原材料
?。?）水泥。試驗(yàn)采用P·O42.5水泥，其28d抗壓強(qiáng)度為54.9MPa。（2）礦粉。試驗(yàn)采用S95級高爐礦渣粉，其28d活性指數(shù)100%。（3）粗骨料。試驗(yàn)采用5～20mm連續(xù)粒級碎石，壓碎指標(biāo)為6.6%，含泥量為0.3%。（4）外加劑。試驗(yàn)采用JFL-2聚羧酸高性能減水劑，其減水率為27%。（5）硅灰。試驗(yàn)采用SF93硅灰，其SiO2含量為94.76%。（6）細(xì)骨料。試驗(yàn)采用高品質(zhì)機(jī)制砂、低品質(zhì)機(jī)制砂和河砂，細(xì)骨料基本指標(biāo)見表1。
02
配合比試驗(yàn)設(shè)計(jì)
2.1混凝土配合比
本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)為C80機(jī)制砂高強(qiáng)高性能混凝土。配合比設(shè)計(jì)依據(jù)JGJ/T281-2012《高強(qiáng)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。本次設(shè)計(jì)的機(jī)制砂高強(qiáng)高性能混凝土配合比主要原則及思路：盡可能減少混凝土膠凝材料中硅酸鹽水泥用量，故采用低水化熱和低堿含量的P·O42.5水泥，且合理控制水泥用量，設(shè)定水膠比為0.18、0.21兩種配合比進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)混凝土工作性、力學(xué)性能、耐久性及經(jīng)濟(jì)性的綜合優(yōu)化。
鑒于不同細(xì)骨料性能的區(qū)別及砂率變化對混凝土工作性能的影響，本次配合比設(shè)計(jì)對砂率也進(jìn)行了變化調(diào)整，以便研究其對混凝土工作性和力學(xué)性的影響。C80機(jī)制砂高強(qiáng)高性能混凝土配合比見表2。
2.2 C80高強(qiáng)高性能混凝土試驗(yàn)
依據(jù)表2中的配合比進(jìn)行試驗(yàn)，對其新拌混凝土各項(xiàng)工作性能進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見表3。
通過上述混凝土拌合物工作性能的各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果可看出，相同配合比條件下，試配編號SP-1天然砂和SP-3高品質(zhì)機(jī)制砂工作性能均良好，SP-5低品質(zhì)機(jī)制砂出機(jī)坍落度及1h經(jīng)時損失稍差，其他各項(xiàng)工作性能良好。試配編號SP-2天然砂和SP-4高品質(zhì)機(jī)制砂工作性能均良好，SP-6低品質(zhì)機(jī)制砂出機(jī)坍落度、1h經(jīng)時損失稍差，倒筒時間超過20s。不同水膠比各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果相近，由此可看出細(xì)骨料品質(zhì)對混凝土各項(xiàng)工作性能影響較大。
根據(jù)當(dāng)前京津冀地材的情況，改善低品質(zhì)機(jī)制砂混凝土更符合生產(chǎn)使用需要、更具有經(jīng)濟(jì)性。結(jié)合本次試驗(yàn)的情況，為了改善混凝土工作性能，針對低品質(zhì)機(jī)制砂配合比進(jìn)行優(yōu)化已達(dá)到最佳混凝土性能。針對低品質(zhì)機(jī)制砂級配差，細(xì)度模數(shù)粗的特點(diǎn)，調(diào)整水膠比為0.20，減少水泥用量增加摻合料用量。在前期試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)后，將混凝土配置攪拌過程又進(jìn)行了優(yōu)化。相比較傳統(tǒng)混凝土攪拌方法在投料順序、攪拌時間等均有較大的改進(jìn)。采用與石子、砂子一起摻入、同時加水再加入粉料的方式，硅灰的分散效果最好。在制備高強(qiáng)高性能混凝土能使硅灰內(nèi)活性成分得到充分發(fā)揮，充分激發(fā)了混凝土強(qiáng)度及工作性能。優(yōu)化后配合比見表4。
在優(yōu)化混凝土攪拌方式后，經(jīng)過對混凝土配合比試拌，各項(xiàng)工作性能試驗(yàn)結(jié)果：坍落度220mm、擴(kuò)展度660mm、1h經(jīng)時損失與天然砂無異，通過配合比優(yōu)化倒筒時間及和易性改善較明顯，均能滿足使用要求。
03
試驗(yàn)結(jié)果與分析
3.1混凝土強(qiáng)度
混凝土強(qiáng)度曲線如圖1所示。
