原材料

　　（1）水泥。试验采用P·O42.5水泥，其28d抗压强度为54.9MPa。（2）矿粉。试验采用S95级高炉矿渣粉，其28d活性指数100%。（3）粗骨料。试验采用5～20mm连续粒级碎石，压碎指标为6.6%，含泥量为0.3%。（4）外加剂。试验采用JFL-2聚羧酸高性能减水剂，其减水率为27%。（5）硅灰。试验采用SF93硅灰，其SiO2含量为94.76%。（6）细骨料。试验采用高品质机制砂、低品质机制砂和河砂，细骨料基本指标见表1。

　　02

　　配合比试验设计

　　2.1混凝土配合比

　　本次试验设计为C80机制砂高强高性能混凝土。配合比设计依据JGJ/T281-2012《高强混凝土应用技术规程》等相关标准规范。本次设计的机制砂高强高性能混凝土配合比主要原则及思路：尽可能减少混凝土胶凝材料中硅酸盐水泥用量，故采用低水化热和低碱含量的P·O42.5水泥，且合理控制水泥用量，设定水胶比为0.18、0.21两种配合比进行比较，实现混凝土工作性、力学性能、耐久性及经济性的综合优化。

　　鉴于不同细骨料性能的区别及砂率变化对混凝土工作性能的影响，本次配合比设计对砂率也进行了变化调整，以便研究其对混凝土工作性和力学性的影响。C80机制砂高强高性能混凝土配合比见表2。

　　2.2 C80高强高性能混凝土试验

　　依据表2中的配合比进行试验，对其新拌混凝土各项工作性能进行试验，结果见表3。

　　通过上述混凝土拌合物工作性能的各项试验结果可看出，相同配合比条件下，试配编号SP-1天然砂和SP-3高品质机制砂工作性能均良好，SP-5低品质机制砂出机坍落度及1h经时损失稍差，其他各项工作性能良好。试配编号SP-2天然砂和SP-4高品质机制砂工作性能均良好，SP-6低品质机制砂出机坍落度、1h经时损失稍差，倒筒时间超过20s。不同水胶比各项试验结果相近，由此可看出细骨料品质对混凝土各项工作性能影响较大。

　　根据当前京津冀地材的情况，改善低品质机制砂混凝土更符合生产使用需要、更具有经济性。结合本次试验的情况，为了改善混凝土工作性能，针对低品质机制砂配合比进行优化已达到最佳混凝土性能。针对低品质机制砂级配差，细度模数粗的特点，调整水胶比为0.20，减少水泥用量增加掺合料用量。在前期试验经验的总结后，将混凝土配置搅拌过程又进行了优化。相比较传统混凝土搅拌方法在投料顺序、搅拌时间等均有较大的改进。采用与石子、砂子一起掺入、同时加水再加入粉料的方式，硅灰的分散效果最好。在制备高强高性能混凝土能使硅灰内活性成分得到充分发挥，充分激发了混凝土强度及工作性能。优化后配合比见表4。

　　在优化混凝土搅拌方式后，经过对混凝土配合比试拌，各项工作性能试验结果：坍落度220mm、扩展度660mm、1h经时损失与天然砂无异，通过配合比优化倒筒时间及和易性改善较明显，均能满足使用要求。

　　03

　　试验结果与分析

　　3.1混凝土强度

　　混凝土强度曲线如图1所示。

　　由图1可知，不同水胶比下，随着水胶比降低，混凝土各项性能有明显提高；相同配合比下，SP-3、SP-4强度最高，高品质机制砂混凝土相对天然砂强度有明显提升，这是由于机制砂中石粉填充了胶凝材料与机制砂之间的空隙，提高了浆体与骨料过渡区域的密实程度，石粉中的碳酸钙加速了水泥的水化反应，使混凝土强度进一步提高。SP-5、SP-6与SP-3、SP-4相比，强度明显降低，通过对SP-6基础上优化配合比，SP-7强度有明显提高，能达到与SP-4相同水平。这主要是由于低品质机制砂级配不合理，混凝土不密实，造成低品质机制砂混凝土强度偏低，SP-7通过增加胶凝材料用量调整配合比，强度与SP-4相比相差不大。

