风积砂混凝土试块抗压强度试验研究

刘园

（ 青海大学，青海 西宁810016）

随着经济社会的快速发展，对组成混凝土原材料之一的天然砂的需求量也越来越大，而以河砂为主的天然砂是不可再生资源，已不能满足当代建筑工程建设规模日益扩大的需要。使用风积砂替代天然砂，配置风积砂混凝土的探索研究，受到了一些研究者的重视[1-4]。

李海峰等[5]的试验结果表明：沙漠砂混凝土试块的抗压强度呈现出先增大后减少的趋势。Harthy 等[6]的试验结果表明：混凝土试块的抗压强度随着沙丘砂替代率的增加而降低。

本文采用青海某天然风积砂替代天然河砂，以强度等级为C50 的混凝土为研究对象，探究风积砂替代率（50%）和不同龄期（7d、14d、28d）对风积砂混凝土试块抗压强度的影响规律。

1 试验

1.1 试验材料

水泥：青海西宁生产的昆仑山牌P·O425 级普通硅酸盐水泥，该水泥7d 和28d 抗压强度分别为24MPa 和48MPa，水泥的体积安定性合格。粗骨料：青海省格尔木市生产的粒径尺寸为5～20mm 的玄武岩碎石。细骨料：青海省西宁市永固砂厂生产的天然河砂。细度模数为2.8，属天然中砂，其颗粒级配良好。风积砂来源于海北州青海湖地区，细度模数为1.9，其颗粒级配不良。水：实验室自来水。

1.2 配合比设计

在其他材料和用水量保持不变的情况下，风积砂以质量分数为50%取代天然砂配置混凝土试块，具体如表1 所示。

表1 混凝土配合比设计

1.3 加载方法

混凝土立方体试块的抗压强度试验按照《混凝土物理力学性能试验方法标准》（GB/T 50081-2019）中的相关规定进行，以3 个试块为一组，试块尺寸为150mm×150mm×150mm。将混凝土试块放置于SANS 万能电子试验机的上下承压板上，对试块采用每秒钟0.5MPa 的速率，连续均匀地施加轴向荷载。

2 结果与分析

2.1 混凝土试块抗压强度试验结果

混凝土试块抗压强度的计算，按照公式(1)计算：

式中：

fcu－试块的抗压强度值（MPa）；

P－试块的破坏荷载（N）；

A－试块的承压面积（mm2）。

以三个试块测试值的算术平均值作为该组试块的抗压强度值。试验结果如表2。

表2 C50 混凝土试块抗压强度单位：MPa

2.2 试块的受压试验现象及破坏形态

风积砂混凝土试块与普通混凝土试块加载初期，试块表面没有明显变化；随着轴向荷载的加大，试块边缘开始出现竖向裂缝，其外表面开始出现少量外鼓，起皮；试块达到破坏荷载后，试块整体性仍然较好，混凝土试块表面出现纵向裂缝，其外表面大量外鼓，起皮，混凝土试块受压破坏的同时，能听到轻微的噼啪声。

图1 风积砂试块与普通混凝土试块破坏形态对比

2.3 风积砂替代率对混凝土试块抗压强度的影响

分析表2 试验数据，风积砂质量分数替代率为50%时，风积砂混凝土试块的28d 抗压强度与普通混凝土试块的28d 抗压强度相比，提高幅值约为5.2%。李玉根、王尧鸿等[7-8]认为青海某风积砂与天然砂相比，风积砂颗粒较小，掺入一定质量分数的风积砂，在一定程度上，改善了混凝土中细骨料的颗粒级配，从而，使风积砂混凝土试块的抗压强度，有一定程度的提高。

2.4 龄期对混凝土试块抗压强度的影响

分析表2 给出的风积砂混凝土试块的抗压强度试验数据，绘制出了风积砂混凝土试块的抗压强度与龄期之间的关系曲线（图2）。由图2 可知：使用质量分数为50%的风积砂替代天然砂配置的混凝土试块，和普通混凝土试块（风积砂替代率为0%）一样，其抗压强度都随着龄期的增长，呈现出增大的趋势。掺量为50%的风积砂混凝土试块与普通混凝土试块一样，在7d、14d 的抗压强度速率增长较快。

3 结论

本试验使用一定质量分数的风积砂替代天然砂配置风积砂混凝土试块，研究风积砂掺量及龄期对试块抗压强度的影响规律，得出如下结论：

3.1 风积砂替代率为50%时，风积砂混凝土试块28d 的抗压强度大于普通混凝土试块28d 的抗压强度，其抗压强度提高幅值可达5.2%。

3.2 风积砂混凝土试块的7d、14d 的抗压强度增长速率与普通混凝土试块抗压强度增长速率基本相同。