摘要：

　　本文利用花崗巖機(jī)制砂取代部分河砂配制混凝土，開展了抗壓、抗折、劈拉強(qiáng)度試驗(yàn)，研究分析了花崗巖機(jī)制砂摻量對混凝土力學(xué)性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明：隨著花崗巖機(jī)制砂摻加比例增加，混凝土力學(xué)性能均呈先增大后減小的趨勢，對于抗壓、抗折和劈拉強(qiáng)度而言，機(jī)制砂摻量分別為10wt%、10wt%和15wt%，這主要是由于石粉的填充效應(yīng)以及機(jī)制砂與水泥漿體之間具有更大的粘結(jié)力。

關(guān)鍵字：花崗巖機(jī)制砂；摻量；力學(xué)性能；強(qiáng)度；石粉

1 引言

砂作為混凝土的必需原材料之一，用量占到混凝土總體積的30%左右，其質(zhì)量對于新拌及硬化混凝土的性能有著重要影響。隨著天然砂資源的日趨匱乏及對環(huán)境保護(hù)的加強(qiáng)，機(jī)制砂逐漸成為我國混凝土用砂的主要來源，部分地區(qū)機(jī)制砂的應(yīng)用比例已達(dá)50%。機(jī)制砂是巖石經(jīng)機(jī)械破碎而成，機(jī)制砂區(qū)別于河砂的顯著特點(diǎn)是粒形尖銳、表面粗糙且含有一定數(shù)量的粒徑＜75μm的石粉。眾多研究表明，以適當(dāng)比例的機(jī)制砂取代河砂能夠提高混凝土力學(xué)性能，但在石粉摻量方面大家意見不一。因此，本文開展了不同花崗巖機(jī)制砂/河砂配比的混合砂混凝土的基本力學(xué)試驗(yàn)，探究花崗巖機(jī)制砂取代比例對混凝土力學(xué)性能的影響，為機(jī)制砂在實(shí)際工程的應(yīng)用提供參考。

2 原材料和試驗(yàn)方法

2.1 原材料

①水泥：P·O42.5水泥，物理力學(xué)性能見表1。②粗集料：5.00mm~20.00mm連續(xù)級配花崗巖碎石，表觀密度2710千克每立方米，壓碎值8.0%。③細(xì)集料：花崗巖機(jī)制砂、天然河砂。兩者篩分、物理力學(xué)性能測定結(jié)果見圖1和表2。④外加劑：聚羧酸高性能減水劑，含固量18.3%，減水率28.4%。⑤配合比：本試驗(yàn)用混凝土配合比如表3所示。
 

表1 水泥的物理性能

表2 機(jī)制砂與河砂的物理力學(xué)性能

圖1 機(jī)制砂、河砂顆粒級配曲線
 

表3 混凝土配合比（千克每立方米）

2.2 試驗(yàn)

混凝土試件成型后，在溫度20±2℃，相對濕度95%以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)，達(dá)到規(guī)定齡期（7d、28d）后，按照GB/T50081-2002標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行力學(xué)性能測試。硬化混凝土抗壓、抗折和劈拉強(qiáng)度測試使用試件尺寸分別為150mm×150mm×150mm、150mm×150mm×550mm和150mm×150mm×150mm。

3 結(jié)果與討論

3.1 抗壓強(qiáng)度

表4給出了各組混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果。花崗巖機(jī)制砂摻量對S0~S20組混凝土抗壓強(qiáng)度的影響如圖2所示。可以看出，S0組純河砂混凝土的28d齡期抗壓強(qiáng)度為36.2MPa，S5~S20組混凝土具有更高的28d齡期的抗壓強(qiáng)度，分別為48.2MPa、49.5MPa、43.2MPa和40.5MPa，相比S0分別提高了33.1%、36.7%、19.2%和11.9%。這說明，花崗巖機(jī)制砂摻量在20wt%以內(nèi)時(shí)，隨著摻量的增加，抗壓強(qiáng)度先增大后減小，其中提高抗壓強(qiáng)度的摻量為10wt%，當(dāng)摻量達(dá)到20wt%時(shí)，對抗壓強(qiáng)度的提高相對較小，但強(qiáng)度值依然大于純河砂S0組混凝土。
 

表4 混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果（MPa）

圖2 花崗巖機(jī)制砂摻量對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響
 

3.2 抗折強(qiáng)度

圖3給出了不同摻量花崗巖機(jī)制砂對S0~S20組混凝土抗折強(qiáng)度的影響。可以看出，S0組純河砂混凝土的28d齡期抗折強(qiáng)度為3.29MPa，S5~S20組混凝土具有更高的28d齡期抗折強(qiáng)度，分別為2.59MPa、3.31MPa、2.83MPa和2.33MPa，相比S0分別提高了12.4%、44.3%、18.2%和0.91%。這說明摻量在20wt%以內(nèi)時(shí)，花崗巖機(jī)制砂對混凝土的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度具有相同的影響規(guī)律，即：隨著摻量的增加，抗折強(qiáng)度先增大后減小，提高抗折強(qiáng)度的摻量為10wt%，當(dāng)摻量達(dá)到20wt%時(shí)，其抗折強(qiáng)度與S0組純河砂混凝土的抗折強(qiáng)度幾乎持平。

