摘要：长期以来，高性能混凝土的配置和应用技术一直是建筑工程领域广为讨论的问题。高性能混凝土是否具有较高性能一方面关系着工程的质量，另一方面，对混凝土制造技术的应用也具有较大影响。在高速铁路工程中，本文通过引入机制砂的概念和特点，并结合高性能混凝土的“三掺”技术机理，对将机制砂应用到高速铁路高性能混凝土中的相关技术进行了详细分析。
关键词：机制砂；高性能混凝土；应用
1 机制砂与高性能混凝土简述
1.1机制砂的定义及性能
机制砂是指利用制砂机及其他外接附属装备对岩石进行除土开采和机械破碎等一系列加工而形成的砂子。通常，经筛分而形成的机制砂的粒径一般要小于4.75mm，同天然砂相比，机制砂颗粒的表面比较粗糙，且以机制砂为主要原料的混凝土在制作的过程中对水的需求量也较大。
1.2高性能混凝土的定义及特点
高性能混凝土是以耐久性为基础的一种高技术混凝土，是在大幅提高普通混凝土性能的基础上，利用现代化的混凝土生产技术制造的混凝土。由于高性能混凝土在原有的普通混凝土中加入了性能良好的引气型高效减水剂与粉煤灰等有机矿物掺合料，从而使得同普通混凝土相比，高性能混凝土具有更好的抗渗力、抗冻融力和抗侵蚀力等特点，而在工作性上又突出体现了其耐久性，大幅提高了混凝土的质量。
2 机制砂配置高性能混凝土的“三掺”技术机理
铁路工程中所用的混凝土主要是以机制砂进行配置的，而机制砂配置高性能混凝土中最为重要的一项技术原理便是“三掺”机理。所谓“三掺”机理是指粉煤灰、矿粉以及聚羧酸高效减水剂在机制砂配置高性能混凝土中的应用。
首先，由于粉煤灰中含有较多的玻璃体球形颗粒，其内部的机构较为紧密。因此，与其他多孔性掺合剂相比，其内部颗粒的表面积与吸水能力均较小，可以有效防止混凝土发生干缩，并提高其抗裂能力。在加入粉煤灰后，其最为显著的特点便是降低水泥的水化热，这不仅有效减少了混凝土的在制作过程中的内外温差，而且对于制成后混凝土自身稳定性能的提高也具有积极的促进作用。
其次，由于粉煤灰的化学性能相对较低，当掺合量较大时，可对混凝土早期的强度产生不良影响。而矿粉的加入则恰好可以弥补粉煤灰对混凝土早期强度的影响。由于磨细矿粉当中含有大量的超细颗粒，当加入矿粉之后，超细颗粒与粉煤灰中的玻璃体球形颗粒产生了激烈的化学反应，大幅提高了其自身与粉煤灰的双重特性，有效改善了混凝土的性能。
聚羧酸高效减水剂是在以木钙和萘系为代表的普通减水剂后发展而形成的第三代高效减水剂，作为现阶段高性能混凝土制造过程中所应用的主要减水剂，聚羧酸高效减水剂不仅具有掺量低、减水率高的特点，而且可以保持混凝土在早期也具有较高的强度。
3 机制砂配置铁路高性能混凝土的施工控制
3.1配合比设计
对机制砂高性能混凝土的配合比设计可以分为如下几个步骤：第一，根据机制砂性能检测的相关标准（本文为GB/T14684检验）计算混凝土的设计强度。第二，根据步骤1中混凝土设计强度和耐久性，计算出单位体积内混凝土的用水量、矿物掺合料用量以及外加剂的用量等。第三，利用体积法计算工程所用的砂石用量及其基准配合比。第四，按照高性能混凝土的检测标准，对其中的含碱量和氯离子的含量进行检测。第五，根据上述各步骤参数拌和混凝土。
3.2机制砂的质量控制
机制砂配置高性能混凝土特别是配置高速铁路高性能混凝土的过程中，主要有三项质量控制指标，即石粉含量、细度模数以及压碎指标。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆不同质量下三者的应用对于高性能混凝土耐久性和工作性的影响也不尽相同，因此，在机制砂的生产过程中，要着重对上述三项指标的质量进行严格控制。
3.3机制砂高性能混凝土的拌和和养护
