论文部分内容阅读
摘 要：土木工程使用的混凝土大多以天然砂为主要细骨料，而天然砂是一种地方性资源，短期内不可再生。随着我国基础设施建设的日益发展，不少地区天然砂资源逐步短缺，混凝土用砂供需矛盾尤为突出。然而，机制砂在我国目前还没有被广泛应用，由它打出的混凝土其性能（力学强度、耐久性能等）尚缺乏系统的研究。所以有必要对机制砂混凝土的性能进行试验研究，并且对可能影响其性能的因素进行分析总结。
关键词：机制砂；混凝土性能；砂率；水灰比；石粉含量；正交试验
中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）6-0153-02
1 机制砂及机制砂混凝土国内外研究现状及问题
从国家层面上，直到2002年才首次在国标GB/T14684- 2001中增加了机制砂种类，确定了机制砂的定义、技术要求和检验方法。美国地质勘探局根据资源利用率和环保的要求，在1996年对机制砂及其母岩进行过调查，显示机制砂大致占细集料的20%；而日本在20世纪80年代天然集料和人工集料的比在0.9：1，到了20世纪90年代达到了0.5：1。
然而也有学者认为机制砂由机械破碎、筛分制成，颗粒形状粗糙尖锐、多棱角， 通常用它来配制混凝土砂率比河砂混凝土大；并且机制砂颗粒内部微裂纹多、空隙率大、开口相互贯通的空隙多、比表面积大，加上石粉含量高等特点，与河砂混凝土有较大的差异。
2 研究内容概述
上述某些学者对机制砂混凝土性能的怀疑从根本上讲是对影响机制砂混凝土性能的因素研究不足，所以有必要进行试验分析。机制砂混凝土影响因素试验分析是在已获得的机制砂基准配合比基础上选取有代表性的配合比进行影响混凝土性能因素的试验研究，拟选择中等级C35混凝土，抗渗等级取P8，影响因素选择如下几个：
①石粉含量：石粉含量的影响程度与实际应用中是否需要清洗密切相关，是性能与应用成本很现实的问题，针对依托工程使用的机制砂，取原始石粉含量、筛选石粉含量和水洗机制砂三个石粉含量水平。
②水灰比：主要考虑水泥量的变化对混凝土硬化性能的影响，以选择出的配合比水灰比为基础，变化水灰比进行试验研究，试验参数同上。
3 正交实验简介
正交试验设计（Orthogonal experimental design）是研究多因素多水平的又一种设计方法，它是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，这些有代表性的点具备了“均匀分散，齐整可比”的特点，正交试验设计是分析因式设计的主要方法，是一种高效率、快速、经济的实验设计方法。
4 C35P8混凝土正交试验数据和结果
C35P8混凝土基准配合比见表1，C35P8试验因素水平见表2。
4.1 石粉含量对混凝土性能的影响总结
如图1和图2所示，从C35P8混凝土正交试验均值以及图线来看，随石粉含量增加，混凝土坍落度均下降，凝结时间稍有延长，泌水率减小；随石粉含量增加，抗渗性稍有降低；随石粉含量增加，抗压强度有一定波动，但相差不大， C35混凝土呈增长趋势，在4%石粉含量时出现增长峰值。
石粉会使混凝土坍落度减小、凝结时间延长、泌水率减少，但从总体上来说，机制砂石粉含量对工作性无明显不良影响，在合理调配水灰比及外加剂品种和掺量的情况下，完全能获得优质的大流动性混凝土；研究结果还表明：机制砂石粉含量在一定范围内，即C35混凝土石粉含量<8%。对混凝土抗渗性和抗压强度没有大的影响，抗渗性和抗压强度变化很小，这项研究成果可大大扩展机制砂混凝土的应用范围和降低工程成本。
4.2 水灰比含量对混凝土性能的影响总结
如图3和图4所示，从正交试验均值看，水灰比增加，坍落度增大，凝结时间延长，泌水率增大，抗渗性下降，混凝土抗压强度下降；而水灰比减少，则会让塌落度降低，混凝土变得较干硬，缩短了终凝和初凝时间，泌水现象减弱，增强了抗压强度。
从图3中可以明显看到在0.41处有个转折点。它是各种性能变化速率的一个拐点，它对实际工程有着重要的参考作用。
4.3 其他因素的影响总结
从均值看，砂率增加，坍落度下降，凝结时间小幅缩短，但变化非常小；砂率增加，泌水率有一定波动，C35混凝土在砂率44%时出现最大峰值；砂率增加，对抗渗性影响很不明显，几乎看不出变化；砂率增加，混凝土抗压强度有一定波动，但变化不大，C35混凝土在砂率44%时出现最大峰值。
即44%的砂率是混凝土各项性能指标的一个重要转折点，对不同要求的混过凝土应该综合考虑砂率对其性能的影响。
5 研究展望
机制砂混凝土大量应用是土木工程发展的必然方向，其技术措施的开发完善、影响因素的全面深入分析、标准规范的合理制定都将获得大的发展，特别是耐久性的研究，将是今后研究工作的重点，各种环境条件将是对机制砂混凝土应用效果影响最大、最复杂的因素。
参考文献：
[1] G.Kakali，S.Tsivilis，E.Aggeli，M.Bati，Hydration products of C3A， C3S and Portland cement in the presence of CaCO3[J].Cem-
ent and Concrete Research，2000，（30）.
[2] 李兴贵.高石粉含量人工砂在混凝土中的应用研究[J].建筑材料学报，2004，（1）.
