喬葉偉

為研究雙摻粉煤灰、礦粉時(shí)機(jī)制砂C35樁基混凝土的工程應(yīng)用性能，本文從新拌混凝土的和易性，混凝土早期強(qiáng)度、早期抗裂性能出發(fā)，得出適用于工程的機(jī)制砂C35樁基混凝土配比，并進(jìn)行了配比經(jīng)濟(jì)性分析。研究結(jié)果表明：（1）粉煤灰和礦粉的摻入，有利于改善新拌混凝土和易性，但二者摻量均不宜過(guò)多。粉煤灰摻量較大時(shí)混凝土容易泌水和抓底;礦粉摻量過(guò)多時(shí)混凝土較黏。用水量和減水劑摻量增加，當(dāng)二者的摻配比例為1∶2.50或1∶1.30時(shí)，機(jī)制砂混凝土符合樁基混凝土的和易性要求。（2）雙摻粉煤灰、礦粉有利于混凝土早期強(qiáng)度增長(zhǎng)，保持總摻量35%不變時(shí)，粉煤灰、礦粉摻配比例為1∶2.50時(shí)，強(qiáng)度發(fā)展最優(yōu)，機(jī)制砂混凝土28 d齡期時(shí)能達(dá)到C35混凝土試配強(qiáng)度的121%。（3）雙摻粉煤灰、礦粉有利于混凝土早期抗裂性能，機(jī)制砂混凝土抗裂等級(jí)均能達(dá)到Ⅳ級(jí)要求。（4）對(duì)粉煤灰、礦粉摻配比例為1∶2.50的機(jī)制砂樁基混凝土進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，其1 m混凝土直接成本較河砂混凝土降低13.2%。

機(jī)制砂;樁基混凝土;礦物摻合料;和易性;強(qiáng)度;抗裂性能;經(jīng)濟(jì)性

如今，河沙資源短缺，過(guò)度開(kāi)采河沙會(huì)破壞生態(tài)環(huán)境，在國(guó)家禁止河道開(kāi)采河沙的背景下，采用機(jī)制砂代替河沙已成大勢(shì)所趨。我國(guó)幅員遼闊，可用于制備機(jī)制砂的巖類(lèi)眾多，但對(duì)適用于工程的機(jī)制砂還需有針對(duì)性的研究。目前我省機(jī)制砂制砂工藝較落后，在機(jī)制砂石粉含量對(duì)混凝土性能的影響研究，以及機(jī)制砂在級(jí)配、顆粒物理性能及天然砂對(duì)混凝土強(qiáng)度、耐久性能的影響研究均較少，使得機(jī)制砂在工程應(yīng)用上具有局限性。礦物摻合料的引入，可彌補(bǔ)機(jī)制砂自身缺陷，許多學(xué)者已經(jīng)做了相關(guān)研究。劉世星研究了摻入礦粉、膨潤(rùn)土、偏高嶺土后對(duì)機(jī)制砂混凝土和易性及早期強(qiáng)度的影響，朱文濤、孫志強(qiáng)認(rèn)為雙摻粉煤灰、礦粉時(shí)使混凝土工作性和施工性得以提高，宋少民等學(xué)者也認(rèn)為雙摻粉煤灰、礦粉可以解決高強(qiáng)機(jī)制砂混凝土工作性和泵送性不能滿足高性能混凝土的問(wèn)題。因此，進(jìn)一步研究摻礦物摻合料的機(jī)制砂混凝土在工程中的適用性，是節(jié)約資源，降低工程成本，提高混凝土性能的有效途徑。

（1）水泥：選用祁連山水泥生產(chǎn)的P·O42.5普通硅酸鹽水泥。（2）細(xì)集料：粒徑為0～5mm的級(jí)配花崗巖機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù)2.86，MB值0.90。（3）粗集料：5～10mm、10～20mm、16～31.5mm的玄武巖級(jí)配碎石。（4）減水劑：上海三瑞生產(chǎn)的聚羧酸型減水劑（減水率≥25%）。（5）粉煤灰：Ⅱ級(jí)粉煤灰。（6）礦粉：S95級(jí)礦粉。

