開封特細砂混凝土力學性能和收縮性能研究

趙書鋒

（開封大學土木建筑工程學院， 開封 475004）

開封位于黃河中下游，屬于黃河沖積平原，歷史上黃河泛濫，泥沙淤積，多次淹沒故城，又數次在原址上重建，黃河從中上游帶來的巨量泥沙便在此大量沉積下來，獨特的地質形成條件，讓開封擁有豐富的細砂資源，經檢測開封砂的細度模數在 0.7～1.5之間，屬于特細砂的范疇，開封砂價格便宜，存儲量大，但是目前國家沒有頒布針對特細砂應用的規范標準，目前采用攪拌站大多獨立開根據自己的經驗配置，這對于澆筑的建筑物具有較大的安全風險，基于此本文對開封特細砂混凝土進行力學性能和收縮研究，通過試驗分析，尋找其最佳摻量，為工程實踐提供依據。

1 試驗原材料及配合比

1.1 水泥

本實驗采用新鄉平原同力水泥有限公司生產的平原牌42.5強度等級普通硅酸鹽水泥其基本性質如表1。

表1 水泥基本物理力學性能指標

1.2 粗骨料

粗骨料選取 5～20mm連續級配碎石，主要性能指標，均滿足《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》JGJ52-2006規定。

1.3 細骨料

本次試驗開封特細砂和人工砂，人工砂來源于于開封市某商品混凝土攪拌站，開封特細砂來源于開封黃河灘彩砂場，主要性能指標見表2

1.4 其他材料

水：拌制混凝土采用飲用自然水，試劑配制采用蒸餾水。

減水劑：山東建材有限公司生產的高吸能聚羧酸減水劑。

粉煤灰開封電廠的Ⅰ級粉煤灰，表觀密度 2 040 kg /m3，0.045 mm 篩余量11.3% 。

表2 特細砂與人工砂物理性能

2 配合比設計

目前施工普遍采用泵送混凝土，按照《混凝土泵送施工技術規程》（GJ/T 10-2011）要求砂率為38～45%，混凝土坍落度宜在 100～140mm（泵送高度50m），150～180mm（泵送高度 100m），190～220mm（泵送高度 200m）；膠凝材料不小于300kg/m3。本實驗將配制強度等級為 C30、C50的特細砂混凝土各8組，觀察開封特細砂摻量分別在 0、10%、20%至 50%情況下混凝土的和易性和強度。配合比見表3。

表3 試驗配合比

3 試驗方法

3.1 立方體抗壓強度試驗

根據照GB/T 50081《普通混凝土力學性能試驗方法標準》，要求制作和養護試件，混凝土抗壓試件尺寸為150mm×150mm×150mm，采用WE-60 型液壓式萬能試驗機進行抗壓強度檢測。對于 C30試塊分別按照加載速度 0.5MPa/s，C40和C50試塊加載速度 0.7MPa/s。

3.2 收縮試驗

按照GB/T 50082《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》要求，試件尺寸為 100 mm×100 mm×515mm 的棱柱體試件，養護齡期為10d，試驗設備采用 SW-F6非接觸式混凝土收縮變形測定儀，檢測試件在（20±2）℃、相對濕度（60±5）%的恒溫恒濕條件下自由收縮變形。

4 0試驗結果分析

4.1 特細砂含量對混凝土和易性影響

表4 混凝土和易性

由表4可知混凝土的坍落度隨著特細砂比例的加大逐漸增加，粘聚性與保水性在特細砂摻量 30%以內時候能夠獲得改善，這主要與在與特細砂比例得當時候其成分中的45-160μm 微細顆粒，能夠有效彌補你膠凝材料中的間斷級配，能夠使混凝土用砂級配得到優化。從有利于施工的和易性來講C30情況下最大摻量可以達到45%，C50強度等級下最大摻量為40%。

4.2 特細砂含量對立方體抗壓強度的影響

C30 、C40 、C50等級混凝土的立方體試塊在標準養護條件下其抗壓強度與開封特細砂含量之間的關系曲線類似其中如圖 1～3 所示。

圖1 特細摻量對混凝土強度影響

由圖1～3可知固定水膠比的情況下，C30和C50強度等級的混凝土強度與

特細砂摻量關系變化曲線類似，均是隨著特細砂比例增加混凝土的強度先增加后降低，C30混凝土7d齡期時特細砂摻量25%度達到最大值；28d齡期時，特細砂摻量為30%是混凝土的強度達到最大值39.9Mpa，高出0%組7.4Mpa，超過30%后混凝土強度逐漸減小，特細砂摻量在 45%時開始出現強度不滿足，強度為29.7Mpa。C50混凝土7d齡期時特細砂摻量25%度達到最大值；28d齡期時，特細砂摻量為20%是混凝土的強度達到最大值60.6Mpa，高出0%組7.5Mpa，超過20%后混凝土強度逐漸減小，特細砂摻量在 40%時開始出現強度不滿足。故若以立方體抗壓強度為基準建議C50以下強度等級特細砂摻量摻量建議為20%～40%之間，其中最優摻量20～30%。

4.3.特細砂含量對混凝土收縮性能影響

混凝土收縮試驗結果及分析，采用非接觸法進行混凝土的收縮試驗之后，其中，試驗所測得的部分收縮率數據如表5

表5 混凝土收縮試驗部分收縮率結果 單位：10-6

根據表5中數據可以看出，C30 和 C50 等級各組別混凝土的收縮率隨時間的變化趨勢大體相同，早期由于混凝土水化過程放出熱量，收縮值為負值，初凝后的收縮以干燥收縮為主，5d收縮量均占28d收縮量的90%以上，在水泥用量和用水量相同時，摻加有特細砂混凝土比表面積較大早期水化反應較慢，總體上其收縮性相對較小，就28d總收縮量來看摻量達40%的特細砂混凝土與普通混凝土的收縮量大體相當。

5 結論

（1）開封砂不能單獨用于混凝土細骨料，但是在合適摻量下能夠可以用于混凝土細骨料。

（2）開封砂摻量對混凝土強度有明顯影響，隨著特細砂摻入比例加大混凝土強度等級均是先增大后減小，建議 C50及以下強度等級開封特細砂控制摻量為20%～40%，最優摻量為20%～30%。

（3）開封特細砂摻量在40%以下時混凝土收縮量與普通混凝土收縮量基本，稍微偏大，但是總體基本相當，可適增養護時間。