機(jī)制砂超高性能混凝土的研究現(xiàn)狀

郭江川

(重慶交通大學(xué) 重慶 400000)

超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete,UHPC)是一種超高強(qiáng)、低脆性、耐久性優(yōu)異。它對原材料、級配設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝和施工技術(shù)的要求更加嚴(yán)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(huán)保，性能優(yōu)異等特點(diǎn)[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(yè)的快速發(fā)展，天然河砂的大量開采及其應(yīng)用導(dǎo)致了資源匱乏等一系列問題，石英砂的生成工藝較為復(fù)雜且成本較高，機(jī)制砂時(shí)采用石料通過制砂設(shè)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(jī)制砂代替石英砂和天然河砂成為必然的趨勢[3-4]。

一、機(jī)制砂超高性能混凝土

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

胡蝶[6]等人將機(jī)制砂應(yīng)用于工程中發(fā)現(xiàn)，不僅可以降低能耗，還減少了環(huán)境污染。用不同石粉含量(0%、5%、10%、15%)的機(jī)制砂制備了強(qiáng)度等級(C30、C40、C60)的混凝土。研究了機(jī)制砂的石粉含量對混凝土的工作性、力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，混凝土的坍落度、擴(kuò)展度隨著機(jī)制砂的石粉含量的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢；適量的含粉量對混凝土的強(qiáng)度有提高作用，C30 機(jī)制砂混凝土的強(qiáng)度隨著石粉含量從 0～15%的增加逐漸增大，但C40強(qiáng)度等級混凝土在石粉含量0%-10%時(shí)，強(qiáng)度逐漸增大，超過10%后強(qiáng)度逐漸降低；C60強(qiáng)度等級的機(jī)制砂混凝土在石粉含量為5%時(shí)強(qiáng)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(jī)制砂作為細(xì)集料，制備高強(qiáng)機(jī)制砂混凝土。主要采用了石灰石和卵石兩種原材料制得機(jī)制砂，及不同含粉量(3%、5%、7%、10%)對高強(qiáng)混凝土工作性和強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明，原材料巖石形態(tài)對混凝土的性能影響較為顯著，石灰石機(jī)制砂由于表面更加粗糙、富有棱角，與其他材料界面的黏結(jié)能力更強(qiáng)增加了機(jī)械咬合力導(dǎo)致石灰石機(jī)制砂混凝土強(qiáng)度要高于卵石機(jī)制砂混凝土；適量的石粉含量能有效的改善機(jī)制砂混凝土顆粒的堆積密度，減小混凝土基體內(nèi)部的空隙，提高強(qiáng)度，過多的含粉量也會(huì)導(dǎo)致混凝土和易性不好，進(jìn)而強(qiáng)度降低。

張坤[7]等人使用機(jī)制砂代替天然河砂和石英砂配制混凝土，通過配合比設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出了C100機(jī)制砂高強(qiáng)混凝土，并研究了不同原料形態(tài)以及不同石粉含量(3%、5%、7%、10%)對機(jī)制砂混凝土強(qiáng)度、工作性和收縮性的影響。結(jié)果表明，該混凝土具有良好的工作性能與力學(xué)性能，滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，且石粉對混凝土性能影響較大，為工程實(shí)際應(yīng)用提供參考。

馮滔滔[4]等人研究了機(jī)制砂等質(zhì)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(jī)制砂對UHPC動(dòng)靜態(tài)力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：機(jī)制砂替代河砂后，所制備的UHPC抗壓強(qiáng)度與僅用河砂配制的UHPC 抗壓強(qiáng)度相近；機(jī)制砂UHPC具有優(yōu)異的抗沖擊性能，可以承受多次沖擊行為，此外機(jī)制砂UHPC具有明顯的應(yīng)變率效應(yīng)，動(dòng)態(tài)增強(qiáng)因子DIF與應(yīng)變率呈對數(shù)函數(shù)關(guān)系。采用有限元法(LS-DYNA)模擬了機(jī)制砂UHPC的沖擊過程，數(shù)值模擬結(jié)果表明應(yīng)力應(yīng)變曲線和破壞形態(tài)均與試驗(yàn)較為吻合。

宋少民[9]等人通過國內(nèi)不同巖性制備的機(jī)制砂，選取6種不同巖性機(jī)制砂，級配和粒徑相同的條件下，研究對混凝土的影響。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，機(jī)制砂顆粒表面織構(gòu)、石粉含量、化學(xué)組成對混凝土的工作性和力學(xué)性能有很大影響。顆粒表面織構(gòu)不平整，石粉吸附性大的的花崗巖機(jī)制砂和片麻巖機(jī)制砂，對膠砂和混凝土的和易性影響較大，與外加劑適應(yīng)性較差；不同巖性機(jī)制砂的表面織構(gòu)、石粉吸附性、化學(xué)組成對膠砂和混凝土的強(qiáng)度影響不顯著。

二、結(jié)論

UHPC已經(jīng)有20年的應(yīng)用歷史，在科研和應(yīng)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(jié)構(gòu)，鋼橋面鋪裝等，UHPC具有優(yōu)異的防爆和抗沖擊性能，在未來的工程有很大應(yīng)用前景。機(jī)制砂配制的UHPC，表現(xiàn)出優(yōu)異的工作性能和力學(xué)性能，有較好的抗沖擊和耐久性能，可根據(jù)不同的需求選擇不同巖石的機(jī)制砂作為原材料，而且機(jī)制砂的制備工藝簡單、成本較低，機(jī)制砂UHPC在未來工程的應(yīng)用會(huì)更廣泛。