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C50高强机制砂混凝土性能试验与应用周益新

发表时间：2020/5/20 来源：《基层建设》2020年第3期作者：周益新

[导读] 摘要：随着基础设施建设的发展，人们越来越重视环境保护，因为天然砂数量已经不能满足项目的需要，所以使用机械砂已经成为目前的发展趋势。

        苏州交通工程集团有限公司江苏苏州 215000
        摘要：随着基础设施建设的发展，人们越来越重视环境保护，因为天然砂数量已经不能满足项目的需要，所以使用机械砂已经成为目前的发展趋势。机械砂是的直径不能大于4.75mm的颗粒，是从岩石中取出然后使用机械进行破碎而成。机制砂具有分级差、表面粗糙以及细度模量大和颗粒棱角锐利等特点。因此，有必要对C50机加砂混凝土配合比设计及石粉对混凝土性能的影响进行研究。
        关键词：C50；高强机制砂混凝土性能；试验；应用
        1 引言
        目前，我国的混凝土消耗量很大，自然砂石资源的利用正在逐渐枯竭，机械砂石的应用将是混凝土制备的大势所趋。充分利用机械砂技术制备先进混凝土也是许多工程技术人员的研究课题。通过多年的工作实践，对C50机加砂混凝土配合比及其影响和应用提出了一些建议。
        2 机制砂概述
        机械砂是由山砂特殊的机械破碎筛分系统所形成的岩石。含粉量高是机械砂的主要特点。机械砂基本上没有泥浆含量这一技术指标，大部分的粘土、粉尘以及泥浆统称为粉末。中、低标号混凝土用适量的粉体改善了性能。对于高标准混凝土来说粉料含量过高，或者粉料掺入土中，会导致单位耗水量显著增加，对混凝土的强度、性能影响很大。机械制砂的生产和加工，应严格控制粉料的含量。加工后的砂主要由不同粒度的细石片和粉末组成，具有吸水性强，表面积大以及耐磨性差和棱角锋利等特点。
        3 机制砂配制C50高强度混凝土的构思
        高性能混凝土是一种和高流动以及高强度性的混凝土。如果想要获得高性能，应该增加混凝土的密度，增加颗粒之间的内聚力，消除空隙，并且状态应接近均匀。可以考虑采用机械砂，低水灰比和高性能减水剂来制备C50高等级混凝土，或者使用粉煤灰和硅粉等活性精细研磨材料来降低水分散性，节约水泥、降低混凝土成本、提高混凝土的可加工性。适量的粉料能明显提高混凝土的强度和和易性。除磨料外，这些粉末在机加工砂中含量最高，因此在机加工砂加工过程中应严格控制粉末含量。为了确保可操作性和具体的流动性，并且使混凝土的坍落度损失减小就需要做好水泥与外加剂之间的适应性。
        4 机制砂的原材料及配合比
        本研究水泥细度模量为3.03，石粉含量约为8.5%，一级粉煤灰的需水量比以及28天抗压强度比分别为97%以及102%。除此之外unf-5型减水剂的减水率为22%。我们知道，影响机械性能和混凝土耐久性的因素，主要取决于原料的选择，配合比设计，混凝土施工技术和维护。本研究主要是研究粉煤灰含量的变化的影响机械性能，稳定性和耐久性的C50高性能机制砂混凝土，以确定最优配合比的混凝土。混凝土标准配合比见表1，粉煤灰当量置换率分别为5%、15%、25%、35%。
        表1 混凝土中的基准配合比（单位：kg）

