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摘要：高性能混凝土是当前应用最为广泛的建筑材料，其力学性能及耐久性直接关系到建筑物的安全性能及质量。本文结合C80机制砂高性能混凝土，对其力学性能及耐久性试验结果进行了分析，结果表明该C80机制砂混凝土具有良好的整体性能。
关键词：高性能混凝土；力学性能；耐久性
0 前言
随着我国经济的快速发展以及城市建设的不断进步，建筑行业取得了迅猛的发展，而混凝土作为建筑施工的重要材料之一，其性能越来越受重视。在这背景下，高性能混凝土在大型建筑结构中得到广泛的应用，但是其应用中存在着许多问题，如由于原材料应用及配合比设计不当等问题。因此，对高性能混凝土力学性能及耐久性试验进行深入研究十分必要。
1 原材料
（1）水：城市自来水。
（2）水泥：某地P•O52.5级水泥，安定性合格，3d和28d抗折、抗压强度分别为5.8MPa、8.6MPa、27.4MPa、57.3MPa。
（3）掺合料：
①粉煤灰：某市产F类Ⅱ级，性能指标符合GB/T1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》要求。
②矿渣粉：某建材有限公司产，S95级，性能满足GB/T18046—2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》要求。
③硅粉：某硅粉，SiO2含量91.8%，比表面积18000m2/kg（BET法）。
（4）河砂：某地产，细度模数为2.9，Ⅱ区；某地产，细度模数为1.8，Ⅲ区；试验中的河砂均按90%：10%（质量比）掺配成细度模数2.7的中砂，Ⅱ区。
（5）机制砂：某地产，亚甲蓝值为0.8，细度模数为3.0，Ⅰ区，石粉含量7%（试验中机制砂不同石粉含量是将原机制砂中的石粉筛除配制而成）。
（6）碎石：某地产玄武岩，连续粒级5～20mm，含泥量为0.4%，泥块含量为0，母岩抗压强度为138MPa。
（7）外加剂：聚羧酸高性能减水剂，性能符合JG/T223—2007《聚羧酸高性能减水剂》相应指标要求。以上原材料均符合JGJ/T281—2012《高强混凝土应用技术规程》中相应技术指标要求。
2 C80机制砂混凝土的技术路线
根据C80河砂混凝土的经验选用基准配合比，利用正交技术对比选择最优配合比，并与同条件的河砂混凝土对比。考察机制砂和河砂在工作性、抗压强度、抗折强度、劈裂强度、干缩、早强抗裂性、电通量、氯离子渗透性及抗碳化方面的性能。
3 试验结果与分析
3.1 最优配合比选择
GB/T14684—2011《建设用砂》中规定：MB≤1.4或快速法试验合格，机制砂石粉含量≤10%；JGJ/T241—2011《人工砂混凝土应用技术规程》中规定，MB＜1.4且≥C60的混凝土，机制砂石粉含量≤5%，实际生产出来的机制砂石粉含量在7%～10%左右，为充分利用资源，减少占地，保证机制砂良好的级配，本次正交试验选择5%、3%、1%为石粉含量的三水平，其它正交因素及相应水平见表1，用水量为150kg/m3，细骨料为771kg/m3，粗骨料为1023kg/m3，硅粉掺量为胶凝材料量的4%。
表1 C80正交试验表L9（34）
运用极差分析法，对表1正交试验的坍落度、扩展度、3d、28d抗压强度四项指标进行分析，由表2极差结果可知，对于坍落度，其影响因素的主次顺序及相应的水平为C3＞（B2、B3）＞D3＞A1，对扩展度为D2＞B2＞C1＞A2，即水胶比对坍落度的影响较大，掺合料的掺量和组合对扩展度的影响较大，综合考虑，影响混凝土和易性的因素及相应的水平为（A1、A2）B2（C1、C3）（D2、D3）。对早期（3d）强度和后期（28d）强度的影响顺序因素和水平不一样，早期（3d）强度的因素及相应水平为C1＞A1＞B3＞D1，后期（28d）强度为C1＞D1＞A1＞B2，则影响强度的因素、水平为A1（B2、B3）C1D1。综合考虑四因素三水平的正交试验对工作性、强度及和易性的影响结果，该组C80机制砂混凝土的最优配合比为A1B2C1D1，即5%石粉含量、41%砂率、0.26水胶比和5%FA+25%矿渣粉。
表2 C80正交试验L9（34）极差法分析结果
3.2 C80高掺量石粉含量机制砂混凝土力学性能
最优配合比中石粉含量为5%，达到JGJ/T241—2011、JGJ/T281—2012和JGJ52—2006《普通混凝土用砂、石质量检验方法标准》中对机制砂石粉含量的最高限值，拓宽了高含量石粉在高强混凝土中的应用。与同条件河砂混凝土的和易性和力学性能结果见表3。
表3 混凝土和易性和力学性能试验结果
注：JC80代表石粉含量5%的C80机制砂混凝土，HC80代表泥粉含量0.7%的C80河砂混凝土。
