李家和，王金業(yè)，王明亮，夏京亮，周永祥，高超，張浩
摘要：研究了不同生產(chǎn)工藝機(jī)制砂對(duì)混凝土坍落度、擴(kuò)展度、抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、抗壓彈性模量、電通量和碳化性能的影響，結(jié)果表明：干法制砂工藝生產(chǎn)的機(jī)制砂配制的混凝土工作性、抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、抗壓彈性模量及抗碳化性能均優(yōu)于普通工藝機(jī)制砂配制的混凝土；在工作性相差不大的情況下，干法制砂機(jī)制砂可以節(jié)約減水劑用量；不同生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的機(jī)制砂對(duì)混凝土電通量的影響相差不大。
關(guān)鍵詞：機(jī)制砂；生產(chǎn)工藝；混凝土；工作性能；力學(xué)性能；耐久性能
0 引言
天然河砂為不可再生資源，日益短缺，隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保要求越來(lái)越嚴(yán)格，各地河砂開(kāi)采的限制也愈加嚴(yán)格，因此，應(yīng)用機(jī)制砂代替天然河砂已成為混凝土行業(yè)不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。機(jī)制砂是經(jīng)除土處理，由機(jī)械破碎、篩分制成的，粒徑小于4.75mm的巖石、礦山尾礦或工業(yè)廢渣顆粒，但是不包括軟質(zhì)、風(fēng)化的顆粒。對(duì)于機(jī)制砂的研究，主要集中在機(jī)制砂級(jí)配、石粉含量、母巖特性、粒形、MB值等指標(biāo)對(duì)混凝土性能的影響及機(jī)理研究，機(jī)制砂混凝土配合比設(shè)計(jì)研究，機(jī)制砂混凝土耐久性研究。然而機(jī)制砂的應(yīng)用和機(jī)制砂混凝土的性能很大程度上取決于機(jī)制砂生產(chǎn)工藝的不同，制砂機(jī)的破碎方式主要有顎式、圓錐式、反擊式、對(duì)輥式和沖擊式等，按照生產(chǎn)出來(lái)的機(jī)制砂顆粒形狀的優(yōu)劣排序?yàn)椋簺_擊式制砂較好，反擊式、圓錐式次之，而顎式、對(duì)輥式制砂最差。目前生產(chǎn)工藝對(duì)機(jī)制砂混凝土性能的影響系統(tǒng)對(duì)比研究較少，不利于先進(jìn)的機(jī)制砂生產(chǎn)工藝在工程中推廣應(yīng)用。本文采用普通工藝制砂和干法制砂2種生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的機(jī)制砂配制C30、C55兩個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，對(duì)比研究不同生產(chǎn)工藝機(jī)制砂對(duì)混凝土工作性能、力學(xué)性能和耐久性的影響。
1 試驗(yàn)
1.1 原材料
（1）水泥：北京金隅P·O42.5水泥，主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1。
表1 水泥的主要性能指標(biāo)
（2）粉煤灰：鄒城電廠Ⅰ級(jí)粉煤灰，細(xì)度（45μm方孔篩篩余）7.2%，需水量比93%，密度2.2g/cm3。
（3）粗骨料：5～20mm連續(xù)級(jí)配石灰?guī)r碎石，堆積密度1461kg/m3，飽和面干吸水率0.9%。
（4）細(xì)骨料：采用傳統(tǒng)普通制砂工藝和新型干法制砂工藝分別生產(chǎn)的機(jī)制砂，2種生產(chǎn)工藝見(jiàn)表2，傳統(tǒng)普通制砂工藝主要是采用顎式破碎機(jī)和圓錐破兩級(jí)破碎后篩分得到機(jī)制砂，而新型干法制砂工藝采用立式?jīng)_擊破碎機(jī)，考慮石粉含量的控制和機(jī)制砂防離析措施。普通工藝機(jī)制砂中石粉含量15.9%、MB值1.5、細(xì)度模數(shù)3.0；干法制砂工藝機(jī)制砂中石粉含量13.8%、MB值0.5、細(xì)度模數(shù)2.9，2種生產(chǎn)工藝機(jī)制砂的級(jí)配見(jiàn)圖1。
表2 普通生產(chǎn)工藝與干法制砂生產(chǎn)工藝
圖1 2種生產(chǎn)工藝機(jī)制砂的級(jí)配
（5）減水劑：聚羧酸系高性能減水劑，減水率40%，泌水率比≤20%，坍落度保留值（1h）≥140mm。（6）水：自來(lái)水。
1.2 混凝土配合比
參照J(rèn)GJ55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》分別配制C30、C55混凝土，具體配合比見(jiàn)表3。