3.3 劈拉強(qiáng)度

圖4給出了花崗巖機(jī)制砂在20wt%摻量內(nèi)變化對試驗(yàn)混凝土劈拉強(qiáng)度的影響。可以看出，S0組純河砂混凝土的28d齡期劈拉強(qiáng)度為2.65MPa，S5~S20組混凝土28d齡期劈拉強(qiáng)度分別為2.73MPa、3.05MPa、3.48MPa和2.50MPa，其中相比S0，S5~S15分別提高了3.02%、15.09%和30.1%，而S20降低了5.6%。這說明摻量在20wt%以內(nèi)時(shí)，隨著花崗巖機(jī)制砂摻量增加，混凝土劈拉強(qiáng)度逐漸增加到值，然后迅速降低，這與抗壓、抗折強(qiáng)度試驗(yàn)規(guī)律相同。而當(dāng)混凝土取得劈拉強(qiáng)度值時(shí)，花崗巖機(jī)制砂摻量為15wt%，這與抗壓（10wt%）、抗折強(qiáng)度（10wt%）有所不同。另外，混凝土的劈拉強(qiáng)度在機(jī)制砂摻量為20%時(shí)明顯低于基準(zhǔn)組S0，而抗壓、抗折強(qiáng)度相比S0組有微量增加。
 

圖3 花崗巖機(jī)制砂摻量對混凝土抗折強(qiáng)度的影響
 

圖4 花崗巖機(jī)制砂摻量對混凝土劈拉強(qiáng)度的影響
 

3.4 小結(jié)

花崗巖機(jī)制砂部分取代河砂增加了混凝土的抗壓強(qiáng)度，摻量為10wt%，此時(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)度高于其他組混凝土，28d齡期抗壓強(qiáng)度相比基準(zhǔn)組混凝土提高了36.7%。花崗巖機(jī)制砂對混凝土的抗折強(qiáng)度亦具有同樣的影響規(guī)律，當(dāng)摻量為10wt%時(shí)，抗折強(qiáng)度提高率為44.3%。而對于劈拉強(qiáng)度來說，花崗巖機(jī)制砂摻量為15wt%，與抗壓、抗折強(qiáng)度的機(jī)制砂摻量(10wt%)不同。當(dāng)機(jī)制砂摻量為15wt%和10wt%時(shí)，混凝土的劈拉強(qiáng)度相比基準(zhǔn)組S0分別提高了30.1%和15.09%；摻量為20wt%時(shí)，混凝土的劈拉強(qiáng)度明顯低于基準(zhǔn)組S0。可見，集料特性對混凝土力學(xué)性能具有重要影響。而且花崗巖機(jī)制砂是巖石經(jīng)機(jī)械破碎而成，粒形尖銳、表面粗糙，與水泥漿體之間機(jī)械嚙合力大，粘結(jié)能力好于河砂，可以提高混凝土的力學(xué)性能，且機(jī)制砂中含有一定數(shù)量(5wt%~10wt%)粒徑小于75μm的石粉。適量的石粉在混凝土體系中可以填充集料之間的空隙，起到微集料填充效應(yīng)，同時(shí)改善混凝土微觀結(jié)構(gòu)，減少骨料—漿體界面過渡區(qū)有害裂縫，使水泥石更加密實(shí)，這些都有利于提高混凝土的強(qiáng)度。但是，當(dāng)機(jī)制砂摻量過高時(shí)，會造成水泥漿體對集料的包裹不足而降低兩者的粘結(jié)性能，削弱骨料的骨架作用和降低水泥石強(qiáng)度，從而降低混凝土強(qiáng)度。

4 結(jié)語

①花崗巖機(jī)制砂有利于提高混凝土的力學(xué)性能，主要是由于石粉的填充作用以及機(jī)制砂粗糙形貌增大了與水泥石之間的嚙合力。對于抗壓、抗折強(qiáng)度而言的機(jī)制砂摻量為10wt%。

②對于劈拉強(qiáng)度而言，花崗巖機(jī)制砂摻量為15%，此時(shí)劈拉強(qiáng)度提高了30.1%；而摻量為20wt%時(shí)的劈拉強(qiáng)度低于純河砂混凝土，主要原因在于此時(shí)水泥漿體對集料的包裹不足。