礦物摻合料選擇粉煤灰與礦粉雙摻的方式，膠凝材料總量保持410kg/m不變;礦物摻合料等量代替水泥，代替總量為35%保持不變，粉煤灰與礦粉以5%的摻量增減變化。

分別以河沙和機(jī)制砂為細(xì)集料，用單臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)拌和不同礦物摻合料摻配比下的混凝土，出鍋時(shí)觀察其和易性和泌水情況，測(cè)試初始塌落度和擴(kuò)展度，保塌1h后繼續(xù)測(cè)試其塌落度和擴(kuò)展度。測(cè)試完畢后立即裝模，進(jìn)行后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)抗壓試驗(yàn)，試塊為150mm×150mm×150mm標(biāo)準(zhǔn)試塊，共4組，每組3塊，測(cè)試混凝土在齡期7d、28d、35d、56d時(shí)的抗壓強(qiáng)度值。

根據(jù)不同礦物摻合料配比下混凝土早期抗壓強(qiáng)度的差異，選取抗壓強(qiáng)度值最好、最差、居中的三種配比，采用平板法測(cè)試其抗裂性能差異，抗裂模具為800mm×600mm×100mm的標(biāo)準(zhǔn)試模。

最后，通過(guò)混凝土出鍋時(shí)的拌和性能、早期強(qiáng)度、早期抗裂性能，綜合分析得出最優(yōu)配比，通過(guò)調(diào)查原材料價(jià)格、運(yùn)輸費(fèi)用，計(jì)算1m混凝土的直接成本，分析摻礦物摻合料的機(jī)制砂混凝土的經(jīng)濟(jì)性。

在控制拌和條件、拌和用水、礦物摻合料出廠、減水劑等原材料不變的情況下，對(duì)不同配比的新拌混凝土做初始塌落度、擴(kuò)展度，1h后塌落度、擴(kuò)展度的統(tǒng)計(jì)與分析，結(jié)果表明二者和易性均較好，但機(jī)制砂黏性較河砂稍大。

以F表示粉煤灰，K表示礦粉，對(duì)不同礦物摻量下新拌混凝土拌和性能整理如表1所示。

從表1減水劑用量可發(fā)現(xiàn)，無(wú)論細(xì)集料為河砂或機(jī)制砂，隨著粉煤灰摻量的增加，礦粉摻量的減少，減水劑用量呈遞減趨勢(shì)。從粉煤灰角度分析，SiO和AIO是粉煤灰的主要成分，粉煤灰的粒子大部分為表面光滑的球狀玻璃，與不定形的水泥粒子相比，表面吸附的水量少，隨著粉煤灰摻量增加，相應(yīng)的需水量降低。但當(dāng)粉煤灰置換水泥的比率增大時(shí)，部分粉煤灰顆粒攜帶水分浮游于表面，形成泌水現(xiàn)象，故隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土流動(dòng)性變好，減水劑摻量降低，但摻量超過(guò)30%時(shí)，容易出現(xiàn)泌水現(xiàn)象;從礦粉角度分析，礦粉的比表面積是影響混凝土性能的主要指標(biāo)，當(dāng)?shù)V粉比表面積較大時(shí)，拌和混凝土的黏性也會(huì)增大。本試驗(yàn)采用的礦粉比表面積為532m/kg，屬于超細(xì)礦粉，當(dāng)摻入量增加時(shí)，為降低黏度，獲得相同的流動(dòng)性時(shí)，需摻入更多的減水劑。

以F表示粉煤灰，K表示礦粉，對(duì)不同礦物摻量下混凝土早期強(qiáng)度做曲線圖，分析其強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律。

粉煤灰是抑制混凝土水化熱最有效的一種摻合料，其可降低混凝土的絕熱升溫，減緩混凝土前期水化反應(yīng)，從而降低混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展。相反，采用比表面積較大的礦粉，混凝土早期強(qiáng)度可得到改善，但摻量過(guò)大時(shí)，后期強(qiáng)度會(huì)有所降低。

