不同骨料下水泥砂漿抗凍性能研究

孫洪超，臧建斌，常正強(qiáng)，趙瓊琳

（山東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，山東 濟(jì)南 250031）

引言

隨著鋼筋混凝土的發(fā)展，細(xì)骨料（天然砂）不斷的消耗，天然砂必然會(huì)出現(xiàn)越來越匱乏現(xiàn)象，進(jìn)而影響公路及建筑行業(yè)的發(fā)展，所以使用機(jī)制砂替代天然砂必為趨勢(shì)所向[1-3]。王稷良[4]研究機(jī)制砂特性對(duì)混凝土性能及機(jī)理的影響，表明機(jī)制砂多棱角特性，可以提高混凝土的強(qiáng)度與體積穩(wěn)定性。王雨利[5]研究了機(jī)制砂及石粉對(duì)混凝土抗凍性能的影響，表明適量的石粉可提高混凝土的工作性能，并改善混凝土的抗凍性能?？箖鲂阅苁巧皾{的耐久性的重要指標(biāo)之一，水泥砂漿構(gòu)件在服役過程中，會(huì)受到荷載和所處環(huán)境的影響，其環(huán)境影響主要為干濕和凍融循環(huán)作用，砂漿在多種效應(yīng)耦合作用下進(jìn)行工作，其耐久性將出現(xiàn)不同程度的降低，從而影響構(gòu)造的部分功能的使用性和安全性[6-7]。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原材料

采用普通硅酸鹽水泥（P·O 42.5）。骨料為河砂和機(jī)制砂，機(jī)制砂為石頭粉碎后的細(xì)骨料，對(duì)骨料性能測(cè)試按照規(guī)范《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ 52-2006）要求，物理性能見表1。采用自來水。

表1 骨料物理性能

1.2 砂漿配合比

試驗(yàn)中，水膠比為0.6，水泥為385 g，水為231 g。河砂為1 502 g，機(jī)制砂為1 509 g。砂漿試件尺寸為40 mm×40 mm×160 mm。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)前對(duì)兩種骨料進(jìn)行烘干處理，然后按照規(guī)范《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》（GB/T 17671-2010）對(duì)試件進(jìn)行制作及養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)過程中，進(jìn)行7 d、28 d強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)方法按照規(guī)范《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》（GB/T 17671-2010）進(jìn)行試驗(yàn)。養(yǎng)護(hù)28 d后，對(duì)兩種試件進(jìn)行凍融試驗(yàn)，凍融循環(huán)試件放入水中進(jìn)行冷凍12 h，溫度控制在-20±2℃。然后取出試件放入20±2℃的恒溫水箱中12 h，24 h為一循環(huán)。4次循環(huán)為1周期，每周期結(jié)束測(cè)試水泥砂漿的力學(xué)性能及耐久性能。試驗(yàn)測(cè)試的凍融循環(huán)次數(shù)為20次。

2 砂漿力學(xué)性能總結(jié)及分析

以河砂與機(jī)制砂分別為骨料的砂漿的力學(xué)性能見表2。

表2 水泥砂漿7 d、28 d強(qiáng)度

由表2可知，在7 d強(qiáng)度中，機(jī)制砂砂漿的抗折強(qiáng)度比河砂砂漿高0.8 MPa，抗壓強(qiáng)度低3.2 MPa；在28 d強(qiáng)度中，機(jī)制砂砂漿的抗折強(qiáng)度比河砂砂漿高1.5 MPa，抗壓強(qiáng)度低6 MPa。由此可知，在該配合比下，機(jī)制砂可以提高砂漿的抗折能力，但會(huì)降低混凝土的抗壓能力。

3 砂漿抗凍性能對(duì)比

3.1 凍融下抗折性能

圖1 凍融循環(huán)對(duì)砂漿抗折性能影響

在凍融情況下，對(duì)兩種砂漿的抗折性能繪圖處理，見圖1。可知兩種砂漿隨著凍融次數(shù)的增加，抗折能力下降且幅度較大，兩者下降趨勢(shì)基本一致，呈一次函數(shù)狀。在凍融過程中，機(jī)制砂破壞線性較好，河砂變化有一定的波動(dòng)性。在凍融8次循環(huán)后，河砂砂漿的抗折強(qiáng)度為5.52 MPa，較初始強(qiáng)度降低了19.2%，機(jī)制砂砂漿的抗折強(qiáng)度為4.5 MPa，較初始強(qiáng)度降低了45.6%；在凍融16次循環(huán)后，河砂砂漿的抗折強(qiáng)度為2 MPa，較初始強(qiáng)度降低了70.7%，機(jī)制砂砂漿的抗折強(qiáng)度為2.6 MPa，較初始強(qiáng)度降低了68.5%。由此可知凍融對(duì)抗折性能影響較大。

