徐 全 李北星 涂家?guī)?程 凱

(武漢理工大學硅酸鹽建筑材料國家重點實驗室1) 武漢 430070)(湖北大學材料科學與工程學院2) 武漢 430062)

0 引 言

長久以來，我國的土木工程大量使用天然砂，過度的開采造成了河道堵塞，影響防洪防汛，導致耕地毀壞等隱患.我國于20世紀60年代開始了機制砂的研究，至今，機制砂生產(chǎn)線已遍布各地[1].機制砂是由各種天然巖石破碎而成，在生產(chǎn)過程中會帶入部分泥粉，而泥粉會對混凝土各性能產(chǎn)生較大影響.我國的機制砂生產(chǎn)水平不高，產(chǎn)品總體質(zhì)量良莠不齊，許多工程中機制砂的泥粉含量難以得到控制[2].

因此，本文依托某大橋工程，在試驗中采取控制變量法，以MB值反映機制砂中泥粉含量來探討MB值的優(yōu)選區(qū)間.MB值在GB/T 14684—2011《建設用砂》中將其定義為“用于判定機制砂中粒徑小于75 μm顆粒吸附性能的指標”.一般機制砂中粒徑小于75 μm的顆粒是泥粉和石粉而MB值對泥粉含量變化敏感，對石粉含量變化幾乎不敏感，因此在控制石粉含量一定時，可作為確定機制砂中泥粉含量的整體指標[3].需要注意的是，機制砂的材質(zhì)變化會略微影響亞甲藍的吸附量即改變MB值，但是少許泥粉含量的變化對MB值的測試結果影響卻是顯著.兩者相比可知，即使機制砂的材質(zhì)發(fā)生改變，優(yōu)選區(qū)間仍具參考價值.

泥粉是一種細小，比表面積大，表面疏松多孔且易吸附水的膨脹性黏土礦物.試驗證明，較多泥粉的存在會有增加混凝土需水量，妨礙水泥水化，增加混凝土收縮，弱化界面過渡區(qū)等眾多不利影響，而少量的泥粉可能對混凝土性能有著提升作用[4].因此，合理的控制MB值在一定范圍內(nèi)對混凝土質(zhì)量的保證和某大橋工程的順利實施至關重要，本文通過研究不同MB值對C55自密實混凝土各性能的影響以得到MB值最優(yōu)工作區(qū)間.

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

1)水泥 采用某水泥集團公司生產(chǎn)的P·O42.5級普通硅酸鹽水泥，經(jīng)檢測，其3 d和28 d的抗壓強度分別為29.3 MPa和60.1 MPa，滿足標準指標.

2)粉煤灰 采用運城某公司的Ⅰ級粉煤灰，細度(45 μm篩余)7.5%，燒失量為3.44%.

3)機制砂 取自某開采礦石場，細度模數(shù)為2.8，物理性能指標見表1.

表1 機制砂的物理技術指標

4)粗集料 取自某誠磊石料有限公司，級配為5～20 mm連續(xù)級配：5～10 mm∶10～20 mm=30%∶70%.

5)減水劑 上海某建材公司提供的星標HP400高性能減水劑，減少率達到32%.

1.2 試驗方法

1)根據(jù)JGJ/T 283—2012《自密實混凝土應用技術規(guī)程》測試機制砂混凝土的坍落擴展度、J環(huán)擴展度、V形漏斗時間、T500時間和U箱回填高差等工作性指標.

2)根據(jù)GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》測試機制砂混凝土的抗壓強度和靜壓彈性模量.

3)根據(jù)GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》測試機制砂混凝土的電通量、抗裂性和抗凍性等指標.

1.3 混凝土配合比

經(jīng)過計算及試拌調(diào)整確定C55機制砂自密實混凝土配合比見表2.

表2 C55機制砂自密實混凝土配合比 單位：kg/m3

2 試驗結果及分析

2.1 MB值對機制砂自密實混凝土工作性的影響

通過外摻黏土來調(diào)整機制砂的MB值以做對比試驗，試驗數(shù)據(jù)見圖1.結果顯示:隨著MB值的增大，混凝土的坍落擴展度和J環(huán)擴展度總體上呈下降趨勢，當MB值過大時，擴展度急劇降低，這主要是由于較大的泥粉含量增強了泥粉對水的吸附作用，增強了混凝土的塑性，降低了其流動性；V形漏斗流出時間隨著MB值的增大先減小后增大，在MB值處于較小階段時，泥粉起到適當潤滑作用，這對混凝土的流動性有著一定的提升，當MB值過大時則更多表現(xiàn)出泥粉對水的吸附作用，減弱了外加劑對水泥的作用效果，從而使得混凝土的工作性變差.圖1c)～d)分別反應了自密實混凝土的填充能力和抗離析能力，可見當MB值為0.7時，混凝土的流動能力和抗離析能力最強.