从表3可以看出，JC80和HC80坍落度和扩展度均满足泵送混凝土施工要求，JC80与HC80相比，28d抗压强度提高了2.38%，28d抗折强度提高了4.93%，28d劈裂抗拉强度提高了4.79%。这主要是由于机制砂多棱角，表面粗糙，与水泥浆的咬合力比较强，同时石粉发挥微细集料的填充作用，使水泥石与骨料界面更密实，强度更高，宏观性能表现出抗压强度、抗折强度及劈裂强度性能比河砂混凝土好。
3.3 耐久性
3.3.1 C80高掺量石粉含量机制砂混凝土早期开裂性能
一般而言，高强混凝土裂缝比普通混凝土多，早期裂缝比中、后期多。大量的早期微裂往往是后期宏观开裂的开始，并对混凝土结构的耐久性甚至安全性产生极为不利的影响。
本试验采用平板法对C80机制砂混凝土和河砂混凝土进行早期开裂试验，考察高强机制砂混凝土早期开裂性能。早期开裂试验结果见表4。
表4 早期抗裂试验结果
从表4可以看出，C80机制砂混凝土单位面积上的总开裂面积为38mm2/m2，河砂为112mm2/m2，机制砂混凝土比河砂混凝土单位面积上的总开裂面积降低195%，达到了JGJ/T193—2009《混凝土耐久性检验评定标准》中最优评定标准要求。C80机制砂混凝土裂缝条数为6根，比河砂混凝土的3根多，但每条裂缝的平均开裂面积比河砂混凝土降低83%，单位面积上的总开裂面积较低，抗裂性能较好。这可能是由于机制砂中的石粉增加了粉体体积，增大了机制砂高强混凝土开裂的几率，所以裂缝条数较多；但机制砂表面粗糙多棱角，与胶体的黏结性较强，且粉煤灰与适量的石粉起到改善胶结料细度及化学组成的作用，对抑制混凝土收缩起到了很好的促进作用，故C80机制砂混凝土的早期抗裂性能整体比河砂混凝土好。
3.3.2 C80高掺量石粉含量机制砂混凝土渗透性能
钢筋锈蚀是混凝土耐久性破坏的一大途径，而氯离子渗透能力一般高于其他介质，因此，采用氯离子渗透性能评价混凝土的密实情况及其抗介质侵入能力。本文采用快速氯离子迁移系数法（或称RCM法）和电通量法两种不同的氯离子渗透方法来考察C80高石粉含量机制砂混凝土的抗氯离子渗透性能，结果见表5。
表5 混凝土抗氯离子渗透性能试验结果
从表5可以看出，5%高石粉含量的C80机制砂混凝土28d电通量试验结果比含泥量0.7%的河砂混凝土电通量小9.9%，84d混凝土抗氯离子渗透系数（RCM法）比河砂混凝土小33.3%，两种高强混凝土电通量和抗氯离子渗透系数（RCM法）均达到了JGJ/T193—2009《混凝土耐久性检验评定标准》中的最高等级Ⅴ级的技术指标要求，表明两种C80高强混凝土的内部均比较密实，有害、连通的孔隙较少，封闭的细小孔隙阻止渗透性极强的氯离子进入的能力较强；另一方面，也说明5%高石粉含量的机制砂高性能混凝土经配合比优化后，其抗渗性能与河砂混凝土相当甚至更好。
3.3.3 C80高石粉含量机制砂混凝土干燥收缩性能
收缩是混凝土凝结硬化过程中自发的、不可避免地产生的体积变形。高强混凝土脆性较大，更易产生裂缝。本次试验以5%石粉含量的C80机制砂混凝土与0.7%含泥量的河砂混凝土做对比，试验结果见图1。
由图1可知，在14d龄期前，C80机制砂混凝土的干缩率大于河砂混凝土的干缩率；14d龄期后，机制砂混凝土的干缩曲线位于河砂混凝土干缩曲线的下方，干缩率比河砂混凝土小。这是因为在水泥水化进程前期，石粉作为掺合料参与反应促进了胶凝物质的生成，增加了化学收缩，因此，混凝土早期收缩较河砂混凝土大；在水化进程后期，石粉起微集料填充作用，在混凝土结构中形成紧密堆积状态，使混凝土结构更加密实，因此，混凝土的收缩比河砂混凝土小。
C80机制砂混凝土早期干缩值大，宜加强前期保湿养护，减少收缩开裂。
图1 C80机制砂混凝土与河砂混凝土干缩率
3.3.4 抗碳化性能
碳化会引起混凝土的收缩，使混凝土表层产生微细裂缝。当碳化深度超过钢筋保护层时，碱性钝化膜失效，钢筋开始生锈，严重时会导致钢筋混凝土结构破坏。
混凝土越均匀密实，抗碳化能力越强。本次试验中C80机制砂混凝土和河砂混凝土的碳化深度均为0，说明两种混凝土空隙率较低，密实性较好，也表明C80高石粉含量机制砂混凝土抗碳化性能可与C80河砂混凝土相媲美。
4 结论
综上所述，高性能混凝土具有强度高、力学性能良好、耐久性强等优点，在建筑工程施工中得到越来越广泛的应用，而混凝土的性能与其配合比设计及原材料的选择息息相关。本文配制出了一种C80机制砂混凝土，对其力学性能及耐久性试验展开了研究，结果表明，其整体性能略优于河砂混凝土，可在建筑施工中推广应用。
参考文献：
[1]高性能混凝土耐久性试验研究[J].林邦梅.建材与装饰.2016（13）
[2]高性能混凝土工作性及耐久性试验研究[J].姚志雄.福建工程学院学报.2015（01）
论文作者:何达明
论文发表刊物:《基层建设》2017年第34期
论文发表时间:2018/3/21
标签：混凝土论文; 机制论文; 耐久性论文; 含量论文; 性能论文; 强度论文; 正交论文; 《基层建设》2017年第34期论文;