全风险，基于此本文对开封特细砂混凝土进行力学性能和收缩研究，通过试验分析，寻找其最佳掺量，为工程实践提供依据。

1 试验原材料及配合比

1.1 水泥

本实验采用新乡平原同力水泥有限公司生产的平原牌42.5强度等级普通硅酸盐水泥其基本性质如表1。

表1 水泥基本物理力学性能指标

1.2 粗骨料

粗骨料选取 5～20mm连续级配碎石，主要性能指标，均满足《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ52-2006规定。

1.3 细骨料

本次试验开封特细砂和人工砂，人工砂来源于于开封市某商品混凝土搅拌站，开封特细砂来源于开封黄河滩彩砂场，主要性能指标见表2

1.4 其他材料

水：拌制混凝土采用饮用自然水，试剂配制采用蒸馏水。

减水剂：山东建材有限公司生产的高吸能聚羧酸减水剂。

粉煤灰开封电厂的Ⅰ级粉煤灰，表观密度 2 040 kg /m3，0.045 mm 筛余量11.3% 。

表2 特细砂与人工砂物理性能

2 配合比设计

目前施工普遍采用泵送混凝土，按照《混凝土泵送施工技术规程》（GJ/T 10-2011）要求砂率为38～45%，混凝土坍落度宜在 100～140mm（泵送高度50m），150～180mm（泵送高度 100m），190～220mm（泵送高度 200m）；胶凝材料不小于300kg/m3。本实验将配制强度等级为 C30、C50的特细砂混凝土各8组，观察开封特细砂掺量分别在 0、10%、20%至 50%情况下混凝土的和易性和强度。配合比见表3。

表3 试验配合比

3 试验方法

3.1 立方体抗压强度试验

根据照GB/T 50081《普通混凝土力学性能试验方法标准》，要求制作和养护试件，混凝土抗压试件尺寸为150mm×150mm×150mm，采用WE-60 型液压式万能试验机进行抗压强度检测。对于 C30试块分别按照加载速度 0.5MPa/s，C40和C50试块加载速度 0.7MPa/s。

3.2 收缩试验

按照GB/T 50082《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》要求，试件尺寸为 100 mm×100 mm×515mm 的棱柱体试件，养护龄期为10d，试验设备采用 SW-F6非接触式混凝土收缩变形测定仪，检测试件在（20±2）℃、相对湿度（60±5）%的恒温恒湿条件下自由收缩变形。

4 0试验结果分析

4.1 特细砂含量对混凝土和易性影响

表4 混凝土和易性

由表4可知混凝土的坍落度随着特细砂比例的加大逐渐增加，粘聚性与保水性在特细砂掺量 30%以内时候能够获得改善，这主要与在与特细砂比例得当时候其成分中的45-160μm 微细颗粒，能够有效弥补你胶凝材料中的间断级配，能够使混凝土用砂级配得到优化。从有利于施工的和易性来讲C30情况下最大掺量可以达到45%，C50强度等级下最大掺量为40%。

4.2 特细砂含量对立方体抗压强度的影响

C30 、C40 、C50等级混凝土的立方体试块在标准养护条件下其抗压强度与开封特细砂含量之间的关系曲线类似其中如图 1～3 所示。

图1 特细掺量对混凝土强度影响

由图1～3可知固定水胶比的情况下，C30和C50强度等级的混凝土强度与

特细砂掺量关系变化曲线类似，均是随着特细砂比例增加混凝土的强度先增加后降低，C30混凝土7d龄期时特细砂掺量25%度达到最大值；28d龄期时，特细砂掺量为30%是混凝土的强度达到最大值39.9Mpa，高出0%组7.4Mpa，超过30%后混凝土强度逐渐减小，特细砂掺量在 45%时开始出现强度不满足，强度为29.7Mpa。C50混凝土7d龄期时特细砂掺量25%度达到最大值；28d龄期时，特细砂掺量为20%是混凝土的强度达到最大值60.6Mpa，高出0%组7.5Mpa，超过20%后混凝土强度逐渐减小，特细砂掺量在 40%时开始出现强度不满足。故若以立方体抗压强度为基准建议C50以下强度等级特细砂掺量掺量建议为20%～40%之间，其中最优掺量20～30%。

4.3.特细砂含量对混凝土收缩性能影响

混凝土收缩试验结果及分析，采用非接触法进行混凝土的收缩试验之后，其中，试验所测得的部分收缩率数据如表5

表5 混凝土收缩试验部分收缩率结果 单位：10-6

根据表5中数据可以看出，C30 和 C50 等级各组别混凝土的收缩率随时间的变化趋势大体相同，早期由于混凝土水化过程放出热量，收缩值为负值，初凝后的收缩以干燥收缩为主，5d收缩量均占28d收缩量的90%以上，在水泥用量和用水量相同时，掺加有特细砂混凝土比表面积较大早期水化反应较慢，总体上其收缩性相对较小，就28d总收缩量来看掺量达40%的特细砂混凝土与普通混凝土的收缩量大体相当。

5 结论

（1）开封砂不能单独用于混凝土细骨料，但是在合适掺量下能够可以用于混凝土细骨料。

（2）开封砂掺量对混凝土强度有明显影响，随着特细砂掺入比例加大混凝土强度等级均是先增大后减小，建议 C50及以下强度等级开封特细砂控制掺量为20%～40%，最优掺量为20%～30%。

（3）开封特细砂掺量在40%以下时混凝土收缩量与普通混凝土收缩量基本，稍微偏大，但是总体基本相当，可适增养护时间。