吳方志

（江門市蓬江區(qū)水利水電工程質(zhì)量管理站）

0 引言

21 世紀(jì)以來，我國水利事業(yè)蓬勃發(fā)展，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供了有力支撐。隨著水利工程項(xiàng)目數(shù)量及規(guī)模不斷增大，對(duì)砂等建筑材料的需求日益增大，加之受生態(tài)環(huán)境保護(hù)及河道禁采等因素影響，導(dǎo)致天然河砂資源短缺、價(jià)格猛增。因此人工砂開始進(jìn)入建材市場。人工砂中的石粉與天然河砂中的泥作用價(jià)值不同，對(duì)混凝土的性能具有顯著的提升作用[1-2]。因此研究石粉摻量對(duì)混凝土的性能有助于提高混凝土性能，節(jié)約建筑資源，為高性能水工混凝土的配合比設(shè)計(jì)提供有利的幫助。

研究者已經(jīng)開展了石粉對(duì)混凝土性能影響的相關(guān)研究[3-6]。李遠(yuǎn)等人分析了人工砂中石粉對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗凍性的影響，粉摻量16%時(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)度及抗凍性達(dá)到最佳效果[3]。徐飛等人認(rèn)為石粉摻量超過20%，對(duì)混凝土的性能不再具有提升作用[4]。此外，也有研究者認(rèn)為混凝土強(qiáng)度等級(jí)越低，最佳的石粉摻量越小[5,6]。綜上，一定量的石粉可以有效提升混凝土的力學(xué)性能、使用性能及耐久性能。因此，本文結(jié)合江門市西江潭江跨界重點(diǎn)支流綜合治理工程（一期）（蓬江項(xiàng)目區(qū)）項(xiàng)目混凝土質(zhì)量檢測工作，深入開展了養(yǎng)護(hù)齡期、石粉摻量對(duì)水工混凝土的力學(xué)性能和耐久性能影響的研究，為高性能水工混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)提供一定參考，助推水利高品質(zhì)工程建設(shè)。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

⑴粗骨料。天然碎石為石灰?guī)r碎石，5～20mm 粒徑范圍，級(jí)配合格，表觀密度為2.68g/cm3，堆積密度為1.51g/cm3；

⑵細(xì)骨料。細(xì)骨料為機(jī)制砂，最大粒徑為2.98mm，級(jí)配合格，表觀密度為2.51g/cm3，細(xì)度模數(shù)為2.4。

⑶水泥為強(qiáng)度等級(jí)42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥，初凝和終凝時(shí)間分別為190min 和250min，其他指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

⑷試驗(yàn)用水為自來水，減水劑采用的材料為RSD-8引氣減水劑，減水率≥40%。

1.2 試驗(yàn)方案

根據(jù)JGJ55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》中的要求進(jìn)行不同石粉摻量的混凝土配合比設(shè)計(jì)，混凝土配合比見表1。

1.3 試驗(yàn)方法

混凝土力學(xué)性能依據(jù)GB/T 50081-2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的進(jìn)行，分別養(yǎng)護(hù)至7d、14d 及28d 齡期后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度及劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)。

耐久性依據(jù)GB/T 50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的進(jìn)行，對(duì)抗氯離子滲透性能和抗碳化性能進(jìn)行試驗(yàn)。

2 石粉摻量對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響研究

2.1 抗壓強(qiáng)度

水工混凝土抗壓強(qiáng)度隨齡期及石粉摻量的變化規(guī)律試驗(yàn)結(jié)果如表2 所示。從表2 中可以看出，水工混凝土立方體抗壓強(qiáng)度與養(yǎng)護(hù)齡期成正相關(guān)關(guān)系。水工混凝土的抗壓強(qiáng)度與石粉摻量先呈正相關(guān)關(guān)系后呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。這是由于當(dāng)石粉摻量較少時(shí)，石粉可以改善混凝土中細(xì)砂的級(jí)配并且有效填充混凝土內(nèi)部的聯(lián)通空隙，有效提高了其抗壓強(qiáng)度。但是當(dāng)石粉摻量過高時(shí)，顆粒粒徑的砂比例降低，骨料填充效應(yīng)下降，填充空隙提升的強(qiáng)度不足以彌補(bǔ)骨料效應(yīng)下降降低的強(qiáng)度，因此，其抗壓強(qiáng)度開始有所下降。

