機制砂混凝土性能影響因素實驗分析

摘 要：土木工程使用的混凝土大多以天然砂為主要細(xì)骨料，而天然砂是一種地方性資源，短期內(nèi)不可再生。隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的日益發(fā)展，不少地區(qū)天然砂資源逐步短缺，混凝土用砂供需矛盾尤為突出。然而，機制砂在我國目前還沒有被廣泛應(yīng)用，由它打出的混凝土其性能（力學(xué)強度、耐久性能等）尚缺乏系統(tǒng)的研究。所以有必要對機制砂混凝土的性能進(jìn)行試驗研究，并且對可能影響其性能的因素進(jìn)行分析總結(jié)。

關(guān)鍵詞：機制砂；混凝土性能；砂率；水灰比；石粉含量；正交試驗

中圖分類號：TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）6-0153-02

1 機制砂及機制砂混凝土國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及問題

從國家層面上，直到2002年才首次在國標(biāo)GB/T14684- 2001中增加了機制砂種類，確定了機制砂的定義、技術(shù)要求和檢驗方法。美國地質(zhì)勘探局根據(jù)資源利用率和環(huán)保的要求，在1996年對機制砂及其母巖進(jìn)行過調(diào)查，顯示機制砂大致占細(xì)集料的20%；而日本在20世紀(jì)80年代天然集料和人工集料的比在0.9：1，到了20世紀(jì)90年代達(dá)到了0.5：1。

然而也有學(xué)者認(rèn)為機制砂由機械破碎、篩分制成，顆粒形狀粗糙尖銳、多棱角， 通常用它來配制混凝土砂率比河砂混凝土大；并且機制砂顆粒內(nèi)部微裂紋多、空隙率大、開口相互貫通的空隙多、比表面積大，加上石粉含量高等特點，與河砂混凝土有較大的差異。

2 研究內(nèi)容概述

上述某些學(xué)者對機制砂混凝土性能的懷疑從根本上講是對影響機制砂混凝土性能的因素研究不足，所以有必要進(jìn)行試驗分析。機制砂混凝土影響因素試驗分析是在已獲得的機制砂基準(zhǔn)配合比基礎(chǔ)上選取有代表性的配合比進(jìn)行影響混凝土性能因素的試驗研究，擬選擇中等級C35混凝土，抗?jié)B等級取P8，影響因素選擇如下幾個：

①石粉含量：石粉含量的影響程度與實際應(yīng)用中是否需要清洗密切相關(guān)，是性能與應(yīng)用成本很現(xiàn)實的問題，針對依托工程使用的機制砂，取原始石粉含量、篩選石粉含量和水洗機制砂三個石粉含量水平。

②水灰比：主要考慮水泥量的變化對混凝土硬化性能的影響，以選擇出的配合比水灰比為基礎(chǔ)，變化水灰比進(jìn)行試驗研究，試驗參數(shù)同上。

3 正交實驗簡介

正交試驗設(shè)計（Orthogonal experimental design）是研究多因素多水平的又一種設(shè)計方法，它是根據(jù)正交性從全面試驗中挑選出部分有代表性的點進(jìn)行試驗，這些有代表性的點具備了“均勻分散，齊整可比”的特點，正交試驗設(shè)計是分析因式設(shè)計的主要方法，是一種高效率、快速、經(jīng)濟的實驗設(shè)計方法。

4 C35P8混凝土正交試驗數(shù)據(jù)和結(jié)果

C35P8混凝土基準(zhǔn)配合比見表1，C35P8試驗因素水平見表2。

4.1 石粉含量對混凝土性能的影響總結(jié)

如圖1和圖2所示，從C35P8混凝土正交試驗均值以及圖線來看，隨石粉含量增加，混凝土坍落度均下降，凝結(jié)時間稍有延長，泌水率減小；隨石粉含量增加，抗?jié)B性稍有降低；隨石粉含量增加，抗壓強度有一定波動，但相差不大， C35混凝土呈增長趨勢，在4%石粉含量時出現(xiàn)增長峰值。

石粉會使混凝土坍落度減小、凝結(jié)時間延長、泌水率減少，但從總體上來說，機制砂石粉含量對工作性無明顯不良影響，在合理調(diào)配水灰比及外加劑品種和摻量的情況下，完全能獲得優(yōu)質(zhì)的大流動性混凝土；研究結(jié)果還表明：機制砂石粉含量在一定范圍內(nèi)，即C35混凝土石粉含量<8%。對混凝土抗?jié)B性和抗壓強度沒有大的影響，抗?jié)B性和抗壓強度變化很小，這項研究成果可大大擴展機制砂混凝土的應(yīng)用范圍和降低工程成本。

4.2 水灰比含量對混凝土性能的影響總結(jié)

如圖3和圖4所示，從正交試驗均值看，水灰比增加，坍落度增大，凝結(jié)時間延長，泌水率增大，抗?jié)B性下降，混凝土抗壓強度下降；而水灰比減少，則會讓塌落度降低，混凝土變得較干硬，縮短了終凝和初凝時間，泌水現(xiàn)象減弱，增強了抗壓強度。

從圖3中可以明顯看到在0.41處有個轉(zhuǎn)折點。它是各種性能變化速率的一個拐點，它對實際工程有著重要的參考作用。

4.3 其他因素的影響總結(jié)

從均值看，砂率增加，坍落度下降，凝結(jié)時間小幅縮短，但變化非常小；砂率增加，泌水率有一定波動，C35混凝土在砂率44%時出現(xiàn)最大峰值；砂率增加，對抗?jié)B性影響很不明顯，幾乎看不出變化；砂率增加，混凝土抗壓強度有一定波動，但變化不大，C35混凝土在砂率44%時出現(xiàn)最大峰值。

即44%的砂率是混凝土各項性能指標(biāo)的一個重要轉(zhuǎn)折點，對不同要求的混過凝土應(yīng)該綜合考慮砂率對其性能的影響。

5 研究展望

機制砂混凝土大量應(yīng)用是土木工程發(fā)展的必然方向，其技術(shù)措施的開發(fā)完善、影響因素的全面深入分析、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的合理制定都將獲得大的發(fā)展，特別是耐久性的研究，將是今后研究工作的重點，各種環(huán)境條件將是對機制砂混凝土應(yīng)用效果影響最大、最復(fù)雜的因素。

參考文獻(xiàn)：

[1] G.Kakali，S.Tsivilis，E.Aggeli，M.Bati，Hydration products of C3A， C3S and Portland cement in the presence of CaCO3[J].Cem-

ent and Concrete Research，2000，（30）.

[2] 李興貴.高石粉含量人工砂在混凝土中的應(yīng)用研究[J].建筑材料學(xué)報，2004，（1）.

[3] 吳明威，付兆崗，李鐵翔，等.機制砂中石粉含量對混凝土性能影響的試驗研究[J].鐵道建筑技術(shù)，2000，（4）.

[4] 鄭金炎，吳躍群.人工砂在商品混凝土中的應(yīng)用[J].工程應(yīng)用，2004，（6）.