風積砂混凝土試塊抗壓強度試驗研究

劉園

（ 青海大學，青海 西寧810016）

隨著經濟社會的快速發展，對組成混凝土原材料之一的天然砂的需求量也越來越大，而以河砂為主的天然砂是不可再生資源，已不能滿足當代建筑工程建設規模日益擴大的需要。使用風積砂替代天然砂，配置風積砂混凝土的探索研究，受到了一些研究者的重視[1-4]。

李海峰等[5]的試驗結果表明：沙漠砂混凝土試塊的抗壓強度呈現出先增大后減少的趨勢。Harthy 等[6]的試驗結果表明：混凝土試塊的抗壓強度隨著沙丘砂替代率的增加而降低。

本文采用青海某天然風積砂替代天然河砂，以強度等級為C50 的混凝土為研究對象，探究風積砂替代率（50%）和不同齡期（7d、14d、28d）對風積砂混凝土試塊抗壓強度的影響規律。

1 試驗

1.1 試驗材料

水泥：青海西寧生產的昆侖山牌P·O425 級普通硅酸鹽水泥，該水泥7d 和28d 抗壓強度分別為24MPa 和48MPa，水泥的體積安定性合格。粗骨料：青海省格爾木市生產的粒徑尺寸為5～20mm 的玄武巖碎石。細骨料：青海省西寧市永固砂廠生產的天然河砂。細度模數為2.8，屬天然中砂，其顆粒級配良好。風積砂來源于海北州青海湖地區，細度模數為1.9，其顆粒級配不良。水：實驗室自來水。

1.2 配合比設計

在其他材料和用水量保持不變的情況下，風積砂以質量分數為50%取代天然砂配置混凝土試塊，具體如表1 所示。

表1 混凝土配合比設計

1.3 加載方法

混凝土立方體試塊的抗壓強度試驗按照《混凝土物理力學性能試驗方法標準》（GB/T 50081-2019）中的相關規定進行，以3 個試塊為一組，試塊尺寸為150mm×150mm×150mm。將混凝土試塊放置于SANS 萬能電子試驗機的上下承壓板上，對試塊采用每秒鐘0.5MPa 的速率，連續均勻地施加軸向荷載。

2 結果與分析

2.1 混凝土試塊抗壓強度試驗結果

混凝土試塊抗壓強度的計算，按照公式(1)計算：

式中：

fcu－試塊的抗壓強度值（MPa）；

P－試塊的破壞荷載（N）；

A－試塊的承壓面積（mm2）。

以三個試塊測試值的算術平均值作為該組試塊的抗壓強度值。試驗結果如表2。

表2 C50 混凝土試塊抗壓強度單位：MPa

2.2 試塊的受壓試驗現象及破壞形態

風積砂混凝土試塊與普通混凝土試塊加載初期，試塊表面沒有明顯變化；隨著軸向荷載的加大，試塊邊緣開始出現豎向裂縫，其外表面開始出現少量外鼓，起皮；試塊達到破壞荷載后，試塊整體性仍然較好，混凝土試塊表面出現縱向裂縫，其外表面大量外鼓，起皮，混凝土試塊受壓破壞的同時，能聽到輕微的噼啪聲。

圖1 風積砂試塊與普通混凝土試塊破壞形態對比

2.3 風積砂替代率對混凝土試塊抗壓強度的影響

分析表2 試驗數據，風積砂質量分數替代率為50%時，風積砂混凝土試塊的28d 抗壓強度與普通混凝土試塊的28d 抗壓強度相比，提高幅值約為5.2%。李玉根、王堯鴻等[7-8]認為青海某風積砂與天然砂相比，風積砂顆粒較小，摻入一定質量分數的風積砂，在一定程度上，改善了混凝土中細骨料的顆粒級配，從而，使風積砂混凝土試塊的抗壓強度，有一定程度的提高。

2.4 齡期對混凝土試塊抗壓強度的影響

分析表2 給出的風積砂混凝土試塊的抗壓強度試驗數據，繪制出了風積砂混凝土試塊的抗壓強度與齡期之間的關系曲線（圖2）。由圖2 可知：使用質量分數為50%的風積砂替代天然砂配置的混凝土試塊，和普通混凝土試塊（風積砂替代率為0%）一樣，其抗壓強度都隨著齡期的增長，呈現出增大的趨勢。摻量為50%的風積砂混凝土試塊與普通混凝土試塊一樣，在7d、14d 的抗壓強度速率增長較快。

3 結論

本試驗使用一定質量分數的風積砂替代天然砂配置風積砂混凝土試塊，研究風積砂摻量及齡期對試塊抗壓強度的影響規律，得出如下結論：

3.1 風積砂替代率為50%時，風積砂混凝土試塊28d 的抗壓強度大于普通混凝土試塊28d 的抗壓強度，其抗壓強度提高幅值可達5.2%。

3.2 風積砂混凝土試塊的7d、14d 的抗壓強度增長速率與普通混凝土試塊抗壓強度增長速率基本相同。