昆明路通科技发展中心1云南云岭公大公路工程有限公司2 650000
摘要：利用机制砂代替河砂配制桥梁预应力C50混凝土，为提高机制砂混凝土的应用效果，设计了机制砂混凝土的多组室内试验，对机制砂预应力混凝土工作性能、力学性能及耐久性能进行了试验分析，以提高机制砂混凝土的工程实用性。结果表面：机制砂配制的混凝土可以通过消泡剂、引气剂、降粘剂、保塑剂、纤维素醚等小料优化外加剂复配技术提高混凝土拌合物的工作性能，使机制砂混凝土同样具有良好的流动性和粘聚性，提高了对骨料的包裹性，且混凝土无泌水、无离析现象。优化了机制砂混凝土的设计理论，为机制砂混凝土的应用推广提供理论支撑。
关键词：机制砂；预应力混凝土；性能研究；应用
一．前言
随着我国经济的不断发展, 各类建设项目与日俱增, 混凝土的需求量不断增加, 用砂量也逐年增加, 长期对天然砂的开采, 导致了天然砂资源枯竭, 以致出现了天然砂质量差 、价格高的局面, 加上现代混凝土的发展对骨料提出了更高的要求及地方政府环保意识的加强, 部分地区天然砂的开采受到限制, 天然砂面临供不应求的局面。为了解决天然砂供应不足的矛盾, 利用人工砂替代天然砂已越来越重要, 并已在生产实践中得到了广泛的使用。
玉溪至楚雄高速公路属于山区高速公路，该地区天然河砂资源匮乏，运距远，价格高，且质量参差不齐。为缓解玉楚高速建设过程中天然砂资源紧张的供应关系，本文对当地生产的机制砂，在试验室对机制砂混凝土进行了试验分析,研究机制砂混凝土的工作性能、力学性能和耐久性能等。经试验表明, 通过对机制砂性能控制可以调整混凝土的性能, 完全可以满足施工要求 。为机制砂混凝土在玉楚高速公路应用提供理论支撑，并为机制砂混凝土配合比的设计提供技术指导。
二．混凝土性能标准、配合比设计参数
1.C50机制砂混凝土拌合物及硬化后的强度、耐久性能技术标准，见表1
表1：C50机制砂混凝土性能技术标准
2.原材料及混凝土配合比设计参数
2.1原材料
2.1.1水泥
本工程采用普通硅酸盐水泥（峨山宏峰建材有限公司）等级为52.5。质量稳定，比表面积300m2/kg～350m2/kg，水泥熟料中C3A≤8%。如果水泥颗粒过细，水泥熟料中铝酸三钙含量过高，水泥的水化速度过快，水化热集中释放，混凝土因水化热引起温升过高，导致混凝土收缩增大、抗裂性降低，对混凝土耐久性不利。
2.1.2集料
选择云南兴源建材有限公司兴源石场骨料。粗骨料5-25mm连续级配碎石，粒形良好，并保持洁净，其他相关技术指标满足规范要求。
机制砂，材质为石灰岩，级配良好，质量满足规范要求。详细技术指标见下表2.
表2：机制砂及河砂基本性质
2.1.3外加剂
选用贵州天威建材科技有限责任公司缓凝型的高性能减水剂，质量稳定，且减水剂与水泥及掺和料之间相容性好；通过消泡剂、引气剂、降粘剂、保塑剂、纤维素醚等小料复配技术优化混凝土的性能，以提高混凝土的工作性能、抗裂性、力学性能及抗冻性、抗渗性、抗裂性耐久性能。
2.1.4粉煤灰
因云南粉煤灰稀缺，假灰也很多，选用成都西物铁建材有限公司，F类I级，其基本性能满足规范要求，见表3；对每批进场的粉煤灰用显微镜进行玻璃珠的辨别，经过检验合格。
表3：粉煤灰基本性能指标
2.1.5拌合用水
采用当地饮用水，检验结果满足标准规范要求。
2.2混凝土配合比设计参数
基于富于浆体理论及密实骨架堆积原理，经计算及结合工程实践经验试配， C50混凝土具体配合比参数如表4所示。
表4 C50泵送混凝土的配合比设计参数
2.3试验方法
混凝土拌合物性能测试按照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB/T50080-2016
混凝土抗压强度和弹性模量测试按照《混凝土物理力学性能试验方法标准》GB/T50081-2019
混凝土电通量、收缩性能测试按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082-2009
三.试验检测结果分析
混凝土基准配合比的基础上，从机制砂石粉含量、MB值2个参数方面的调整，研究其对混凝土工作性能、力学性能、渗水及收缩性能的影响。
3.1机制砂的石粉含量混凝土性能影响
（1）工作性能的影响。混凝土工作性能主要体现在保水性、粘聚性与流动性三个方面，会对混凝土的硬化性能产生极大影响。在本次试验中，通过在试验当中调整石粉含量为3%、7%、10%、15%、20%时对混凝土的工作性能的影响规律进行了研究。具体测试结果如表5所示。
表5机制砂石粉含量对混凝土工作性能的影响
由表5可知，在机制砂中的石粉含量不超过10%时，所配制的机制砂混凝土坍落度随着石粉含量的逐步增加而呈现增加的变化趋势；在石粉含量大于10%后，坍落度会随着石粉含量的持续增加而呈现为降低的变化趋势。石粉含量为10%混凝土的坍落度最大，石粉含量大于15%后，混凝土坍落度出现下降，浆体稠度与黏聚性增加，降低了其坍落度。