如圖1、圖2所示，當(dāng)改變粉煤灰與礦粉的摻配比例時(shí)，以河沙為細(xì)集料的混凝土與以機(jī)制砂為細(xì)集料的混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律大致相同。從強(qiáng)度發(fā)展曲線圖中可得，無(wú)論細(xì)集料是河沙還是機(jī)制砂，以粉煤灰10%、礦粉25%為比例摻配時(shí)，強(qiáng)度最高，說(shuō)明此種摻配方式最優(yōu)。以粉煤灰30%、礦粉5%為比例摻配時(shí)，強(qiáng)度發(fā)展較慢，各個(gè)齡期對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度均小于其他摻配方式，此種摻配方式最差。細(xì)集料為河砂的混凝土，礦粉摻量為30%時(shí)，后期強(qiáng)度增長(zhǎng)出現(xiàn)了明顯的下降。因此，粉煤灰和礦粉雙摻時(shí)，二者摻量均不宜過(guò)大，需合理配比，從強(qiáng)度增長(zhǎng)曲線可得，二者摻配比例為1：2.5時(shí)為最優(yōu)，細(xì)集料為河砂的混凝土28d強(qiáng)度可達(dá)C35混凝土試配強(qiáng)度的119%，細(xì)集料為機(jī)制砂的混凝土28d強(qiáng)度可達(dá)C35混凝土試配強(qiáng)度的121%，均滿足混凝土強(qiáng)度要求，且在配比合理、機(jī)制砂質(zhì)量符合要求的情況下機(jī)制砂混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)優(yōu)于河砂混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)。

采用平板試驗(yàn)法，以雙摻礦物摻合料時(shí)混凝土強(qiáng)度最高、最低、中間值為依據(jù)，分析在雙摻礦物摻合料下C35混凝土采用河沙和機(jī)制砂為細(xì)集料時(shí)抗裂性能差異。

根據(jù)《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50082-2009，本試驗(yàn)在溫度為20±2℃，相對(duì)濕度（60±5）%的室內(nèi)進(jìn)行，風(fēng)扇風(fēng)速為6m/s，采用裂縫測(cè)深測(cè)寬儀測(cè)量裂縫寬度，鋼直尺測(cè)量裂縫長(zhǎng)度。混凝土早期抗裂性能等級(jí)劃分，如表2所示。

由表3試驗(yàn)結(jié)果可知：各個(gè)配比的機(jī)制砂與河砂混凝土抗裂性能較為優(yōu)良，除河砂+F30%+K5%抗裂等級(jí)為Ⅲ級(jí)外，其余配比均達(dá)到了Ⅳ級(jí)。粉煤灰與礦粉都是抑制混凝土水化的粉體，二者作為超細(xì)礦物摻料，很好的填充了混凝土的空隙，使混凝土更加致密，孔結(jié)構(gòu)分布更加均勻，故抗裂性能較優(yōu)。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，在雙摻粉煤灰礦粉時(shí)，二者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，對(duì)混凝土的抗裂性能的提高發(fā)揮了重要作用。相比于河砂混凝土，細(xì)集料為機(jī)制砂時(shí)反而抗裂性能較好，單位面積上的總開(kāi)裂面積均小于河砂混凝土，說(shuō)明在確保機(jī)制砂質(zhì)量及級(jí)配符合要求的前提下，礦物摻合料與機(jī)制砂的適應(yīng)性更好，機(jī)制砂混凝土抗裂性能更優(yōu)，滿足工程需求。

結(jié)合新拌混凝土出鍋狀態(tài)，塌落度損失對(duì)比，擴(kuò)展度損失對(duì)比，28d強(qiáng)度對(duì)比及抗裂等級(jí)，在摻配比例為1∶2.50或1∶1.30的四個(gè)配比中F10%+K25%的摻配方式綜合性能最優(yōu)，宜作為C35樁基混凝土施工配比。在不考慮人工費(fèi)、機(jī)械費(fèi)、水電費(fèi)、維修費(fèi)及其他成本分?jǐn)偟那闆r下計(jì)算以F10%+K25%為摻配方式時(shí)1m混凝土的直接成本。

式中C為1m細(xì)集料為河砂且不摻礦物摻合料的混凝土含稅含運(yùn)費(fèi)的直接成本，C為1m細(xì)集料為機(jī)制砂且不摻礦物摻合料的混凝土含稅含運(yùn)費(fèi)的直接成本，C為1m細(xì)集料為機(jī)制砂且摻粉煤灰10%、礦粉25%的混凝土含稅含運(yùn)費(fèi)的直接成本，C配合比中減水劑摻量為0.6%，C配合比中減水劑摻量為0.7%，C配合比中減水劑摻量為0.95%。