3.2 凍融下抗壓性能

在凍融情況下，對(duì)兩種砂漿的抗壓性能繪圖處理，見圖2?？芍由吧皾{與機(jī)制砂砂漿的抗壓性能隨凍融次數(shù)的增加而降低，兩者的抗凍性能呈一次函數(shù)關(guān)系。在凍融8次循環(huán)后，河砂砂漿的抗壓強(qiáng)度為42.5 MPa，較初始強(qiáng)度降低了6.5%，機(jī)制砂砂漿的抗壓強(qiáng)度為36.7 MPa，較初始強(qiáng)度降低了12.3%；在凍融16次循環(huán)后，河砂砂漿的抗壓強(qiáng)度為36.1 MPa，較初始強(qiáng)度降低了20.7%，機(jī)制砂砂漿的抗壓強(qiáng)度為25.4 MPa，較初始強(qiáng)度降低了37.4%。凍融循環(huán)對(duì)抗壓強(qiáng)度影響較大，但影響程度小于凍融對(duì)抗折強(qiáng)度的影響。

圖2 凍融循環(huán)對(duì)砂漿抗壓性能影響

3.3 凍融下砂漿質(zhì)量損失

在凍融情況下，兩種砂漿的質(zhì)量損失見圖3?？芍谏皾{凍融12個(gè)循環(huán)中，機(jī)制砂與河砂做骨料的砂漿質(zhì)量都有所增加，增加量基本一致，砂漿表面沒有出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。在前4次凍融循環(huán)中，由于水充分填充于砂漿內(nèi)部孔隙，導(dǎo)致砂漿質(zhì)量有所增加，當(dāng)質(zhì)量增加一定程度后，在4～8個(gè)循環(huán)中，砂漿處于飽和狀態(tài)，質(zhì)量較穩(wěn)定。但過了12～20個(gè)凍融循環(huán)中，砂漿的質(zhì)量損失大幅度的上升，表面出現(xiàn)脫落，裸露出骨料。在第20次循環(huán)凍融結(jié)束后檢測(cè)質(zhì)量時(shí)，機(jī)制砂和河砂端部脫落嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)程蓬松狀態(tài)，破壞較嚴(yán)重。

3.4 凍融下砂漿相對(duì)動(dòng)彈性模量

圖3 凍融循環(huán)對(duì)砂漿質(zhì)量損失影響

在凍融情況下，對(duì)兩種砂漿的相對(duì)動(dòng)彈性模量繪圖處理，見圖4。可知兩者的凍融循環(huán)的線性較相似，在0～16個(gè)凍融循環(huán)中，相對(duì)動(dòng)彈性模量下降較平緩，在16～20個(gè)凍融循環(huán)中，相對(duì)動(dòng)彈性模量下降較迅速。16次凍融循環(huán)后，河砂和機(jī)制砂砂漿的相對(duì)動(dòng)彈性模量的值分別為67.2%和65.2%。與質(zhì)量損失相比較可知，質(zhì)量損失在凍融12次循環(huán)后出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)后，相對(duì)動(dòng)彈性模量在16次后出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，由此可推斷，質(zhì)量損失過大后才會(huì)導(dǎo)致相對(duì)動(dòng)彈性模量出現(xiàn)較大的轉(zhuǎn)折。

圖4 凍融循環(huán)對(duì)砂漿相對(duì)動(dòng)彈性模量影響

4 結(jié)語

研究結(jié)果表明機(jī)制砂可以提高砂漿的抗折能力，但會(huì)降低混凝土的抗壓能力，在凍融循環(huán)中機(jī)制砂砂漿與河砂砂漿表現(xiàn)出相似抗凍性能。由力學(xué)性能和耐久性能兩方面對(duì)機(jī)制砂砂漿與河砂砂漿進(jìn)行性能比較可以看出，由兩者試驗(yàn)結(jié)果可知機(jī)制砂替代河砂的可取性較好。另外在砂漿凍融循環(huán)中發(fā)現(xiàn)，砂漿質(zhì)量損失過大后才會(huì)導(dǎo)致相對(duì)動(dòng)彈性模量出現(xiàn)較大的轉(zhuǎn)折。