机制砂超高性能混凝土的研究现状

郭江川

(重庆交通大学 重庆 400000)

超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete,UHPC)是一种超高强、低脆性、耐久性优异。它对原材料、级配设计、生产工艺和施工技术的要求更加严格。是近30年工程材料的一重大跨越，赋予了水泥基材料新的使命，具有低碳环保，性能优异等特点[1-2]。以往的UHPC制作采用的是石英砂和天然河砂，随着建筑行业的快速发展，天然河砂的大量开采及其应用导致了资源匮乏等一系列问题，石英砂的生成工艺较为复杂且成本较高，机制砂时采用石料通过制砂设备加工而成，石料品种较为丰富，且工艺简单，成本较低，因此，采用机制砂代替石英砂和天然河砂成为必然的趋势[3-4]。

一、机制砂超高性能混凝土

江京平[5]等人通过分析超细掺和料、水胶比、胶凝材料用量、外加剂等原材料对超高强混凝土的性能影响，指出了配制这种混凝土的技术途径。采用常规材料及通用工艺成功地研制成工作性较好,28d抗压强度在100MPa以上的机制砂高性能混凝土。

胡蝶[6]等人将机制砂应用于工程中发现，不仅可以降低能耗，还减少了环境污染。用不同石粉含量(0%、5%、10%、15%)的机制砂制备了强度等级(C30、C40、C60)的混凝土。研究了机制砂的石粉含量对混凝土的工作性、力学性能的影响。结果表明，混凝土的坍落度、扩展度随着机制砂的石粉含量的增加呈现先增加后减少的趋势；适量的含粉量对混凝土的强度有提高作用，C30 机制砂混凝土的强度随着石粉含量从 0～15%的增加逐渐增大，但C40强度等级混凝土在石粉含量0%-10%时，强度逐渐增大，超过10%后强度逐渐降低；C60强度等级的机制砂混凝土在石粉含量为5%时强度最高。

李振怀[7]等人研究了以不同种类岩石原材料制备的机制砂作为细集料，制备高强机制砂混凝土。主要采用了石灰石和卵石两种原材料制得机制砂，及不同含粉量(3%、5%、7%、10%)对高强混凝土工作性和强度的影响。结果表明，原材料岩石形态对混凝土的性能影响较为显著，石灰石机制砂由于表面更加粗糙、富有棱角，与其他材料界面的黏结能力更强增加了机械咬合力导致石灰石机制砂混凝土强度要高于卵石机制砂混凝土；适量的石粉含量能有效的改善机制砂混凝土颗粒的堆积密度，减小混凝土基体内部的空隙，提高强度，过多的含粉量也会导致混凝土和易性不好，进而强度降低。

张坤[7]等人使用机制砂代替天然河砂和石英砂配制混凝土，通过配合比设计，设计出了C100机制砂高强混凝土，并研究了不同原料形态以及不同石粉含量(3%、5%、7%、10%)对机制砂混凝土强度、工作性和收缩性的影响。结果表明，该混凝土具有良好的工作性能与力学性能，满足结构设计要求，且石粉对混凝土性能影响较大，为工程实际应用提供参考。

冯滔滔[4]等人研究了机制砂等质量替代河砂用于制备超高性能混凝土(UHPC)，替代率分别为 0%，25%，50%，75%以及 100%，研究了机制砂对UHPC动静态力学性能的影响。结果表明：机制砂替代河砂后，所制备的UHPC抗压强度与仅用河砂配制的UHPC 抗压强度相近；机制砂UHPC具有优异的抗冲击性能，可以承受多次冲击行为，此外机制砂UHPC具有明显的应变率效应，动态增强因子DIF与应变率呈对数函数关系。采用有限元法(LS-DYNA)模拟了机制砂UHPC的冲击过程，数值模拟结果表明应力应变曲线和破坏形态均与试验较为吻合。

宋少民[9]等人通过国内不同岩性制备的机制砂，选取6种不同岩性机制砂，级配和粒径相同的条件下，研究对混凝土的影响。实验数据表明，机制砂颗粒表面织构、石粉含量、化学组成对混凝土的工作性和力学性能有很大影响。颗粒表面织构不平整，石粉吸附性大的的花岗岩机制砂和片麻岩机制砂，对胶砂和混凝土的和易性影响较大，与外加剂适应性较差；不同岩性机制砂的表面织构、石粉吸附性、化学组成对胶砂和混凝土的强度影响不显著。

二、结论

UHPC已经有20年的应用历史，在科研和应用方面都取得可很大的成就，例如装饰建筑配件，大跨径桥梁结构，钢桥面铺装等，UHPC具有优异的防爆和抗冲击性能，在未来的工程有很大应用前景。机制砂配制的UHPC，表现出优异的工作性能和力学性能，有较好的抗冲击和耐久性能，可根据不同的需求选择不同岩石的机制砂作为原材料，而且机制砂的制备工艺简单、成本较低，机制砂UHPC在未来工程的应用会更广泛。