机制砂C50预应力混凝土的配制及性能研究

（1.中建八局第二建设有限公司，山东 济南 250022；2.济南通达公路工程有限公司，济南 250202；3.山东省交通科学研究院，济南 250031）

0 引言

砂作为水泥混凝土中的重要组分之一，其性能对新拌混凝土及硬化混凝土都起着极其重要的作用。在工程建设发展的早期混凝土原材充分，多采用性能良好的天然砂用于混凝土的生产，但随着社会的发展，工程项目的增多，混凝土用量需求的增加，以及对环境保护的重视，天然砂资源难以满足工程发展的需求，机制砂开始成为混凝土生产的主力。机制砂从母岩开采到加工生产，由于母岩岩性、加工方式的不同，导致机制砂相对于天然砂，形状尖锐，表面粗糙，且含有一定数量的0.075mm 粒径以下的石粉或黏土，这都会影响混凝土的各项性能。有必要对机制砂混凝土的各项指标进行检测研究，以确定机制砂混凝土的适用性[1-4]。

本试验利用机制砂配制C50 桥梁预应力混凝土，并研究了机制砂混凝土的工作性、抗压强度、弹性模量以及抗氯离子渗透性，旨在推进机制砂在混凝土中的工程应用。

1 试验

1.1 原材料及配合比

水泥为山东山铝环境新材料有限公司生产的P·O42.5 普通硅酸盐水泥，基本物理性能指标如表1所示。粉煤灰：F 类I 级灰，45μm 方孔筛筛余量8.3%，需水量比94%，烧失量2.4%。粗集料为5～20mm 连续级配的石灰岩碎石，压碎值10.5%，表观密度2670kg/m3，含泥量0.5%。细集料为机制砂，机制砂基本性质如表2所示。减水剂为淄博亮正建材科技有限公司提供的含固量为18.62%的减水剂。C50 预应力混凝土配合比如表3所示。

表1 P·O 42.5 水泥的基本性质

表2 机制砂基本性质

表3 C50 机制砂混凝土配合比（kg/m3）

1.2 试验方法

1.2.1 混凝土工作性能

根据GB/T 50080《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》的试验规定进行新拌混凝土的和易性测试。用坍落度法测试混凝土拌合物的流动性，在测定坍落度的同时，通过观察拌合物的黏聚性和保水性，对新拌混凝土的和易性给出综合的判定。

1.2.2 混凝土力学性能

根据GB/T 50081《混凝土物理力学性能试验方法标准》规定，成型100mm×100mm×100mm 和150mm×150mm×300mm 的试件分别进行混凝土抗压强度和静力受压弹性模量试验。每组各龄期均成型三块试件，试件在养护24h后拆模，并放于混凝土养护室（温度20℃±2℃，相对湿度大于95%）中养护。试件养护至3d、7d、14d、28d 后，测试其抗压强度和弹性模量。

1.2.3 混凝土耐久性能

采用电通量和氯离子扩散系数测定法（RCM 法或NEL 法）评价硬化混凝土的抗氯离子渗透性能。电通量法根据GB/T 50082《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行；NEL 法是清华大学基于离子扩散和电迁移提出的一种饱盐电导率法，其测试简单、快速，且具有良好的稳定性。

根据《混凝土耐久性检验评定标准》（JGJ/T 193）和《Standard Test Method for Electrical Indication of Concrete’s Ability to Resist Chloride Ion Penetration》（ASTM C1202）规定，采用电通量法检测混凝土氯离子渗透性能时，混凝土的氯离子渗透性等级划分如表4所示。

表4 基于电通量的混凝土氯离子渗透性（28d 龄期）

NEL 法是清华大学基于离子扩散和电迁移提出的一种饱盐电导率法，其操作简单、外界因素影响较小，根据CCES01《混凝土结构耐久性设计与施工指南》中的NEL 法评价硬化混凝土的抗氯离子渗透性能,基于NEL 法的混凝土渗透性评价标准如表5所示。

表5 基于NEL 法的混凝土氯离子渗透性

2 结果与分析

2.1 工作性能

C50 机制砂混凝土的工作性如图1所示。实测混凝土拌合物坍落度215mm，扩展度550mm，含气量1.6%。混凝土的流动性、黏聚性均较好，骨料的浆体包裹性良好，无泌水、无离析现象，各项性能满足C50 泵送混凝土的要求，拌合物坍落度损失较小，1h 后坍落度为190mm，流动性依然良好。所选机制砂的细度模数为2.83，属于中砂，级配良好，石粉含量达到9.8%，但吸水率仅为1.62%，石粉不仅没有导致混凝土坍落度损失过大，同时作为细颗粒改善了砂的级配，减小了混凝土的泌水风险，提高了混凝土拌合物的黏聚性。

图1 机制砂混凝土工作性能

2.2 力学性能

机制砂混凝土的力学性能如图2所示。随着养护龄期的增加，水泥持续发生水化反应，混凝土的抗压强度和弹性模量均逐渐增大。混凝土5d 抗压强度达到54.2MPa，5d 弹性模量达到38.9GPa，均满足规范对预应力混凝土张拉时的要求。28d 龄期时，混凝土抗压强度达到69.4MPa，弹性模量达到43.8GPa。与5d 龄期时的抗压强度和弹性模量相比，分别增长了28.0%和12.6%。因机制砂颗粒表面较粗糙，与水泥浆的握裹力较高，配制的混凝土抗压强度较高[5-6]。

图2 机制砂混凝土抗压强度和弹性模量

2.3 抗氯离子渗透性能

对机制砂混凝土的抗氯离子渗透进行了研究，结果如表6所示。C50 混凝土的28d 电通量仅为687C，渗透性评价为很低，氯离子扩散系数为0.69×10-12m2/s，渗透性评价为低。不管是电通量法还是NEL 法，均表明机制砂配制的C50 混凝土抗氯离子渗透性能均非常高。所用机制砂含有一定量的石粉，石粉的存在填充了机制砂混凝土中的大孔隙，可降低细集料额松散堆积空隙率，提高混凝土基体的密实度，降低了氯离子的渗透性能[7]。

表6 机制砂混凝土28d 抗氯离子渗透性能

3 结论

（1）本试验所选机制砂级配较好，且含有一定量的石粉，配制的C50混凝土工作性能良好，经时损失小，无泌水、无离析现象，满足施工要求；混凝土5d 抗压强度达到54.2MP，弹性模量达到38.9GPa，满足C50 混凝土的设计要求。

（2）机制砂粒型尖锐、表面粗糙，与水泥浆的粘结性好，保证了机制砂混凝土的力学性能。同时，机制砂中的石粉填充了混凝土中的孔隙，起到了微集料的作用，提高了混凝土的密实性，改善混凝土的抗氯离子渗透性能。