機制砂高性能混凝土的耐久性分析

王燚，馮慶革，彭俚，孫昕

（1. 南寧市建筑管理處，廣西 南寧 530022；2. 廣西大學環境學院，廣西 南寧 530002；3. 中國移動通信集團廣西有限公司，廣西 南寧 530028）

機制砂高性能混凝土的耐久性分析

王燚1，馮慶革2，彭俚3，孫昕2

（1. 南寧市建筑管理處，廣西 南寧 530022；2. 廣西大學環境學院，廣西 南寧 530002；3. 中國移動通信集團廣西有限公司，廣西 南寧 530028）

本文針對機制砂高性能混凝土的耐久性問題，通過試驗配備了不同機制砂摻量的混凝土，測試了不同齡期混凝土的電通量與不同碳化齡期下混凝土的碳化深度值，分析了機制砂混凝土的抗氯離子滲透性能和抗碳化性能。分析結果表明，摻加機制砂可以有效降低混凝土的抗氯離子滲透性能，且不影響混凝土的抗碳化性能，機制砂完全可以替代天然砂配制出符合要求的混凝土。

機制砂；高性能混凝土；抗氯離子滲透性；抗碳化性

0　引言

由于在我國的大部分地區天然砂資源日漸稀缺，同時自2002 年國家或地方則出臺了一系列限采或禁采天然砂的規定，導致天然砂資源日漸匱乏難以滿足現代工程發展強勁的需求量。因此，采用機制砂代替天然砂配制混凝土是大勢所趨。目前，機制砂已經成功應用于水利水電工程和道路橋梁工程中，三峽大壩、龍灘水電站、湖北吉茶高速公路和巴南高速公路等工程均使用了機制砂混凝土[1]。

機制砂棱角多、表面粗糙，并且含有一定量石粉，而河砂顆粒渾圓、表面光滑，采用機制砂代替天然砂配制混凝土，會對混凝土的工作性能、力學性能和耐久性等產生較大影響。

針對機制砂混凝土的耐久性問題，李鳳蘭[2]等人通過試驗研究了機制砂原料形態、石粉含量對原狀機制砂混凝土氯離子滲透和碳化性能的影響。李銀斌[3]等人通過 RCM 和浸泡兩種試驗方法，研究機制砂混凝土和砂漿的抗氯離子滲透性能。顏從進[4]等人研究了機制砂中石粉含量對混凝土抗氯離子滲透性能與抗硫酸鹽侵蝕性能的影響。國外學者中，B.Menadi[5]等人研究了機制砂中石粉對混凝土耐久性的影響，包括水分、氣體和氯離子對混凝土的滲透能力，毛細吸水性與抗壓強度。M.Bederina[6]等人研究了在露天環境、石灰溶液和鹽酸溶液三種條件下，機制砂部分替代或者全部替代河砂而配制成的砂漿的耐久性問題。上述學者主要研究了機制砂應用在普通混凝土中的耐久性問題，由于目前高性能混凝土的廣泛應用，機制砂也開始應用于高性能混凝土的制備中。針對機制砂高性能混凝土的問題，李北星[7]等人研究了不同石粉含量與不同粉煤灰摻量對 C60 機制砂高性能混凝土工作性、抗壓強度、彈性模量、干縮率、氯離子擴散系數和抗凍性的影響，以及石粉作摻合料對機制砂混凝土工作性和抗壓強度的影響。徐大禎[1]等人在混凝土中摻入粉煤灰和硅灰，研究不同摻和量下，機制砂混凝土的基本性能、抗碳化性能和抗滲能力。

本文通過試驗研究了水膠比、粉煤灰摻量、礦粉摻量和機制砂替代量四個因素對機制砂高性能混凝土的抗氯離子滲透性能和抗碳化性能的影響，重點分析了機制砂摻量對混凝土耐久性的影響規律。

1　原材料的基本性能及指標

1.1原材料

（1）水泥

水泥：華潤（南寧）水泥有限公司生產的 P·O42.5 硅酸鹽水泥，各礦物成分比例如表 1 所示。

表1　水泥熟料的礦物成分比例

（2）粉煤灰

粉煤灰選用南寧國電Ⅱ級灰，礦物成分比例如表 2 所示。

表2　粉煤灰的礦物成分比例 %

（3） 礦粉

礦粉選用源盛礦粉，性能參數如表 3 所示。

表3　礦粉性能參數

（4）骨料基本性能

在本文中共涉及兩種細骨料：天然砂、機制砂，粗骨料選用粒徑范圍 5～31.5mm，具有連續級配的碎石，細骨料和粗骨料的基本性能如表 4 和表 5 所示。

從表 4 中可見，本文所選擇的機制砂的各項指標均滿足規范要求，且石粉含量和泥塊含量均較低。

表4　兩種細骨料基本性能

表5　粗骨料基本性能

（5）外加劑

減水劑：聚羧酸緩凝早強型減水劑，固含量 8.6%，密度1.027g/mL，減水率 23.6%，pH 值 5.0。

1.2試驗配比設計**經與本文作者溝通，本文所涉及的混凝土配合比和試驗結果具體數據需要保密，未于載出，只介紹科研成果。

混凝土設計配合比見表 6。

表6　機制砂混凝土配合比情況

2　試驗方法和試驗結果

2.1抗氯離子滲透性（電通量法數據）

根據 GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》中的規定，混凝土的抗氯離子滲透性可由混凝土 6h 電通量來表征，測定得到的機制砂摻量對不同齡期混凝土抗氯離子滲透性的影響如圖 1 所示。

