機制砂超高性能混凝土的研究現狀

郭江川

(重慶交通大學 重慶 400000)

超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete,UHPC)是一種超高強、低脆性、耐久性優異。它對原材料、級配設計、生產工藝和施工技術的要求更加嚴格。是近30年工程材料的一重大跨越，賦予了水泥基材料新的使命，具有低碳環保，性能優異等特點[1-2]。以往的UHPC制作采用的是石英砂和天然河砂，隨著建筑行業的快速發展，天然河砂的大量開采及其應用導致了資源匱乏等一系列問題，石英砂的生成工藝較為復雜且成本較高，機制砂時采用石料通過制砂設備加工而成，石料品種較為豐富，且工藝簡單，成本較低，因此，采用機制砂代替石英砂和天然河砂成為必然的趨勢[3-4]。

一、機制砂超高性能混凝土

江京平[5]等人通過分析超細摻和料、水膠比、膠凝材料用量、外加劑等原材料對超高強混凝土的性能影響，指出了配制這種混凝土的技術途徑。采用常規材料及通用工藝成功地研制成工作性較好,28d抗壓強度在100MPa以上的機制砂高性能混凝土。

胡蝶[6]等人將機制砂應用于工程中發現，不僅可以降低能耗，還減少了環境污染。用不同石粉含量(0%、5%、10%、15%)的機制砂制備了強度等級(C30、C40、C60)的混凝土。研究了機制砂的石粉含量對混凝土的工作性、力學性能的影響。結果表明，混凝土的坍落度、擴展度隨著機制砂的石粉含量的增加呈現先增加后減少的趨勢；適量的含粉量對混凝土的強度有提高作用，C30 機制砂混凝土的強度隨著石粉含量從 0～15%的增加逐漸增大，但C40強度等級混凝土在石粉含量0%-10%時，強度逐漸增大，超過10%后強度逐漸降低；C60強度等級的機制砂混凝土在石粉含量為5%時強度最高。

李振懷[7]等人研究了以不同種類巖石原材料制備的機制砂作為細集料，制備高強機制砂混凝土。主要采用了石灰石和卵石兩種原材料制得機制砂，及不同含粉量(3%、5%、7%、10%)對高強混凝土工作性和強度的影響。結果表明，原材料巖石形態對混凝土的性能影響較為顯著，石灰石機制砂由于表面更加粗糙、富有棱角，與其他材料界面的黏結能力更強增加了機械咬合力導致石灰石機制砂混凝土強度要高于卵石機制砂混凝土；適量的石粉含量能有效的改善機制砂混凝土顆粒的堆積密度，減小混凝土基體內部的空隙，提高強度，過多的含粉量也會導致混凝土和易性不好，進而強度降低。

張坤[7]等人使用機制砂代替天然河砂和石英砂配制混凝土，通過配合比設計，設計出了C100機制砂高強混凝土，并研究了不同原料形態以及不同石粉含量(3%、5%、7%、10%)對機制砂混凝土強度、工作性和收縮性的影響。結果表明，該混凝土具有良好的工作性能與力學性能，滿足結構設計要求，且石粉對混凝土性能影響較大，為工程實際應用提供參考。

馮滔滔[4]等人研究了機制砂等質量替代河砂用于制備超高性能混凝土(UHPC)，替代率分別為 0%，25%，50%，75%以及 100%，研究了機制砂對UHPC動靜態力學性能的影響。結果表明：機制砂替代河砂后，所制備的UHPC抗壓強度與僅用河砂配制的UHPC 抗壓強度相近；機制砂UHPC具有優異的抗沖擊性能，可以承受多次沖擊行為，此外機制砂UHPC具有明顯的應變率效應，動態增強因子DIF與應變率呈對數函數關系。采用有限元法(LS-DYNA)模擬了機制砂UHPC的沖擊過程，數值模擬結果表明應力應變曲線和破壞形態均與試驗較為吻合。

宋少民[9]等人通過國內不同巖性制備的機制砂，選取6種不同巖性機制砂，級配和粒徑相同的條件下，研究對混凝土的影響。實驗數據表明，機制砂顆粒表面織構、石粉含量、化學組成對混凝土的工作性和力學性能有很大影響。顆粒表面織構不平整，石粉吸附性大的的花崗巖機制砂和片麻巖機制砂，對膠砂和混凝土的和易性影響較大，與外加劑適應性較差；不同巖性機制砂的表面織構、石粉吸附性、化學組成對膠砂和混凝土的強度影響不顯著。

二、結論

UHPC已經有20年的應用歷史，在科研和應用方面都取得可很大的成就，例如裝飾建筑配件，大跨徑橋梁結構，鋼橋面鋪裝等，UHPC具有優異的防爆和抗沖擊性能，在未來的工程有很大應用前景。機制砂配制的UHPC，表現出優異的工作性能和力學性能，有較好的抗沖擊和耐久性能，可根據不同的需求選擇不同巖石的機制砂作為原材料，而且機制砂的制備工藝簡單、成本較低，機制砂UHPC在未來工程的應用會更廣泛。