人工砂與特細砂混凝土性能對比研究

張 靖，宋 洋，黃 恩，蔣孝成，劉 倩，唐仲菊

水工材料

人工砂與特細砂混凝土性能對比研究

張 靖1，宋 洋2，黃 恩1，蔣孝成1，劉 倩1，唐仲菊1

（1.重慶市正源水務工程質量檢測技術有限責任公司，重慶400020；2.重慶市計量質量檢測研究院，重慶401123）

對比研究人工砂與特細砂混凝土力學性能、抗凍性能和耐熱性能。結果表明，在相同用水量和水灰比條件下，人工砂混凝土力學性能和抗凍性能明顯優于特細砂混凝土，但特細砂混凝土耐熱性能優于人工砂混凝土；低溫熱處理有助于提高混凝土耐熱性能。

人工砂混凝土；特細砂混凝土；抗凍性能，耐熱性能；對比研究

1 試驗

1.1 試驗材料

1.1.1 水泥

重慶科華水泥有限公司生產的P.O 42.5水泥，性能檢測結果如表1。

表1 水泥性能檢驗結果

1.1.2 粗骨料

碎石，一級配，5～20mm，表觀密度2700kg/m3，含泥量0.3%。

1.1.3 細骨料

人工砂，細度模數3.0，表觀密度2710kg/m3，石粉含量17.2；天然砂，細度模數1.4，表觀密度2680kg/m3，含泥量2.9%。

1.1.4 減水劑

重慶某公司生產高效減水劑，粉劑，減水率21.3%。

1.2 試驗方法

混凝土試驗配合比如表2。

表2 混凝土試驗配合比

續表2

由表2所示配合比拌制混凝土，成型70.7mm× 70.7mm×70.7mm立方體試件，靜置24h后拆模，標養至28d測試硬化混凝土各項性能。采用YE-2000壓力試驗機測試混凝土立方體抗壓強度；采用自動控溫干燥箱和智能箱式馬弗爐對混凝土試件進行耐熱試驗，控溫范圍分別為：室溫10℃~300℃和室溫~ 1300℃；采用-40KDS/180L型空氣凍融箱對混凝土試件進行凍融試驗，溫控范圍：-20℃~40℃。

2 結果與討論

2.1 力學性能

28d抗壓強度對比如圖1。

圖1 28d抗壓強度對比

由圖1可見，人工砂與特細砂混凝土抗壓強度均隨水灰比減小而增大，且隨水灰比減小，人工砂混凝土抗壓強度增長幅度明顯高于特細砂混凝土。水灰比為0.50，0.45，0.40，0.35時，人工砂混凝土較特細砂混凝土28d抗壓強度分別提高5.0%，6.5%，31.4%，46.9%。由此可見，水灰比大于0.45時，人工砂混凝土與特細砂混凝土抗壓強度并無太大差別，水灰比小于0.40時，兩者抗壓強度表現出明顯差異。究其原因當低水灰比時，人工砂中石粉的微集料效應，改善了混凝土內部孔隙構造，以致人工砂混凝土抗壓強度明顯較高；而高水灰比時，混凝土用水量遠超水泥水化理論用水量，混凝土內部孔隙較多，石粉微集料效應影響甚微，致使兩種混凝土抗壓強度差別不明顯［6-7］。

2.2 抗凍性能

2.2.1 質量變化

混凝土試件標養至28d后進行抗凍性試驗，采用慢凍法進行?；炷猎嚰|量損失主要由試件掉皮、棱角脫落等因素造成。

由圖2可見，相同次數凍融循環后，各試件質量都有不同程度降低。與試驗前相比，T-3、T-4、R-3、R-4試件質量損失率分別為1.98%，1.86%，1.10%，0.58%。試件質量損失率隨試件強度提高呈降低趨勢，人工砂混凝土質量損失小于特細砂混凝土，說明人工砂混凝土抗凍性優于特細砂混凝土?；炷量箖鲂耘c其結構內部孔隙構造密切相關，而孔隙構造直接受混凝土內部自由水數量的影響。試驗中，雖固定了混凝土用水量，但人工砂中石粉微集料效應對混凝土內部孔結構有一定改善作用［7-8］，能有效減少大孔徑孔隙，改善孔隙分布，從而提高混凝土抗凍性能。

圖2 凍融試驗前后試件質量變化

2.2.2 強度變化

由圖3可見，凍融試驗后，T-3、T-4、R-3、R-4試件抗壓強度降低率分別為84.1%，81.9%，75.7%，65.4%?；炷羶炔拷Y構凍融破壞主要由孔隙水結冰膨脹引起，破壞程度與混凝土結構內部孔隙飽水程度密切相關，通常是飽水程度越高，結構破壞越嚴重［9］。試驗中，因人工砂中石粉對混凝土內部孔結構的改善作用，使人工砂混凝土結構更為密實，外部水分更難浸入其中，在凍融循環過程中，表現出人工砂受損程度相對較輕，其抗壓強度降低率明顯低于特細砂混凝土，抗凍性能更好。此結果與試件質量損失結果保持一致。

圖3 凍融試驗前后試件抗壓強度變化

2.3 耐熱性能

低溫熱處理烘干溫度設定為60℃，煅燒溫度設定為450℃；低溫熱處理階段升溫速度設定為60℃/h，恒溫時間設定為6h，自然冷卻；煅燒階段升溫速度設定為100℃/h，恒溫時間設定為3h，自然冷卻。