随着石粉含量增加，混凝土的黏聚性表现为从差变好的变化趋势。在含量相对较低时，混凝土的黏聚性非常差，并且还会伴有离析问题。而在含量控制在20%后可以使所配制的混凝土拥有较好的黏聚性，离析泌水问题也将得到改善，尤其是石粉含量控制在15%混凝土基本上不会出现离析泌水问题。而由于增加的石粉含量使机制砂之间内部摩擦减少，增加了所配制混凝土的黏聚性与流动性，增强其保水性能。
由表5可知，随着石粉含量的逐步增加，混凝土7d和28d抗压强度都表现为逐步增加的变化趋势，并且二者的变化趋势基本表现保持一致。在含量为3%和20%时，相应的抗压强度达到最低值和最高值。
3.2机制砂的亚甲蓝MBV值混凝土性能的影响
机制砂亚甲蓝MBV值主要是对机制砂中粒径小于0.075mm颗粒的相应吸附性能，其也会影响所配制混凝土性能，本次试验中选择了石粉含量10%时6个亚甲蓝MBV值，具体的试验数据如表6所示。
表5机制砂亚甲蓝MBV值对所配制混凝土工作性能的影响
经试验得知，随着机制砂亚甲蓝MBV值的增加，相应的坍落度与流速都会呈现为逐步下降的变化趋势，主要是由于MBV值的增加会使相应机制砂中泥粉含量增加，这不利于其黏聚性和流动性发展。
由表6可知，随着机制砂亚甲蓝MBV值的增加，抗压强度均表现为先增加后减小的变化趋势。当亚甲蓝MBV值达到1.0时，抗压强度达到最大值，这中变化趋势主要时由于混凝土体系本身具有较低的水胶比。通过加入泥粉可以对整个混凝土体系的保水性显著改善，有利于促进强度发展。但随着亚甲蓝MBV值的增加，也会使混凝土吸收更多的自由水，会减弱其强度。
3.3机制砂石粉含量对混凝土弹性模量性能的影响及与河砂混凝土的对比分析
经对比试验数据表面：机制砂混凝土和河砂混凝土配合比参数中砂率、水胶比差别不大时，且在同等级强度前提下28d轴心抗压强度和弹性模量均较为接近，均能满足标准规定的技术要求。
3.4机制砂石粉含量对抗裂性能的影响及与河砂混凝土的对比分析分析
试验室分别对河砂与机制砂拌制的混凝土抗裂性进行了试验对比发现使用河砂拌制的混凝土表面早期无裂缝，而机制砂混凝土表面有一定程度的裂缝产生。这是由于机制砂中石粉含量较高，混凝土中总水泥浆体数量会对应增加。通过对不同石粉含量的机制砂混凝土进行平板试件早期抗裂性试验对比发现，机制砂石粉含量越高，其单位面积的裂缝数量越多。试验发现石粉含量在11%以下时，单位面积内裂缝面积随石粉含量增加的程度较为缓慢；而石粉含量在11%以上时其裂缝面积增加尤为明显。
机制砂石粉含量的增加将使混凝土的收缩增大，不利于混凝土塑性开裂的控制。对于低强度等级混凝土而言，机制砂石粉含量超过10%,随着石粉含量的增加，混凝土裂缝产生的时间提前，裂缝的条数和宽度增加。而对于高强度等级的混凝土机制砂石粉含量超过7%后，混凝土抗裂性变差的情况更加明显。
3.5机制砂石粉含量对氯离子渗透性能及抗渗性能的影响
机制砂中的石粉可以有效改善混凝土材料的颗粒级配，降低混凝土材料的空隙率，阻止水泥水化过程中产生的毛细孔，石粉含量越大，阻断透水通道的能力越强，越有利于改善混凝土的抗渗性能；另一方面，石粉比表面积较大可以有效改善中低强度混凝土的黏聚性和保水性，提高抗离析能力，降低水泥石的微观缺陷。
四．工程应用
将本文研究内容应用到玉楚高速预制T梁及盖梁泵送施工生产中，机制砂混凝土具有良好的和易性，工作性能优异，力学性能、体积稳定性和耐久性能满足施工规范及设计的要求。解决了利用高石粉机制砂混凝土易离析泌水、黏度大、泵送性能差和硬化混凝凝土易收缩开裂等问题。
表1：C50机制砂混凝土性能技术标准及试验值
五．结论
5.1.机制砂混凝土可以根据施工工艺要求优化外加剂配方，经试验确定掺入适量的引气剂、纤维素醚、降粘剂小料，提高机制砂混凝土工作性能，满足现场施工工艺要求:
（1）聚羧酸减水剂采取减水母液、保坍母液加缓凝剂的复配形式，拌制的机制砂混凝土和易性差、容易离析、泌水、流动性差，而且混凝土过重，难以满足施工要求。为改善机制砂混凝土容易离析、泌水的缺点，掺入适量纤维素醚能够有效改善机制砂混凝土泌水的情况，但会对混凝土的流动性造成一定的损失。应适当提高减水母液的含量，以弥补纤维素醚的增稠效果对减水率的损失。
（2）外加剂中复配适量引气剂，能够在混凝土中引入大量均匀分布的微气泡，起到类似滚珠的作用，降低混凝土的摩擦阻力，增加浆体的数量，改善混凝土的流动性能及包裹性能。
（3）机制砂混凝土黏度大、屈服应力高、可泵性能差，掺入合适的降粘剂，降低拌合物的粘度，增加混凝土的流动性能，用以改善机制砂混凝土的性能。
5.2机制砂MB值满足规范要求及石粉含量8%~12%时，混凝土的工作性能、力学性能及耐久性能均能到达预计效果，满足规范对混凝土性能的要求。
5.3随着机制砂亚甲蓝MBV值的增加，混凝土拌合物工作性能、物理力学性能均呈下降趋势，亚甲蓝MBV值超过1.5后下降趋势更明显。
参考文献：
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