表3 試驗(yàn)混凝土的配合比
1.3 試驗(yàn)方法
混凝土拌合物工作性能按照GB/T50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測(cè)試；力學(xué)性能按照GB/T50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測(cè)試；耐久性按照GB/T50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測(cè)試。
2 結(jié)果與分析
2.1 混凝土的工作性
不同生產(chǎn)工藝機(jī)制砂對(duì)混凝土工作性的影響見(jiàn)表4。
表4 不同生產(chǎn)工藝機(jī)制砂對(duì)混凝土工作性的影響
由表4可知，對(duì)于C30強(qiáng)度等級(jí)混凝土來(lái)說(shuō)，混凝土坍落度達(dá)到相差不多的情況下，普通生產(chǎn)工藝機(jī)制砂需要摻加減水劑2.21kg/m3，而干法制砂工藝機(jī)制砂僅需要摻加減水劑1.54kg/m3，節(jié)約減水劑30%，即使少用30%的減水劑，干法制砂工藝機(jī)制砂配制的混凝土坍落度比普通工藝機(jī)制砂混凝土大10mm，擴(kuò)展度大55mm；對(duì)于C55強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，坍落度達(dá)到相差不多的情況下，普通生產(chǎn)工藝機(jī)制砂需要摻加減水劑2.90kg/m3，而干法制砂工藝機(jī)制砂僅需要摻加減水劑2.23kg/m3，節(jié)約減水劑23%，此時(shí)，干法制砂工藝機(jī)制砂配制的混凝土坍落度比普通工藝機(jī)制砂混凝土大15mm，擴(kuò)展度大65mm。這主要是因?yàn)?，干法制砂生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的機(jī)制砂MB值為0.5，遠(yuǎn)低于普通工藝機(jī)制砂，使得其對(duì)外加劑的吸附作用小于普通工藝機(jī)制砂。另外，干法制砂采用反擊式破碎機(jī)，生產(chǎn)的機(jī)制砂經(jīng)過(guò)了顆粒之間的相互碰撞整形，機(jī)制砂棱角偏少，更加接近于圓形，有利于提高混凝土的工作性能。2種強(qiáng)度等級(jí)的混凝土對(duì)比，低強(qiáng)度等級(jí)混凝土干法制砂工藝生產(chǎn)的機(jī)制砂相對(duì)于普通工藝機(jī)制砂，節(jié)約減水劑更加明顯，主要是因?yàn)榈蛷?qiáng)度等級(jí)混凝土膠凝材料用量相對(duì)較少，此時(shí)機(jī)制砂品質(zhì)較佳的優(yōu)勢(shì)更加突出。
2.2 混凝土的力學(xué)性能
不同生產(chǎn)工藝機(jī)制砂對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響如圖2所示。
圖2 不同生產(chǎn)工藝機(jī)制砂對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響
由圖2（a）可知，對(duì)于C30強(qiáng)度等級(jí)混凝土，2種生產(chǎn)工藝機(jī)制砂對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度影響不大，干法制砂機(jī)制砂配制的混凝土3d、7d、28d和56d抗壓強(qiáng)度比普通工藝機(jī)制砂分別高6.3%、-2.5%、9.4%、3.1%；而對(duì)于C55強(qiáng)度等級(jí)混凝土，2種生產(chǎn)工藝機(jī)制砂對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度影響更加明顯，干法制砂機(jī)制砂配制的混凝土3d、7d、28d和56d抗壓強(qiáng)度比普通工藝機(jī)制砂分別高5.5%、9.6%、10.1%、5.8%。
由圖2（b）可知，對(duì)于C30強(qiáng)度等級(jí)混凝土，2種生產(chǎn)工藝機(jī)制砂對(duì)混凝土早齡期劈裂抗拉強(qiáng)度影響不大，28d齡期后影響趨于明顯，干法制砂機(jī)制砂配制的混凝土3d、7d、28d和56d劈裂抗拉強(qiáng)度比普通工藝機(jī)制砂分別高2.4%、2.9%、18.5%、5.0%；2種生產(chǎn)工藝機(jī)制砂對(duì)于C55強(qiáng)度等級(jí)混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的影響規(guī)律與C30強(qiáng)度等級(jí)混凝土一致，也是早齡期影響不大，28d齡期后影響較為明顯，干法制砂機(jī)制砂配制的混凝土3d、7d、28d和56d劈裂抗拉強(qiáng)度比普通工藝機(jī)制砂分別高1.1%、4.0%、8.5%、9.5%。另外，C55強(qiáng)度等級(jí)混凝土劈拉抗拉強(qiáng)度早齡期增長(zhǎng)明顯，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)則趨于穩(wěn)定，而C30強(qiáng)度等級(jí)混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度在56d齡期之前均在穩(wěn)定增長(zhǎng)。