　　对低品质机制砂优化配合比后进行长期强度试验，混凝土强度增长曲线，180d龄期混凝土强度无倒缩，180d混凝土强度保证率达到140%，完全能达到设计使用要求。

　　3.2收缩性测试

　　C80机制砂高强高性能混凝土收缩也是引起早期开裂的主要原因之一。本试验测试了C80机制砂高强高性能混凝土塑性收缩和干燥收缩特性。

　　3.2.1塑形收缩

　　拌合物成型后4h左右，C80机制砂高强高性能混凝土试样塑性收缩速率均较快，收缩应变达到800×10-6，4h之后收缩速率趋于缓慢，变化较小。

　　3.2.2干燥收缩

　　C80机制砂高强高性能混凝土的干燥收缩在60d前变化较大，60d以后混凝土的干燥收缩变化趋于缓慢。C80机制砂高强高性能混凝土在180d时干燥收缩量仅为380×10-6，该收缩量远低于普通混凝土的正常收缩量（600×10-6）要求。

　　经试验表明，C80机制砂高强高性能混凝土的收缩主要原因是由于C80机制砂高强高性能混凝土的水胶比较低，使得混凝土在水化和硬化过程中产生较大的收缩。

　　3.3抗氯离子渗透性

　　采用RCM法测定氯离子扩散系数，试验龄期为84d。所有试件氯离子扩散系数均小于2.0×10-12m2/s，符合V-E级要求，其中，从数据可以看出，高品质机制砂混凝土抗氯离子渗透性稍弱于天然砂混凝土，低品质机制砂混凝土抗氯离子渗透性与高品质机制砂混凝土相比明显降低，这是由于低品质机制砂级配不合理，混凝土有害空隙增多，通过调整配合比，优化了混凝土内部孔结构，SP7能达到与SP4相同效果。

　　3.4抗渗性

　　采用逐级加压法，水压从0.1MPa开始，一直增加到2.0MPa，试件表面均未出现明显渗水，由此可见，本试验几组混凝土抗渗性能良好均能达到高性能混凝土设计要求。主要由于该混凝土水胶比较小，混凝土结构密实，机制砂的使用对混凝土抗渗性能影响不大。

　　3.5抗冻性

　　混凝土抗冻性结果检测见表5。

　　本试验采用快冻法，由表5可知，当冻融循环次数达到400次，所有混凝土试件相对动弹性模量均大于90%，说明本试验所有混凝土抗冻等级均大于F400，机制砂对高性能混凝土抗冻性影响有限。

　　3.6抗碳化

　　通过碳化试验结果表明，C80机制砂高强高性能混凝土28d碳化深度最大为1.0mm，说明混凝土具有良好的抗碳化性能，虽然矿物掺合料会消耗大量的氢氧化钙，使混凝土的碳化加快，但是由于C80机制砂高强高性能混凝土的水灰比很低，混凝土内部也很密实，使得混凝土的碳化速度非常平缓。

　　04

　　结束语

　　以C80机制砂高强高性能混凝土为研究对象，通过配合比优化及配置方法的改进，从而提高混凝土工作性能、强度、耐久性等各项混凝土性能，使高强、高性能混凝土的生产更满足实际生产需要，提高经济性。

　　对低品质机制砂配置C80高强混凝土过程中，通过对搅拌方法和投料顺序的改进，在混凝土工作、力学、耐久性能均有明显改善提高。

　　配合比使用相同水胶比时，高品质机制砂混凝土抗压强度比天然砂混凝土高，低品质机制砂混凝土各项性能均较差。其中，低品质机制砂强度及抗氯离子渗透性与高品质机制砂混凝土相比有明显降低，通过对配合比、搅拌方法等进行优化，低品质机制砂混凝土能达到与高品质机制砂相同水平。结合京津冀地区地材的实际情况，更符合实际生产需要，具有良好的经济性。

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