從成本對(duì)比圖中可看出，在保證混凝土性能的前提下，改用細(xì)集料為機(jī)制砂且添加礦物摻合料的混凝土成本明顯降低。在不摻礦物摻合料時(shí)，1m的細(xì)集料為機(jī)制砂的混凝土比河砂降低成本4.4%;在摻粉煤灰10%、礦物25%時(shí)，1m的細(xì)集料為機(jī)制砂的混凝土比河砂降低成本13.2%。因此，機(jī)制砂和礦物摻合料的搭配使用，是提高樁基混凝土性能，降低成本的有效途徑，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

細(xì)集料為機(jī)制砂的混凝土黏性大于河砂混凝土，用水量和減水劑用量增加。當(dāng)內(nèi)摻粉煤灰、礦粉時(shí)，隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土減水劑用量逐漸減少，但泌水的可能性增大。隨著礦粉摻量的增加，混凝土黏性增強(qiáng)，減水劑用量增加。當(dāng)保持總摻量35%不變，粉煤灰、礦粉摻配比為1∶2.50或1∶1.30時(shí)，滿足C35樁基混凝土和易性要求。

雙摻礦物摻合料對(duì)混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)有利，可改善細(xì)集料為機(jī)制砂混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)較慢的問(wèn)題。粉煤灰、礦粉摻配比例為1∶2.50時(shí)為最優(yōu)，細(xì)集料為河砂的混凝土28d強(qiáng)度可達(dá)C35樁基混凝土試配強(qiáng)度的119%，細(xì)集料為機(jī)制砂的混凝土28d強(qiáng)度可達(dá)C35樁基混凝土試配強(qiáng)度的121%，均滿足混凝土強(qiáng)度試配要求。

雙摻粉煤灰、礦粉有利于提高混凝土抗裂性能，細(xì)集料為機(jī)制砂的混凝土抗裂等級(jí)可達(dá)Ⅳ級(jí)。

采用機(jī)制砂和雙摻粉煤灰10%、礦粉25%的混凝土，其拌和性能、強(qiáng)度、抗裂性能綜合最優(yōu)，經(jīng)濟(jì)效益顯著，相比于細(xì)集料為河砂未摻礦物摻合料的混凝土，可降低直接成本13.2%。

[1]劉世星.不同外摻料對(duì)機(jī)制砂混凝土強(qiáng)度及和易性影響分析[J].新型建筑材料，2019，46（8）：86-88.

[2]朱文濤，孫志強(qiáng).礦物摻合料對(duì)機(jī)制砂混凝土性能的影響和研究[J].商品混凝土，2015（1）：45-46+64.

[3]宋少民，程成，楊楠.機(jī)制砂巖性對(duì)膠砂和混凝土性能影響的研究[J].混凝土，2018（11）：22-25.

[4]馮乃謙.高性能混凝土與超高性能混凝土的發(fā)展和應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2009，38（4）：1-6.

[5]馮乃謙.高性能混凝土與超高性能混凝土技術(shù)[D].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2015.

In order to study the engineering application performance of machine-made sand C35 pile foundation concrete with fly ash and slag powder， this paper starts from the workability of fresh concrete， the early strength of concrete， and the early anti-cracking performance， and the mechanism suitable for engineering is obtained The proportion of sand C35 pile foundation concrete， and the economic analysis of the proportion. The research results show that： （1） The mixing of fly ash and mineral powder is beneficial to improve the workability of fresh concrete， but the amount of both should not be excessive. When the amount of fly ash is large， the concrete is easy to bleed and scratch the bottom; when the amount of slag is too much， the concrete is sticky. The water consumption and water reducing agent content increase. When the mixing ratio of the two is 1：2.50 or 1：1.30， the machine-made sand concrete meets the workability requirements of pile foundation concrete. （2） The double mixing of fly ash and mineral powder is conducive to the early strength growth of concrete. When the total content of 35% is kept unchanged， when the mixing ratio of fly ash and mineral powder is 1：2.50， the strength development is optimal， and the machine-made sand At 28 d age， the concrete can reach 121% of the trial mix strength of C35 concrete. （3） The double addition of fly ash and mineral powder is beneficial to the early anti-cracking performance of concrete， and the anti-cracking grade of machine-made sand concrete can reach the requirement of grade IV. （4） The economic analysis of the machine-made sand pile concrete with a mixing ratio of fly ash and mineral powder of 1：2.50 shows that the direct cost of 1 m3 concrete is reduced by 13.2% compared with river sand concrete.

machine-made sand; pile foundation concrete; mineral admixture; workability; strength; crack resistance; economy