表2 混凝土抗壓強(qiáng)度隨石粉摻量演變規(guī)律

2.2 抗拉強(qiáng)度

水工混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度隨齡期及石粉摻量的變化規(guī)律如表3 所示。從表3 中可以看出，不論什么條件下，水工混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度與養(yǎng)護(hù)齡期成正相關(guān)關(guān)系。水工混凝土的抗拉強(qiáng)度與石粉摻量先呈正相關(guān)關(guān)系后呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。與水工混凝土立方體抗壓強(qiáng)度與石粉摻量的相關(guān)關(guān)系保存一致。

表3 混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度隨石粉摻量演變規(guī)律

3 石粉摻量對(duì)混凝土耐久性能的影響研究

3.1 石粉摻量對(duì)混凝土抗氯離子滲透性的影響研究

水工混凝土抗氯離子滲透性隨齡期及石粉摻量的變化規(guī)律試驗(yàn)結(jié)果如表4 所示。從表4 中可以看出，隨著石粉摻量的增加，水工混凝土抗氯離子擴(kuò)散系數(shù)不斷降低，抗?jié)B透性開始增強(qiáng)。原因是石粉摻入混凝土中，有效填充了混凝土內(nèi)部的聯(lián)通空隙，使其變成半聯(lián)通及封閉空隙，造成混凝土密實(shí)度增強(qiáng)，液體粒子滲透通道開始減少，提高了混凝土的抗?jié)B透性。但是當(dāng)石粉摻量增加20%時(shí)，石粉增強(qiáng)混凝土抗?jié)B透性的作用開始變得穩(wěn)定。這是由于石粉對(duì)混凝土細(xì)砂級(jí)配的改善作用達(dá)到飽和，并且不再能填充空隙。

表4 混凝土抗氯離子滲透性隨石粉摻量演變規(guī)律

3.2 石粉摻量對(duì)混凝土抗碳化性能的影響研究

水工混凝土抗碳化性隨齡期及石粉摻量的變化規(guī)律試驗(yàn)結(jié)果如表5 所示。從表5 中可以看出，在本文水灰比條件下，水工混凝土的碳化深度與養(yǎng)護(hù)齡期成反比；無論何種齡期，水工混凝土的碳化深度與石粉摻量先成負(fù)相關(guān)關(guān)系然后趨于穩(wěn)定，當(dāng)石粉摻量為20%時(shí)，碳化深度趨于穩(wěn)定。石粉摻入混凝土中，有效填充了混凝土內(nèi)部的聯(lián)通空隙，使其變成半聯(lián)通及封閉空隙，造成混凝土密實(shí)度增強(qiáng)，二氧化碳與混凝土的反應(yīng)買面積減少，提高了混凝土的抗碳化性能。

表5 混凝土抗碳化性能隨石粉摻量演變規(guī)律

4 結(jié)語

⑴任何條件下，水工混凝土立方體抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度均與養(yǎng)護(hù)齡期成正相關(guān)關(guān)系。水工混凝土的抗壓強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度與石粉摻量先呈正相關(guān)關(guān)系后呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

⑵隨著石粉摻量的增加，水工混凝土抗氯離子擴(kuò)散系數(shù)不斷降低，抗?jié)B透性開始增強(qiáng)，當(dāng)石粉摻量為20%時(shí)，混凝土抗?jié)B透性趨于穩(wěn)定。

⑶水工混凝土的碳化深度與養(yǎng)護(hù)齡期成反比；無論何種齡期，水工混凝土的碳化深度與石粉摻量先成負(fù)相關(guān)關(guān)系然后趨于穩(wěn)定，當(dāng)石粉摻量為20%時(shí)，混凝土的碳化深度趨于穩(wěn)定。