機制砂C50預應力混凝土的配制及性能研究

（1.中建八局第二建設有限公司，山東 濟南 250022；2.濟南通達公路工程有限公司，濟南 250202；3.山東省交通科學研究院，濟南 250031）

0 引言

砂作為水泥混凝土中的重要組分之一，其性能對新拌混凝土及硬化混凝土都起著極其重要的作用。在工程建設發展的早期混凝土原材充分，多采用性能良好的天然砂用于混凝土的生產，但隨著社會的發展，工程項目的增多，混凝土用量需求的增加，以及對環境保護的重視，天然砂資源難以滿足工程發展的需求，機制砂開始成為混凝土生產的主力。機制砂從母巖開采到加工生產，由于母巖巖性、加工方式的不同，導致機制砂相對于天然砂，形狀尖銳，表面粗糙，且含有一定數量的0.075mm 粒徑以下的石粉或黏土，這都會影響混凝土的各項性能。有必要對機制砂混凝土的各項指標進行檢測研究，以確定機制砂混凝土的適用性[1-4]。

本試驗利用機制砂配制C50 橋梁預應力混凝土，并研究了機制砂混凝土的工作性、抗壓強度、彈性模量以及抗氯離子滲透性，旨在推進機制砂在混凝土中的工程應用。

1 試驗

1.1 原材料及配合比

水泥為山東山鋁環境新材料有限公司生產的P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，基本物理性能指標如表1所示。粉煤灰：F 類I 級灰，45μm 方孔篩篩余量8.3%，需水量比94%，燒失量2.4%。粗集料為5～20mm 連續級配的石灰巖碎石，壓碎值10.5%，表觀密度2670kg/m3，含泥量0.5%。細集料為機制砂，機制砂基本性質如表2所示。減水劑為淄博亮正建材科技有限公司提供的含固量為18.62%的減水劑。C50 預應力混凝土配合比如表3所示。

表1 P·O 42.5 水泥的基本性質

表2 機制砂基本性質

表3 C50 機制砂混凝土配合比（kg/m3）

1.2 試驗方法

1.2.1 混凝土工作性能

根據GB/T 50080《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》的試驗規定進行新拌混凝土的和易性測試。用坍落度法測試混凝土拌合物的流動性，在測定坍落度的同時，通過觀察拌合物的黏聚性和保水性，對新拌混凝土的和易性給出綜合的判定。

1.2.2 混凝土力學性能

根據GB/T 50081《混凝土物理力學性能試驗方法標準》規定，成型100mm×100mm×100mm 和150mm×150mm×300mm 的試件分別進行混凝土抗壓強度和靜力受壓彈性模量試驗。每組各齡期均成型三塊試件，試件在養護24h后拆模，并放于混凝土養護室（溫度20℃±2℃，相對濕度大于95%）中養護。試件養護至3d、7d、14d、28d 后，測試其抗壓強度和彈性模量。

1.2.3 混凝土耐久性能

采用電通量和氯離子擴散系數測定法（RCM 法或NEL 法）評價硬化混凝土的抗氯離子滲透性能。電通量法根據GB/T 50082《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》進行；NEL 法是清華大學基于離子擴散和電遷移提出的一種飽鹽電導率法，其測試簡單、快速，且具有良好的穩定性。

根據《混凝土耐久性檢驗評定標準》（JGJ/T 193）和《Standard Test Method for Electrical Indication of Concrete’s Ability to Resist Chloride Ion Penetration》（ASTM C1202）規定，采用電通量法檢測混凝土氯離子滲透性能時，混凝土的氯離子滲透性等級劃分如表4所示。

表4 基于電通量的混凝土氯離子滲透性（28d 齡期）

NEL 法是清華大學基于離子擴散和電遷移提出的一種飽鹽電導率法，其操作簡單、外界因素影響較小，根據CCES01《混凝土結構耐久性設計與施工指南》中的NEL 法評價硬化混凝土的抗氯離子滲透性能,基于NEL 法的混凝土滲透性評價標準如表5所示。

表5 基于NEL 法的混凝土氯離子滲透性

2 結果與分析

2.1 工作性能

C50 機制砂混凝土的工作性如圖1所示。實測混凝土拌合物坍落度215mm，擴展度550mm，含氣量1.6%。混凝土的流動性、黏聚性均較好，骨料的漿體包裹性良好，無泌水、無離析現象，各項性能滿足C50 泵送混凝土的要求，拌合物坍落度損失較小，1h 后坍落度為190mm，流動性依然良好。所選機制砂的細度模數為2.83，屬于中砂，級配良好，石粉含量達到9.8%，但吸水率僅為1.62%，石粉不僅沒有導致混凝土坍落度損失過大，同時作為細顆粒改善了砂的級配，減小了混凝土的泌水風險，提高了混凝土拌合物的黏聚性。

圖1 機制砂混凝土工作性能

2.2 力學性能

機制砂混凝土的力學性能如圖2所示。隨著養護齡期的增加，水泥持續發生水化反應，混凝土的抗壓強度和彈性模量均逐漸增大。混凝土5d 抗壓強度達到54.2MPa，5d 彈性模量達到38.9GPa，均滿足規范對預應力混凝土張拉時的要求。28d 齡期時，混凝土抗壓強度達到69.4MPa，彈性模量達到43.8GPa。與5d 齡期時的抗壓強度和彈性模量相比，分別增長了28.0%和12.6%。因機制砂顆粒表面較粗糙，與水泥漿的握裹力較高，配制的混凝土抗壓強度較高[5-6]。

圖2 機制砂混凝土抗壓強度和彈性模量

2.3 抗氯離子滲透性能

對機制砂混凝土的抗氯離子滲透進行了研究，結果如表6所示。C50 混凝土的28d 電通量僅為687C，滲透性評價為很低，氯離子擴散系數為0.69×10-12m2/s，滲透性評價為低。不管是電通量法還是NEL 法，均表明機制砂配制的C50 混凝土抗氯離子滲透性能均非常高。所用機制砂含有一定量的石粉，石粉的存在填充了機制砂混凝土中的大孔隙，可降低細集料額松散堆積空隙率，提高混凝土基體的密實度，降低了氯離子的滲透性能[7]。

表6 機制砂混凝土28d 抗氯離子滲透性能

3 結論

（1）本試驗所選機制砂級配較好，且含有一定量的石粉，配制的C50混凝土工作性能良好，經時損失小，無泌水、無離析現象，滿足施工要求；混凝土5d 抗壓強度達到54.2MP，彈性模量達到38.9GPa，滿足C50 混凝土的設計要求。

（2）機制砂粒型尖銳、表面粗糙，與水泥漿的粘結性好，保證了機制砂混凝土的力學性能。同時，機制砂中的石粉填充了混凝土中的孔隙，起到了微集料的作用，提高了混凝土的密實性，改善混凝土的抗氯離子滲透性能。