        5 试验结果与分析
        如表2所示不同粉煤灰含量对混凝土力学性能影响分析的试验结果，
        表2 粉煤灰掺量对于混凝土力学性能的影响分析

        因此，在表2中，我们可以看到，28d混凝土的抗压强度并不会因为粉煤灰含量增加而逐渐增加，而且在粉煤灰含量增加的过程中出现了15％的最佳值，然后随着粉煤灰含量的增加混凝土的抗压强度会降低。轴向抗压强度和静弹性模量的值基本上与抗压强度的变化一致。由于粉煤灰的火山灰性和微团聚性才出现了上述规律。同时，粉煤灰可以改善内部孔隙应力系统以及混凝土的内部结构，进而达到使混凝土的力学性能发生改善的效果。与此同时粉煤灰的活性功能可以使结构混凝土中骨料和水泥之间的界面得到优化，以达到改善混凝土的内部界面和混凝土的力学性能的效果。因此，粉煤灰的最佳含量为15%时可以使混凝土的力学性能得到有效提高。
        6 机制砂对混凝土的影响
        6.1 机制砂颗粒形态对混凝土的影响
        机制砂表面比天然砂表面粗糙，表面积大，堆积孔隙率高。与天然砂相比，需要更多的水和水泥材料。由不同方法产生的砂也非常不同。一般来说，为了使混凝土具有更好的性能，或达到相同的工作性能，需要使用表面更光滑、针状件更少、浆液涂层更少的颗粒，这可以减少水和水泥材料的用量。在长期试验中发现，在相同的水胶比和和易性条件下，多菱角颗粒的填充空间越大，机械砂与浆液的接触面积越大，粘附力越大。因此，多菱角颗粒可以有效提高混凝土的抗压和抗弯强度以及提高混凝土的渗透性。
        6.2 机制砂MB值对混凝土性能的影响分析
        机制砂的MB值是测定成品砂中细砂或泥粉含量的重要指标。机制砂是由碎石制成，在收集母岩的过程中，泥土等杂质被带入山体，造成机制砂粒中的泥料部分小于0.075毫米，对混凝土有害。混凝土中泥粉有两个不利的特点：首先泥粉中所含的粘土矿物具有很强的吸水性；其次泥粉颗粒表面积小，体积大。在同等条件下泥粉含量的增加使骨料表面积增加，原有的泥浆不能完全密封骨料，水泥石不能与骨料完全融合，这将使混凝土的抗压和抗弯强度受到严重影响。石粉中的粘土矿物具有较强的吸水能力，使混凝土混合物干燥致密，不利于施工。结果表明，当含泥量高于3%时含泥量对混凝土收缩的影响相对来说较大。反之则对混凝土收缩的影响随含泥量的增加而出现缓慢增加。
        7 机制砂混凝土的施工工艺及控制
        在以往的试验中，获得了最佳的混凝土配合比，使加工后的砂料可用于制备与黄砂混凝土功能相同的混凝土。由于机械砂的一些特性，机械砂混凝土的施工过程不仅要严格遵循普通黄砂混凝土的施工过程，还要根据机械砂混凝土的一些特性加强施工控制。
        7.1 必须严格控制所制机制砂的质量
        由于机械制砂的生产过程是由机械完成，很容易产生制砂过程因为砂轮机的进料尺寸等而产生的非人为的质量干扰。砂机的加工参数调整不一致以及砂机的磨损性都会影响到砂机的质量。
        7.2 机制砂混凝土的振捣成型过程
        机械砂混凝土与黄砂混凝土具在有相同性能的情况下机械砂混凝土更易于液化。因此当使用机制砂混凝土进行浇筑时应把机制砂混凝土的振动时间适当缩短，以避免离析和泌水现象的出现。
        7.3 控制好脱膜时间
        在混凝土达到预期强度的前提下，应尽快拆除膜。如果剥离的时间太晚，混凝土的收缩将由钢板有限，很容易导致开裂，不利于维护内部的混凝土模板。如果脱模还为时过早，混凝土强度不能满足要求并且不能承受外力，因此也容易引起开裂。
        7.4 机制砂混凝土如何进行养护
        我们都知道，机制砂通常含有一定量的石粉。这些石粉的存在常常导致人工砂混凝土中浆料含量的增加，所以经常会出现早期失水引起的塑性收缩和后期的干缩现象。因此，必须有效加强机制砂混凝土早期和后期养护工作。一般机制砂混凝土的养护时间应该比普通混凝土的时间长，通常控制在14天左右。
        8 结语
        近年来天然砂的需求随着我国建筑业的不断发展而变得越来越大。天然砂属于非可再生资源的一种。各地颁布了限制或禁止开采天然砂的文件和法规，使得天然砂供需矛盾更加突出。因此，建筑砂石的价格越来越高，这种情况严重影响了建筑业的发展。对砂的技术要求随着混凝土技术的飞速发展也变得越来越高，特别是对于C50或以上的高强度和高性能混凝土对骨料有更加严格的要求，可现在天然砂的数量越来越少所以需要广大工作者积极开发研制机制砂。
        参考文献：
        [1]李杰，谭国金，时成林，等.机制砂混凝土的研究现状与展望[J].科技展望，2016，（26）.
        [2]孟庆民.机制砂配制高标号及泵送混凝土试验研究[J].商品与质量（建筑与发展），2014，（1）.