[3] 吴明威，付兆岗，李铁翔，等.机制砂中石粉含量对混凝土性能影响的试验研究[J].铁道建筑技术，2000，（4）.
[4] 郑金炎，吴跃群.人工砂在商品混凝土中的应用[J].工程应用，2004，（6）.
关键词：机制砂；混凝土性能；砂率；水灰比；石粉含量；正交试验
中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）6-0153-02
1 机制砂及机制砂混凝土国内外研究现状及问题
从国家层面上，直到2002年才首次在国标GB/T14684- 2001中增加了机制砂种类，确定了机制砂的定义、技术要求和检验方法。美国地质勘探局根据资源利用率和环保的要求，在1996年对机制砂及其母岩进行过调查，显示机制砂大致占细集料的20%；而日本在20世纪80年代天然集料和人工集料的比在0.9：1，到了20世纪90年代达到了0.5：1。
然而也有学者认为机制砂由机械破碎、筛分制成，颗粒形状粗糙尖锐、多棱角， 通常用它来配制混凝土砂率比河砂混凝土大；并且机制砂颗粒内部微裂纹多、空隙率大、开口相互贯通的空隙多、比表面积大，加上石粉含量高等特点，与河砂混凝土有较大的差异。
2 研究内容概述
上述某些学者对机制砂混凝土性能的怀疑从根本上讲是对影响机制砂混凝土性能的因素研究不足，所以有必要进行试验分析。机制砂混凝土影响因素试验分析是在已获得的机制砂基准配合比基础上选取有代表性的配合比进行影响混凝土性能因素的试验研究，拟选择中等级C35混凝土，抗渗等级取P8，影响因素选择如下几个：
①石粉含量：石粉含量的影响程度与实际应用中是否需要清洗密切相关，是性能与应用成本很现实的问题，针对依托工程使用的机制砂，取原始石粉含量、筛选石粉含量和水洗机制砂三个石粉含量水平。
②水灰比：主要考虑水泥量的变化对混凝土硬化性能的影响，以选择出的配合比水灰比为基础，变化水灰比进行试验研究，试验参数同上。
3 正交实验简介
正交试验设计（Orthogonal experimental design）是研究多因素多水平的又一种设计方法，它是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，这些有代表性的点具备了“均匀分散，齐整可比”的特点，正交试验设计是分析因式设计的主要方法，是一种高效率、快速、经济的实验设计方法。
4 C35P8混凝土正交试验数据和结果
C35P8混凝土基准配合比见表1，C35P8试验因素水平见表2。
4.1 石粉含量对混凝土性能的影响总结
如图1和图2所示，从C35P8混凝土正交试验均值以及图线来看，随石粉含量增加，混凝土坍落度均下降，凝结时间稍有延长，泌水率减小；随石粉含量增加，抗渗性稍有降低；随石粉含量增加，抗压强度有一定波动，但相差不大， C35混凝土呈增长趋势，在4%石粉含量时出现增长峰值。
石粉会使混凝土坍落度减小、凝结时间延长、泌水率减少，但从总体上来说，机制砂石粉含量对工作性无明显不良影响，在合理调配水灰比及外加剂品种和掺量的情况下，完全能获得优质的大流动性混凝土；研究结果还表明：机制砂石粉含量在一定范围内，即C35混凝土石粉含量<8%。对混凝土抗渗性和抗压强度没有大的影响，抗渗性和抗压强度变化很小，这项研究成果可大大扩展机制砂混凝土的应用范围和降低工程成本。
4.2 水灰比含量对混凝土性能的影响总结
如图3和图4所示，从正交试验均值看，水灰比增加，坍落度增大，凝结时间延长，泌水率增大，抗渗性下降，混凝土抗压强度下降；而水灰比减少，则会让塌落度降低，混凝土变得较干硬，缩短了终凝和初凝时间，泌水现象减弱，增强了抗压强度。
从图3中可以明显看到在0.41处有个转折点。它是各种性能变化速率的一个拐点，它对实际工程有着重要的参考作用。
4.3 其他因素的影响总结
从均值看，砂率增加，坍落度下降，凝结时间小幅缩短，但变化非常小；砂率增加，泌水率有一定波动，C35混凝土在砂率44%时出现最大峰值；砂率增加，对抗渗性影响很不明显，几乎看不出变化；砂率增加，混凝土抗压强度有一定波动，但变化不大，C35混凝土在砂率44%时出现最大峰值。
即44%的砂率是混凝土各项性能指标的一个重要转折点，对不同要求的混过凝土应该综合考虑砂率对其性能的影响。
5 研究展望
机制砂混凝土大量应用是土木工程发展的必然方向，其技术措施的开发完善、影响因素的全面深入分析、标准规范的合理制定都将获得大的发展，特别是耐久性的研究，将是今后研究工作的重点，各种环境条件将是对机制砂混凝土应用效果影响最大、最复杂的因素。
参考文献：
[1] G.Kakali，S.Tsivilis，E.Aggeli，M.Bati，Hydration products of C3A， C3S and Portland cement in the presence of CaCO3[J].Cem-
ent and Concrete Research，2000，（30）.
[2] 李兴贵.高石粉含量人工砂在混凝土中的应用研究[J].建筑材料学报，2004，（1）.
[3] 吴明威，付兆岗，李铁翔，等.机制砂中石粉含量对混凝土性能影响的试验研究[J].铁道建筑技术，2000，（4）.
[4] 郑金炎，吴跃群.人工砂在商品混凝土中的应用[J].工程应用，2004，（6）.