由圖1可知，不同水膠比下，隨著水膠比降低，混凝土各項(xiàng)性能有明顯提高；相同配合比下，SP-3、SP-4強(qiáng)度最高，高品質(zhì)機(jī)制砂混凝土相對天然砂強(qiáng)度有明顯提升，這是由于機(jī)制砂中石粉填充了膠凝材料與機(jī)制砂之間的空隙，提高了漿體與骨料過渡區(qū)域的密實(shí)程度，石粉中的碳酸鈣加速了水泥的水化反應(yīng)，使混凝土強(qiáng)度進(jìn)一步提高。SP-5、SP-6與SP-3、SP-4相比，強(qiáng)度明顯降低，通過對SP-6基礎(chǔ)上優(yōu)化配合比，SP-7強(qiáng)度有明顯提高，能達(dá)到與SP-4相同水平。這主要是由于低品質(zhì)機(jī)制砂級配不合理，混凝土不密實(shí)，造成低品質(zhì)機(jī)制砂混凝土強(qiáng)度偏低，SP-7通過增加膠凝材料用量調(diào)整配合比，強(qiáng)度與SP-4相比相差不大。
對低品質(zhì)機(jī)制砂優(yōu)化配合比后進(jìn)行長期強(qiáng)度試驗(yàn)，混凝土強(qiáng)度增長曲線，180d齡期混凝土強(qiáng)度無倒縮，180d混凝土強(qiáng)度保證率達(dá)到140%，完全能達(dá)到設(shè)計(jì)使用要求。
3.2收縮性測試
C80機(jī)制砂高強(qiáng)高性能混凝土收縮也是引起早期開裂的主要原因之一。本試驗(yàn)測試了C80機(jī)制砂高強(qiáng)高性能混凝土塑性收縮和干燥收縮特性。
3.2.1塑形收縮
拌合物成型后4h左右，C80機(jī)制砂高強(qiáng)高性能混凝土試樣塑性收縮速率均較快，收縮應(yīng)變達(dá)到800×10-6，4h之后收縮速率趨于緩慢，變化較小。
3.2.2干燥收縮
C80機(jī)制砂高強(qiáng)高性能混凝土的干燥收縮在60d前變化較大，60d以后混凝土的干燥收縮變化趨于緩慢。C80機(jī)制砂高強(qiáng)高性能混凝土在180d時干燥收縮量僅為380×10-6，該收縮量遠(yuǎn)低于普通混凝土的正常收縮量（600×10-6）要求。
經(jīng)試驗(yàn)表明，C80機(jī)制砂高強(qiáng)高性能混凝土的收縮主要原因是由于C80機(jī)制砂高強(qiáng)高性能混凝土的水膠比較低，使得混凝土在水化和硬化過程中產(chǎn)生較大的收縮。
3.3抗氯離子滲透性
采用RCM法測定氯離子擴(kuò)散系數(shù)，試驗(yàn)齡期為84d。所有試件氯離子擴(kuò)散系數(shù)均小于2.0×10-12m2/s，符合V-E級要求，其中，從數(shù)據(jù)可以看出，高品質(zhì)機(jī)制砂混凝土抗氯離子滲透性稍弱于天然砂混凝土，低品質(zhì)機(jī)制砂混凝土抗氯離子滲透性與高品質(zhì)機(jī)制砂混凝土相比明顯降低，這是由于低品質(zhì)機(jī)制砂級配不合理，混凝土有害空隙增多，通過調(diào)整配合比，優(yōu)化了混凝土內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)，SP7能達(dá)到與SP4相同效果。
3.4抗?jié)B性
采用逐級加壓法，水壓從0.1MPa開始，一直增加到2.0MPa，試件表面均未出現(xiàn)明顯滲水，由此可見，本試驗(yàn)幾組混凝土抗?jié)B性能良好均能達(dá)到高性能混凝土設(shè)計(jì)要求。主要由于該混凝土水膠比較小，混凝土結(jié)構(gòu)密實(shí)，機(jī)制砂的使用對混凝土抗?jié)B性能影響不大。
3.5抗凍性
混凝土抗凍性結(jié)果檢測見表5。
本試驗(yàn)采用快凍法，由表5可知，當(dāng)凍融循環(huán)次數(shù)達(dá)到400次，所有混凝土試件相對動彈性模量均大于90%，說明本試驗(yàn)所有混凝土抗凍等級均大于F400，機(jī)制砂對高性能混凝土抗凍性影響有限。
3.6抗碳化
通過碳化試驗(yàn)結(jié)果表明，C80機(jī)制砂高強(qiáng)高性能混凝土28d碳化深度最大為1.0mm，說明混凝土具有良好的抗碳化性能，雖然礦物摻合料會消耗大量的氫氧化鈣，使混凝土的碳化加快，但是由于C80機(jī)制砂高強(qiáng)高性能混凝土的水灰比很低，混凝土內(nèi)部也很密實(shí)，使得混凝土的碳化速度非常平緩。
04
結(jié)束語
以C80機(jī)制砂高強(qiáng)高性能混凝土為研究對象，通過配合比優(yōu)化及配置方法的改進(jìn)，從而提高混凝土工作性能、強(qiáng)度、耐久性等各項(xiàng)混凝土性能，使高強(qiáng)、高性能混凝土的生產(chǎn)更滿足實(shí)際生產(chǎn)需要，提高經(jīng)濟(jì)性。
對低品質(zhì)機(jī)制砂配置C80高強(qiáng)混凝土過程中，通過對攪拌方法和投料順序的改進(jìn)，在混凝土工作、力學(xué)、耐久性能均有明顯改善提高。
配合比使用相同水膠比時，高品質(zhì)機(jī)制砂混凝土抗壓強(qiáng)度比天然砂混凝土高，低品質(zhì)機(jī)制砂混凝土各項(xiàng)性能均較差。其中，低品質(zhì)機(jī)制砂強(qiáng)度及抗氯離子滲透性與高品質(zhì)機(jī)制砂混凝土相比有明顯降低，通過對配合比、攪拌方法等進(jìn)行優(yōu)化，低品質(zhì)機(jī)制砂混凝土能達(dá)到與高品質(zhì)機(jī)制砂相同水平。結(jié)合京津冀地區(qū)地材的實(shí)際情況，更符合實(shí)際生產(chǎn)需要，具有良好的經(jīng)濟(jì)性。