0引言

我國(guó)近30年土木工程大規(guī)模建設(shè)，導(dǎo)致了混凝土的高消耗，制備混凝土的天然砂石用量十分驚人，尤其是我國(guó)西南山區(qū)山多砂少，天然砂資源匱乏，儲(chǔ)量有限的天然砂已幾乎消耗殆盡，不能滿足工程建設(shè)持續(xù)發(fā)展需求。采用機(jī)制砂替代天然砂配制混凝土是工程發(fā)展的必然趨勢(shì)。然而在機(jī)制砂生產(chǎn)過(guò)程中不可避免的要產(chǎn)生石粉(粒徑小于75μm的細(xì)粉顆粒)，一般通過(guò)水洗、風(fēng)吸等方法來(lái)降低石粉含量以滿足規(guī)范要求(GB/T14684-2011建設(shè)用砂中規(guī)定機(jī)制砂石粉含量應(yīng)低于10%，但根據(jù)使用地區(qū)和用途，在試驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，允許供需雙方協(xié)商確定機(jī)制砂中的石粉含量)，不僅增加生產(chǎn)成本還造成環(huán)境污染。

因此，如何合理控制機(jī)制砂中的石粉含量一直是工程界十分關(guān)注的焦點(diǎn)?？蒲泄ぷ髡邆?cè)谶@方面做了大量的研究工作。結(jié)果表明，機(jī)制砂并非“越干凈越好”，機(jī)制砂中適量的石粉有助于提升混凝土的性能，只是當(dāng)其含量超過(guò)一定限值后，會(huì)導(dǎo)致混凝土的工作性能劣化，強(qiáng)度降低，收縮、徐變?cè)黾拥葐?wèn)題?？傮w來(lái)看，目前有關(guān)石粉含量對(duì)機(jī)制砂混凝土早期抗裂性能的研究較少。為此，本文以敘古高速公路橋梁工程為依托，采用工程現(xiàn)場(chǎng)原材料，通過(guò)試驗(yàn)研究，探討石粉含量對(duì)C40機(jī)制砂混凝土物理力學(xué)性能與早期抗裂性能的影響，為機(jī)制砂生產(chǎn)過(guò)程中合理控制石粉含量提供參考。

1原材料

1)水泥：拉法基P.O42.5水泥，主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

2)粉煤灰：習(xí)水Ⅱ級(jí)粉煤灰，燒失量7.3%，需水量比100%，28d活性指數(shù)74.0%。

3)機(jī)制砂：瀘州石板灘石灰?guī)r機(jī)制砂，石粉含量9.8%，細(xì)度模數(shù)3.2，亞甲藍(lán)MBV值0.5g/kg。

4)石：瀘州石板灘碎石，粒徑5mm～25mm，壓碎值7.4%，針片狀含量4.5%。

5)石粉：由石板灘機(jī)制砂生產(chǎn)過(guò)程中風(fēng)選而得，其成分與機(jī)制砂一致。

6)外加劑：聚羧酸高性能減水劑。

7)水：自來(lái)水。

2配合比與物理力學(xué)性能

為研究石粉含量對(duì)機(jī)制砂混凝土抗裂性能的影響，通過(guò)水洗、摻配石粉的方法，調(diào)整機(jī)制砂中石粉含量為0%，5%，10%，15%和20%。按照DB51/T1995-2015機(jī)制砂橋梁高性能混凝土技術(shù)規(guī)程進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，調(diào)整用水量與外加劑摻量，以保持混凝土的坍落度基本一致，各組配合比與物理力學(xué)性能如表2所示?？梢?jiàn)，適量石粉能提升混凝土工作性能與力學(xué)性能。機(jī)制砂不含石粉時(shí)，制備的混凝土拌合物較松散、包裹性差，出現(xiàn)泌水離析。當(dāng)石粉含量增加至10%時(shí)，其填充效應(yīng)明顯，混凝土拌合物粘聚性與保水性提高，包裹性與泌水性能有所改善，增強(qiáng)了混凝土密實(shí)度;另外，其對(duì)水化產(chǎn)物的形成起到晶核作用，加速水泥的水化，從而提高混凝土強(qiáng)度。但石粉含量超過(guò)15%后，過(guò)多的粉體材料使吸附用水量增加，且混凝土拌合物過(guò)于粘稠，擴(kuò)展度減小，工作性能劣化，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度下降。

3抗裂性測(cè)試分析與討論

3.1試驗(yàn)方法

早期抗裂性能采用平板法，按照GB/T50082-2009普通混凝土長(zhǎng)期性和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)配合比制作2個(gè)試件。平板尺寸為800mm×600mm×100mm，混凝土澆筑入模后，采用振搗棒插搗，隨后將表面磨平，并用風(fēng)扇對(duì)試件表面進(jìn)行吹風(fēng)(見(jiàn)圖1)，風(fēng)向平行于試件表面與裂縫誘導(dǎo)器，試件表面中心處風(fēng)速控制在5m/s左右。

3.2結(jié)果分析與討論

表3為不同石粉含量機(jī)制砂混凝土早期抗裂性能試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果(取2個(gè)試件的平均值)，按照JGJ/T193-2009混凝土耐久性檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的評(píng)價(jià)方法，各組混凝土試件的早期抗裂等級(jí)均達(dá)到Ⅳ級(jí)，抗裂性能較好。同時(shí)也可以看到，石粉含量對(duì)機(jī)制砂混凝土早期裂縫的形成與發(fā)展、裂縫寬度等特征影響較明顯。