圖1　機制砂摻量對不同齡期混凝土抗氯離子滲透性的影響

從圖 1 可知，由于混凝土密實性的增加，各機制砂混凝土的電通量隨齡期的增長而減少，隨水膠比的降低而減少。對于各個齡期的混凝土，其電通量隨機制砂摻量的增加而減少，這是由于機制砂較粗糙的表面和適量的石粉會形成較強的過渡區，從而阻礙氯離子在混凝土過渡區中的傳輸。因此，選擇各項指標均滿足規范要求且石粉含量和泥塊含量均較低的機制砂來制備混凝土時，用機制砂替代天然砂會提高混凝土的抗氯離子滲透性。

2.2抗碳化性能

碳化試驗是根據《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》（GB/T 50082—2009）中規定的方法進行測試。試件的制備采用 300mm×100mm 的棱柱體模具，在標養室中養護至 28d 后將試件取出，放置 60℃ 的烘箱中，48h 后取出試件，用環氧樹脂將棱柱體的上下兩個正方形面和其中一個側面密封好，待環氧樹脂凝固硬化后放入碳化箱中開始碳化試驗，此時為碳化的起始時間，分別在之后的 28d、56d 和90d 對試件按照規范規定的方法進行碳化深度的測試，測定得到的機制砂摻量對不同碳化齡期混凝土碳化深度的影響如圖 2所示。

圖2　機制砂摻量對不同碳化齡期混凝土碳化深度的影響

從圖 2 可知，各機制砂混凝土的碳化深度隨碳化齡期的增長而增加，隨水膠比的降低而減少。但對于各個碳化齡期的混凝土，其機制砂摻量對混凝土碳化深度的影響并不明顯，說明選擇各項指標均滿足規范要求且石粉含量和泥塊含量均較低的機制砂制備混凝土時，用機制砂替代天然砂不會對混凝土的抗碳化性能造成明顯影響。

3　結論

本文主要通過試驗分析了機制砂摻量對混凝土抗氯離子滲透和抗碳化性能的影響，得出如下結論：

（1）在抗氯離子滲透方面，由于機制砂較粗糙的表面和適量的石粉會形成較強的過渡區，從而阻礙氯離子在混凝土過渡區中的傳輸，混凝土電通量隨機制砂摻量的增加而減少，說明選擇各項指標均滿足規范要求且石粉含量和泥塊含量均較低的機制砂來制備混凝土時，用機制砂替代天然砂會提高混凝土的抗氯離子滲透性。

（2）在抗碳化性能方面，水膠比是影響混凝土抗碳化性能的最重要因素，其機制砂摻量對混凝土碳化深度的影響并不明顯，說明用機制砂替代天然砂不會對混凝土的抗碳化性能造成明顯影響。

（3）用機制砂代替天然砂配制混凝土，其耐久性并未削弱，反而部分耐久性能會強于天然砂混凝土，所以隨著天然砂資源的日漸枯竭，機制砂完全可以替代天然砂配制出符合要求的混凝土。

[1] 徐大禎．高性能機制砂混凝土耐久性的研究[D]．西南交通大學，2013．

[2] 李鳳蘭，郭克寧，徐陽洋．原狀機制砂混凝土的氯離子滲透與碳化性能試驗研究[J]．混凝土，2011, (12): 67-69．

[3] 李銀斌，阮欣．機制砂混凝土及砂漿抗氯離子滲透性能研究[J]．公路交通技術，2013, (5): 29-33．

[4] 顏從進．機制砂特性對混凝土性能的影響研究[D]．重慶大學，2014．

[5] Menadi B,Kenai S,Khatib J, et al. Strength and Durability of Concrete Incorporating Crushed Limestone Sand[J]. Construction and Building Materials, 2009, 23(2): 625-633.

[6] Bederina M,Makhloufi Z,Bounoua A, et al. Effect of Partial and Total Replacement of Siliceous River Sand with Limestone Crushed Sand on the Durability of Mortars Exposed to Chemical Solutions[J]. Construction and Building Materials, 2013, 47: 146-158.

[7] 李北星，周明凱，田建平，等．石粉與粉煤灰對 C60 機制砂高性能混凝土性能的影響[J]．建筑材料學報，2006, (4): 381-387．

［單位地址］廣西壯族自治區南寧市金花路 3 號建管大廈 512室（530022）

王燚（1984—），男，江西九江人，工程師，主要從事預拌混凝土監督管理及研究工作。