精品机制砂与天然砂混凝土性能差异对比研究

靳月清 刘 巍 朱兆荣 吴和桂

(1.中铁西北科学研究院有限公司 兰州 730000；2.中国中铁科学研究院有限公司 成都 611731；3.兰州市轨道交通有限公司 兰州 730000)

0 引言

随着我国铁路、公路、建筑业等基础设施的大力建设，混凝土所用砂、石等原材料的需求量越来越大，而天然砂的大量开采不仅浪费资源、提高建设成本，还污染环境、破坏河道和生态，与目前的环境保护相悖，因此，采用机制砂替代天然砂生产混凝土已逐渐成为环保经济的优先选择。目前，对机制砂混凝土的有关性能方面开展了较多研究，艾长发等[1]研究了机制砂级配对混凝土性能的影响规律与作用效应。唐凯靖等[2]、宋少民等[3]研究了机制砂岩性对胶砂和混凝土的和易性和强度的影响。颜从进[4]研究了机制砂MB值的影响因素，进而分析了机制砂混凝土的工作性能和强度随MB值的变化规律。刘娟红等[5]研究了机制砂与天然细砂混掺配制的混凝土与中砂混凝土在抗渗性等方面的差异性。周玉娟等[6]对比研究了机制砂与河砂混凝土预应力T梁在变形与开裂性能方面的差异性。陈学锋等[7]分析了采用低标号混凝土中机制砂代替天然砂的可能性和经济性。胡晓曼等[8]初步研究了机制砂与天然细砂在高性能混凝土中的最优掺配比例。赵日新等[9]研究表明机制砂可以代替天然砂应用于泵送混凝土中。杜朝阳[10]总结了机制砂混凝土的质量控制措施及施工关键技术。庄绍牧[11]研究了机制砂细度模数对堆积密度、混凝土工作性、力学性能的影响。范金朋等[12]研究机制砂混凝土和河砂混凝土在不同砂率下的工作性能和力学性能，结果表明当砂率为45%时，河砂混凝土性能较优;当砂率为51%时，机制砂混凝土的性能较优。综上，目前针对机制砂混凝土的性能方面已有较多研究，然而在天然砂混凝土和机制砂混凝土性能差异性方面的对比研究少见。

鉴于此，本文以天然砂混凝土和精品机制砂混凝土为研究对象，采用室内试验方法，对二者在拌合物性能、力学性能、耐久性能和体积稳定性能等方面的差异性开展研究，以便为机制砂混凝土的品质优化和推广应用提供参考。

1 试样来源与试验方法

1.1 试样来源及要求

本文所选天然砂和精品机制砂均为兰州地区，其中天然砂(图表中以TRS表示)的各项指标均符合有关规范II类砂要求，级配合格，含泥量合格。精品机制砂(图表中以JPJZS表示)采用先进生产设备及生产工艺生产，重点控制机制砂的粒形和石粉含量，除各项指标均符合有关规范Ⅱ类砂要求外，还满足粒形良好、级配合理、质地坚固、有效控制石粉含量、质量稳定等要求。

1.2 试样配比及试验参数

对比试验采用同等条件，分别选取了0.35、0.40、0.45的水胶比，配合比设计参数均相同，粉煤灰掺量、水泥用量、砂率、单位用水量均相同，由于细骨料的石粉含量、颗粒级配有所差异，掺加的外加剂掺量有所变化，掺量范围为1.0%～1.5%，具体配合比参数为：单位用水量155kg，粉煤灰掺量为30%，砂率为41%～42%。

主要对拌合物性能、56d抗压强度、56d电通量、56d氯离子扩散系数、28～60d的收缩率变化、60次单面盐冻进行试验。

1.3 试样基本指标

试验所用天然砂和精品机制砂的基本性能如表1所示。从中可见，精品机制砂的各项性能指标与天然砂的各项性能指标基本相同。

表1 试验用砂基本性能指标

2 结果分析

2.1 混凝土拌合物性能

天然砂和精品机制砂混凝土拌合物的基本性能如表2所示。从中可见，在水胶比相同的条件下，精品机制砂和天然砂混凝土拌合物的各项性能差异性不大，流动性方面精品机制砂混凝土甚至优于天然砂混凝土。

表2 天然砂和精品机制砂混凝土拌合物性能对比表

2.2 抗压强度

天然砂和精品机制砂混凝土的56d抗压强度如表3所示。从中可见，不同水胶比的精品机制砂比天然砂混凝土56d抗压强度均偏低，但差异性不大，均在一个强度等级内波动。

表3 天然砂和精品机制砂混凝土56d抗压强度(MPa)

2.3 电通量

天然砂和精品机制砂混凝土的56d电通量如表4所示。从中可见，不同水胶比的精品机制砂与天然砂混凝土56d电通量有的增加，有的降低，波动范围为26～224C，差异性不大，均在一个强度等级内波动。

表4 天然砂和精品机制砂混凝土56d电通量(C)

2.4 氯离子扩散系数

天然砂和精品机制砂混凝土的56d氯离子扩散系数如表5所示。从中可见，不同水胶比的精品机制砂与天然砂混凝土56d氯离子扩散系数有的增加，有的降低，波动范围为0.1～0.3(0.1×10-12m2/s)，差异性较小。

表5 天然砂和精品机制砂混凝土Cl-扩散系数(0.1×10-12m2/s)

2.5 收缩率变化量

天然砂和精品机制砂混凝土的28～60d收缩率变化量如表6所示。从中可见，在水胶比相同的条件下，精品机制砂混凝土收缩率变化量明显优于天然砂混凝土，且随着水胶比的增大,二者的收缩率变化量都在增大。

表6 天然砂和精品机制砂混凝土收缩率变化量 /(1×10-6)

2.6 单面盐冻试验

对精品机制砂混凝土和天然砂混凝土进行单面盐冻对比试验，得到相应的试验结果如图1～图4所示。

图1 单位测试表面面积剥落物

图2 循环后吸水率 图3 超声波相对传播时间

图4 超声波相对动弹性模量

综上四图分析表明，精品机制砂和天然砂混凝土单面盐冻各项性能变化趋势几乎相同，精品机制砂混凝土相对具有更好的耐盐冻性能。

3 结论

本文针对精品机制砂混凝土和天然砂混凝土在拌合物性能、力学性能等方面的差异性进行了对比研究，得到如下结论：

(1)精品机制砂混凝土与天然砂混凝土的拌合物性能指标基本相同，二者差异性较小，个别指标甚至优于天然砂混凝土。

(2)精品机制砂可以广泛应用于工程建设中，还应适当拓宽其应用范围和领域。