3.2.1初裂時(shí)間

由表3可知，隨石粉含量增加，機(jī)制砂混凝土的初裂時(shí)間先增加后減小，其變化趨勢(shì)如圖2所示。石粉含量從0%增加到5%時(shí)，混凝土的初裂時(shí)間由365min延長(zhǎng)到405min，開(kāi)裂敏感性降低。石粉含量增加到10%時(shí)，初裂時(shí)間提前至380min，但仍較機(jī)制砂不含石粉時(shí)的混凝土初裂時(shí)間延遲。而當(dāng)石粉含量上升至15%后，在296min混凝土即出現(xiàn)裂縫，初裂時(shí)間急劇縮短，開(kāi)裂敏感性增強(qiáng)。隨后石粉含量達(dá)到20%時(shí)，混凝土初裂時(shí)間進(jìn)一步縮短為220min?？梢?jiàn)，石粉含量不超過(guò)10%時(shí)對(duì)降低混凝土開(kāi)裂敏感性有貢獻(xiàn)。這主要在于石粉和混凝土拌合物的保水性，改善了粉體材料的顆粒級(jí)配，增強(qiáng)混凝土的密實(shí)性，降低開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。但石粉含量過(guò)高后，混凝土漿體增加較多，吸附水量加大，粘稠度增加，自由水遷移困難，以至塑性收縮量大而增加開(kāi)裂幾率。因此，高石粉含量機(jī)制砂混凝土應(yīng)注意早期灑水保濕養(yǎng)護(hù)，減少塑性開(kāi)裂。

3.2.2裂縫形態(tài)

澆筑24h時(shí)觀測(cè)的裂縫形態(tài)如圖3所示，最大裂縫寬度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。當(dāng)石粉含量不超過(guò)5%時(shí)，裂縫短而細(xì)小且分布較分散，無(wú)方向性。而石粉含量超過(guò)10%后，裂縫逐漸趨于順裂縫誘導(dǎo)器的刀口方向發(fā)展，且最大裂縫寬度明顯增加、長(zhǎng)度變長(zhǎng)。

主要在于石粉含量過(guò)高后，漿體多且較粘稠，混凝土內(nèi)部可遷移水量減少且遷移速率慢，且裂縫誘導(dǎo)器刀口處混凝土層較薄，收縮導(dǎo)致的拉應(yīng)力集中，因而易出現(xiàn)順刀口方向的寬裂縫。

3.2.3裂縫數(shù)量與開(kāi)裂面積

隨石粉含量增加，機(jī)制砂混凝土的裂縫數(shù)量與開(kāi)裂面積變化趨勢(shì)如圖4所示?？傮w來(lái)看，石粉含量為5%時(shí)，混凝土的抗裂性能最好，雖然裂縫數(shù)最多，但由圖3可以看到早期主要為細(xì)而短的小裂縫，平均開(kāi)裂面積最小，單位面積的總開(kāi)裂面積最小。而石粉含量增加到10%后，裂縫的形成逐漸沿順誘導(dǎo)器刀口方向發(fā)展，此時(shí)單位面積裂縫數(shù)量有明顯減小，但裂縫寬度和長(zhǎng)度增加，使得平均開(kāi)裂面積顯著增加，其開(kāi)裂總面積最大。石粉含量增加到15%時(shí)，裂縫數(shù)量稍許增加，但裂縫寬度與平均開(kāi)裂面積減小，因而開(kāi)裂總面積下降。而當(dāng)石粉含量到達(dá)20%時(shí)，雖然其裂縫寬度與平均開(kāi)裂面積較大，但裂縫數(shù)量最少，總開(kāi)裂面積呈下降趨勢(shì)。值得注意的是，雖然各組試件的單位面積的總開(kāi)裂面積都小于400mm2/m2，抗裂等級(jí)均達(dá)到Ⅳ級(jí)，但石粉含量達(dá)到10%時(shí)，最大裂縫寬度與平均開(kāi)裂面積增加，不利于混凝土的耐久性。因此，采用10%以上的機(jī)制砂來(lái)制備C40混凝土?xí)r，宜采取相應(yīng)措施，限制寬裂紋的形成與擴(kuò)展，加強(qiáng)混凝土抗裂性，保證耐久性。

4結(jié)語(yǔ)

1)機(jī)制砂中石粉含量不超過(guò)10%時(shí)，可有效提高混凝土拌合物的粘聚性與保水性，改善泌水離析狀況，從而提高混凝土強(qiáng)度;石粉含量超過(guò)15%后，混凝土拌合物粘度大，工作性能劣化，混凝土強(qiáng)度逐漸下降。

2)機(jī)制砂中適量石粉可延緩混凝土初裂時(shí)間，降低混凝土的開(kāi)裂敏感性，但石粉含量超過(guò)10%后，初裂時(shí)間急劇縮短，開(kāi)裂敏感性增加。

3)機(jī)制砂中石粉含量不超過(guò)20%時(shí)，C40混凝土具有較好的早期抗裂性能。尤其是石粉含量較低時(shí)(≤5%)，混凝土裂縫細(xì)而短，總開(kāi)裂面積小。但石粉含量增加到一定程度(≥10%)后，裂縫寬度和長(zhǎng)度都明顯增加，對(duì)混凝土后期耐久性不利。因此，建議制備C40混凝土的機(jī)制砂，其石粉含量可控制在10%～15%，但應(yīng)加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)，并采取相關(guān)措施，限制寬裂縫的形成與擴(kuò)展，保證混凝土耐久性。