圖1 不同MB值下的實驗數(shù)據(jù)

2.2 MB值對機制砂自密實混凝土力學性能的影響

選取7組MB值不同的混凝土試樣進行7 d和28 d的抗壓強度與彈性模量試驗，試驗結果見圖2.機制砂MB值的變化對C55自密實混凝土抗壓強度影響較小，隨著MB值增大有略微下降的趨勢.這是因為高強混凝土的膠凝材料用量較多，水膠比相對較低，MB值的提高對混凝土保水作用以及界面過渡區(qū)的影響并不明顯.靜壓彈性模量試驗結果與抗壓強度類似，MB值改變對其影響較小.主要原因可能是：影響彈性模量的因素有多種，而MB值變化僅僅是改變了泥粉的含量，未改變其它重要影響參數(shù)，因此所受影響較小.

圖2 不同MB值下的抗壓強度和彈性模量

2.3 MB值對機制砂自密實混凝土耐久性能的影響

圖3a)為不同MB值下電通量，由圖3a)可知，MB值對混凝土電通量的影響是隨著MB值上升而略微增大的.這是因為C55自密實混凝土是高強混凝土，水膠比較低，本身結構較為密實從而MB值上升對混凝土的抗?jié)B性影響較小.表3為不同MB值下混凝土抗裂性，隨著MB值的增大機制砂自密實混凝土的抗裂性能降低，當MB值不大于0.7時，其變化對混凝土的抗裂性能影響較小，抗裂等級為Ⅳ級.當MB值大于0.7時抗裂能力下降開始變得明顯.這是因為較大的泥粉含量妨礙了水泥水化，增加了內(nèi)部微裂紋，降低了混凝土強度.由圖3b)～c)可知，隨著MB值的增加，混凝土的抗凍性能逐漸降低，這是因為MB值增大，帶入了許多泥粉，泥粉因其疏松多孔而吸納了許多毛細孔水，然而其毛細管壁強度相較于水泥石毛細管壁低，從而導致其抗凍性降低[5].尤其是當MB值大于0.7時混凝土抗凍性能下降尤為明顯，泥粉對混凝土的劣化作用愈加顯著.

圖3 不同MB值下的試驗數(shù)據(jù)

表3 不同MB值下混凝土抗裂性

圖4為兩張對比較為明顯的SEM圖.從微觀層面看，不含泥粉的混凝土結構較為密實.相反，含有泥粉的混凝土結構較為疏松，并且其內(nèi)部微裂紋以及空隙數(shù)量均相對較大.混凝土內(nèi)部缺陷的增多必然會對其抗?jié)B性、抗裂性及抗凍性造成不利影響.因此，這正是宏觀現(xiàn)象在微觀層面上的反映.

圖4 SEM圖

通過上述研究發(fā)現(xiàn)，混凝土工作性受MB值影響較大，當MB值大于0.7時，擴展度下降尤其明顯，這會大大增加泵送阻力，不利施工[6-8]；由于高性能混凝土本身結構優(yōu)秀，所以MB值在不太大時其對混凝土的力學性能影響不大；C55自密實混凝土在MB值大于0.7時，其抗凍性能與抗裂性能下降較為明顯，在微觀上也明顯反應出泥粉對混凝土的劣化作用.因此，即使在不同施工條件下，C55自密實混凝土的MB值都應不大于0.7.

3 結 論

1)機制砂MB值宜控制在0.7以內(nèi).大于0.7時坍落度損失較大，影響混凝土流動性與可泵性.機制砂混凝土本身離析泌水傾向較為明顯，將MB值控制在0.7可有效降低離析率，提高工作性能.

2)對于機制砂自密實混凝土，MB值的提高對混凝土抗壓強度，彈性模量以及滲透性影響不大.

3)泥粉含量較多時會吸附較多的自由水，當混凝土發(fā)展到一定階段，其內(nèi)部將形成較多缺陷，直接影響到混凝土耐久性.