由于机制砂中含有大量石粉，因此，以机制砂为主要材料的高性能混凝土的拌和时间要比以天然砂为主要的材料的混凝土拌和时间增加30秒，才能够保证混凝土的流动性和均匀性。其次，机制砂内含有的大量石粉使机制砂混凝土中的浆体量也有所增加，使得混凝土在早期容易失水而产生塑性收缩，而其干燥性收缩程度也被扩大。所以，机制砂混凝土需要特别注意早期和中期的养护工作。通常，为了满足高速铁路高性能混凝土工作性能的需要，其养护时间至少应在15天以上。
4 机制砂在高性能混凝土中的应用
4.1混凝土T梁生产中的应用
T梁作为桥梁上部的主要结构，对于其配比标准十分严格，比如要考虑碳化、弹性模量的影响等，对于砂率的配比不允许过大，在预应力梁的设计上，不能使用粉煤灰。在其配比中，要充分考虑以下因素，首先，对于高性能机制砂混凝土强度的研究，经过研究发现，当混凝土中的石粉含量为3.5%时，混凝土的抗压强度会随着时间的增加，而逐渐显示出耐压性，在早期时，石粉含量为7%的混凝土强度高于3.5%的混凝土，但是在后期就增加较慢，耐压性弱于3.%的混凝土。
其次，混凝土在T梁生产中的应用，弹性变形也是混凝土的重要力学特性，在计算混凝土的结构中，常常应用弹性模型来衡量混凝土的弹性变形程度。经研究发现，影响混凝土弹性模型的因素主要有三种，第一种是混凝土拌合物中的粗骨料用量，用量越大混凝土的弹性模型也越高；第二种是混凝土中砂浆的空隙率，当这种空隙率越低时，弹性模量也越高；第三种是粗骨料与水泥浆体之间的过渡区，其中水灰比、养护时间以及温度湿度等，都影响着过渡区各种集料与水泥浆体之间的化学反应。
在施工控制上，要从原材料的进场开始，严格确保每项技术的指标都符合规范要求，比如在进行拌和时，要根据具有的配合比进行严格的计算，将塌落度控制在5～8cm，同时使用附着式振捣器，在振捣的过程中，同时使用振捣器进行振捣。经过实验发现，机制砂混凝土的强度要比天然河砂混凝土的强度高出1.5 Mpa，而且具有较好的和易性，使得梁外观以及质量等效果都比较显著，在T梁生产中具有重要的作用。
4.2混凝土桥梁墩身生产中的应用
混凝土桥梁墩身生产中的应用，要充分考虑机制砂混凝土的强度以及各种试配结构，在经过一系列的数据对比和分析之后，得出以下结论，在相同的实验条件下，机制砂混凝土的强度要比河砂高出7～8Mpa，而且水泥对于JF-2外加剂的适应性比较强，同时，当机制砂的含粉量低于10%的时候，混凝土是否水洗对于混凝土的强度带来的影响不大。在施工中，将机制砂和河砂按照1：1的配比进行配置后，其强度与机制砂相同，但是在拌和时，其和易性要比单独使用河砂配置混凝土的强度要高。
桥梁墩身对于混凝土的质量要求比较高，不仅要求混凝土具有一定的强度和耐久性，更要具有良好的工作性，以及可泵性，因此，原材料的选择和配合比的设计，是保障这些要求的最基本特性。这就要求机制砂拌和物，在泵送输送管道中，不离析、不堵管，而且产生的摩擦力要小，粘聚性要好，这样可以提高可泵性技术的成功率，使得混凝土的内聚性增强，减少流动的阻力。在具体的应用过程中，还可以掺加适量的引气成分，优化配比的参数，根据最紧密的堆积理论，使得混凝土的堆积密度达到最大，提高混凝土的工作性能。
5 结语
随着我国基础建设的发展，以及对环境保护的逐渐重视，现存的天然砂已经不能满足现代施工的要求，机制砂已经成为今后建筑施工的重点，因此，研究机制砂在高性能混凝土中的应用，研究其配合比，以及石粉含量对高性能机制砂混凝土性能的影响等，对提高混凝土的应用性能具有重要作用。
参考文献：
[1]陈云龙.毛乌素沙地砂高强混凝土抗压强度实验研究[D].宁夏大学，2014.
[2]郭勇.哈大客专TJ-3标高性能混凝土研究[D].西南交通大学，2014.
论文作者:侯占朝,刘冰
论文发表刊物:《基层建设》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/12
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