2.3.1 質量變化

耐熱試驗過程中，混凝土試件質量損失主要由試件內部自由水分蒸發、水化產物分解脫水及表層水泥漿脫落等因素造成。水分損失是混凝土質量降低的主要原因。

圖4 耐熱試驗前后試件質量變化

由圖4可知，試件經煅燒處理后其質量都有不同程度損失。與試驗前相比，試件T-3、T-4、R-3、R-4直接煅燒質量損失率分別為5.26%，5.74%，5.38%，5.75%，低溫熱處理后煅燒質量損失率分別為4.93%，5.44%，5.03%，5.46%。由此可知，經低溫熱處理再高溫煅燒試件質量損失率較直接煅燒試件小，質量損失率分別降低0.33%，0.30%，0.35%，0.28%，表明低溫熱處理減小了水分損失，從而降低了試件質量損失。原因可能是低溫熱處理加速了混凝土水化反應，使混凝土結構內部分自有水轉化為結合水，高溫煅燒時蒸發失去自由水分相對較少。

研究表明［10］，當外界溫度達到100℃～110℃時，混凝土結構內自有水分開始蒸發，溫度達400℃～450℃時，水化產物氫氧化鈣才開始分解脫水。由此可知，本實驗設定的低溫熱處理溫度60℃并未造成混凝土結構內自由水過多蒸發損失，反而因水化反應減少了部分自由水分，450℃煅燒時，部分水化產物才開始分解脫水，但此階段混凝土質量損失仍以內部自由水分蒸發為主。因此，低溫熱處理減少了混凝土內部自由水分總數量，增加了結合水總數量，在煅燒過程中，結合水并未明顯分解脫水，自由水分蒸發仍為主導，最終表現為低溫熱處理試件質量損失更小。

從圖4可看出，相同水灰比時，人工砂混凝土質量損失率較特細砂混凝土質量損失率大，反映出特細砂混凝土耐熱性能較人工砂混凝土更優越，表明硅質細骨料的熱穩定性高于碳酸鹽質細骨料［11-12］。

2.3.2 強度變化

由圖5可知，混凝土經低溫熱處理后其抗壓強度都有不同程度的增長，試件T-3、T-4、R-3、R-4抗壓強度增長率分別為12.4%，10.6%，8.6%，5.1%。這是因為低溫熱處理提供了加速水泥水化所需的激活能［10］，水化反應加快，水化產物增多，混凝土結構更致密，而此時的溫度對混凝土結構無明顯破壞效應，故混凝土強度有所增長。

圖5 耐熱試驗前后試件抗壓強度變化

經煅燒處理后，混凝土抗壓強度均有不同程度的降低。與基準樣相比，低溫熱處理后煅燒試件T-3、T-4、R-3、R-4抗壓強度分別降低了9.5%，10.8%，13.1%，14.3%，直接煅燒試件則相應降低了12.7%，14.7%，17.6%，19.4%。這是因為高溫煅燒促使水泥水化產物分解，破壞凝膠強度，且因混凝土膨脹收縮作用，導致混凝土內部裂紋發育，降低混凝土結構強度。相對于低溫熱處理后煅燒試件，直接煅燒試件抗壓強度明顯降低，試件T-3、T-4、R-3、R-4強度降低率分別為3.5%，4.4%，5.1%，6.0%，說明低溫熱處理有助于提高混凝土耐熱性能。由測試結果可看出，無論采取哪種熱處理制度，相同水灰比時，人工砂混凝土抗壓強度損失率均大于特細砂混凝土，反映出特細砂混凝土的耐熱性能更好，這與質量變化測試結果一致。

3 結語

（1）人工砂中石粉微集料效應對混凝土孔結構有一定改善作用，從而使人工砂混凝土的力學性能和抗凍性能均優于特細砂混凝土。

（2）低溫熱處理有助于提高混凝土耐熱性能，降低混凝土強度損失。

（3）特細砂混凝土耐熱性能更優于人工砂混凝土。

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Comparative analysis of Properties for manufactured sand concrete and Ultrafine Sand Concrete

ZHANG Jing1，SONG Yang2，HUANG En1，JIANG Xiao-cheng1，LIU Qian1，TANG Zhong-ju1
（1.Chongqing Zhengyuan Hydraulic Engineering Quality Testing Technology Co.，Ltd，Chongqing 400020，China；2.Chongqing Academy of Metrology And Quality Inspection，Chongqing 401123，China）

The mechanical properties，frost resistance and heat resistance of concrete with manufactured sand and Ultrafine Sand are studied comparatively.It is found that，under the conditions of same water and water-cement ratio，the mechanical properties and frost resistance of manufactured sand concrete is better than that of Ultrafine Sand Concrete. However，the heat resistance is the opposite result.at the same time，Low temperature heat treatment before calcination is benefit to impove the heat resistance of concrete.

manufactured sand concrete；ultrafine sand concrete；frost resistance；heat resistance；comparative analysis

TU528.04

B

1672-9900（2016）04-0064-04

2016-06-24

張靖（1982-），男（漢族），重慶長壽人，工程師，主要從事建筑材料檢測與研究、水利工程質量管理工作，（Tel）13608383267。