由圖2（c）可知，對(duì)于C30強(qiáng)度等級(jí)混凝土，干法制砂機(jī)制砂配制的混凝土抗壓彈性模量在各齡期均比普通工藝機(jī)制砂混凝土高，7d、28d、56d分別高2.3%、0.2%、3.9%；C55強(qiáng)度等級(jí)混凝土也有同樣的規(guī)律，干法制砂機(jī)制砂配制的混凝土抗壓彈性模量在各齡期均比普通工藝機(jī)制砂混凝土高，7d、28d、56d分別高18.2%、2.3%、3.2%。
綜上，干法制砂工藝生產(chǎn)的機(jī)制砂配制的混凝土抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度和抗壓彈性模量均比普通工藝機(jī)制砂混凝土大，這主要是因?yàn)楦煞ㄖ粕皺C(jī)制砂配制的混凝土工作性能優(yōu)于普通工藝機(jī)制砂混凝土，混凝土成型更容易密實(shí)，力學(xué)性能更佳；干法制砂生產(chǎn)工藝采用反擊式破碎機(jī)，由于顆粒之間的相互碰撞，機(jī)制砂顆粒的薄弱部位均被碰掉，相對(duì)于普通工藝機(jī)制砂，在混凝土中薄弱環(huán)節(jié)更少。另外，由于顆粒之間的相互碰撞，機(jī)制砂顆粒更加趨于圓形，配制于混凝土，機(jī)制砂與水泥漿體之間的界面過(guò)渡區(qū)相對(duì)于普通工藝機(jī)制砂更少。
2.3 混凝土的耐久性
2.3.1 電通量
不同生產(chǎn)工藝機(jī)制砂對(duì)混凝土電通量的影響如表5所示。
表5 不同生產(chǎn)工藝機(jī)制砂對(duì)混凝土電通量的影響
由表5可知，不同生產(chǎn)工藝機(jī)制砂對(duì)混凝土電通量的影響相差不大，2種工藝機(jī)制砂配制的混凝土在28d和56d齡期電通量基本一致，C30強(qiáng)度等級(jí)混凝土和C55強(qiáng)度等級(jí)混凝土相比，28d齡期時(shí)C55混凝土電通量比C30混凝土小，而到了56d齡期反而比C30混凝土大。這主要是因?yàn)镃30混凝土摻加了18%的粉煤灰，粉煤灰早期活性不高，到了后期逐漸與水泥水化產(chǎn)物Ca（OH）2發(fā)生火山灰反應(yīng)，增加了混凝土的密實(shí)性。
2.3.2 抗碳化性能
不同生產(chǎn)工藝機(jī)制砂對(duì)混凝土抗碳化性能的影響如表6所示。由表6可知，對(duì)于C30強(qiáng)度等級(jí)混凝土，干法制砂機(jī)制砂配制的混凝土抗碳化性能在各齡期均比普通工藝機(jī)制砂混凝土好，3d、7d、14d和28d碳化深度分別減小2.2%、3.6%、17.3%、12.5%；C55強(qiáng)度等級(jí)混凝土抗碳化性能的影響規(guī)律與C30強(qiáng)度等級(jí)混凝土一致，各齡期均是干法制砂機(jī)制砂配制的混凝土更優(yōu)，3d、7d、14d和28d碳化深度分別減小9.5%、5.7%、5.1%、6.5%，這主要是因?yàn)楦煞ㄖ粕皺C(jī)制砂石粉含量比普通工藝機(jī)制砂少，配制的混凝土抗碳化性能更佳。
表6 不同生產(chǎn)工藝機(jī)制砂對(duì)混凝土抗碳化性能的影響
3 結(jié)論
（1）干法制砂機(jī)制砂MB值小于普通工藝機(jī)制砂，干法制砂機(jī)制砂粒形更好，使得干法制砂機(jī)制砂配制的C30和C55兩個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的混凝土工作性均優(yōu)于普通工藝機(jī)制砂，在工作性相差不大的情況下，干法制砂機(jī)制砂可以節(jié)約減水劑用量。
（2）由于干法制砂機(jī)制砂薄弱部位較少，干法制砂配制的混凝土工作性更好以及干法制砂機(jī)制砂混凝土骨料漿體界面過(guò)渡區(qū)少，干法制砂工藝生產(chǎn)的機(jī)制砂配制的混凝土在抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度和抗壓彈性模量上均比普通工藝機(jī)制砂混凝土高。
（3）不同生產(chǎn)工藝機(jī)制砂對(duì)混凝土電通量的影響相差不大；干法制砂機(jī)制砂配制的混凝土抗碳化性能在各齡期均比普通工藝機(jī)制砂混凝土好。
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