人工砂与特细砂混凝土性能对比研究

张 靖，宋 洋，黄 恩，蒋孝成，刘 倩，唐仲菊

水工材料

人工砂与特细砂混凝土性能对比研究

张 靖1，宋 洋2，黄 恩1，蒋孝成1，刘 倩1，唐仲菊1

（1.重庆市正源水务工程质量检测技术有限责任公司，重庆400020；2.重庆市计量质量检测研究院，重庆401123）

对比研究人工砂与特细砂混凝土力学性能、抗冻性能和耐热性能。结果表明，在相同用水量和水灰比条件下，人工砂混凝土力学性能和抗冻性能明显优于特细砂混凝土，但特细砂混凝土耐热性能优于人工砂混凝土；低温热处理有助于提高混凝土耐热性能。

人工砂混凝土；特细砂混凝土；抗冻性能，耐热性能；对比研究

1 试验

1.1 试验材料

1.1.1 水泥

重庆科华水泥有限公司生产的P.O 42.5水泥，性能检测结果如表1。

表1 水泥性能检验结果

1.1.2 粗骨料

碎石，一级配，5～20mm，表观密度2700kg/m3，含泥量0.3%。

1.1.3 细骨料

人工砂，细度模数3.0，表观密度2710kg/m3，石粉含量17.2；天然砂，细度模数1.4，表观密度2680kg/m3，含泥量2.9%。

1.1.4 减水剂

重庆某公司生产高效减水剂，粉剂，减水率21.3%。

1.2 试验方法

混凝土试验配合比如表2。

表2 混凝土试验配合比

续表2

由表2所示配合比拌制混凝土，成型70.7mm× 70.7mm×70.7mm立方体试件，静置24h后拆模，标养至28d测试硬化混凝土各项性能。采用YE-2000压力试验机测试混凝土立方体抗压强度；采用自动控温干燥箱和智能箱式马弗炉对混凝土试件进行耐热试验，控温范围分别为：室温10℃~300℃和室温~ 1300℃；采用-40KDS/180L型空气冻融箱对混凝土试件进行冻融试验，温控范围：-20℃~40℃。

2 结果与讨论

2.1 力学性能

28d抗压强度对比如图1。

图1 28d抗压强度对比

由图1可见，人工砂与特细砂混凝土抗压强度均随水灰比减小而增大，且随水灰比减小，人工砂混凝土抗压强度增长幅度明显高于特细砂混凝土。水灰比为0.50，0.45，0.40，0.35时，人工砂混凝土较特细砂混凝土28d抗压强度分别提高5.0%，6.5%，31.4%，46.9%。由此可见，水灰比大于0.45时，人工砂混凝土与特细砂混凝土抗压强度并无太大差别，水灰比小于0.40时，两者抗压强度表现出明显差异。究其原因当低水灰比时，人工砂中石粉的微集料效应，改善了混凝土内部孔隙构造，以致人工砂混凝土抗压强度明显较高；而高水灰比时，混凝土用水量远超水泥水化理论用水量，混凝土内部孔隙较多，石粉微集料效应影响甚微，致使两种混凝土抗压强度差别不明显［6-7］。

2.2 抗冻性能

2.2.1 质量变化

混凝土试件标养至28d后进行抗冻性试验，采用慢冻法进行。混凝土试件质量损失主要由试件掉皮、棱角脱落等因素造成。

由图2可见，相同次数冻融循环后，各试件质量都有不同程度降低。与试验前相比，T-3、T-4、R-3、R-4试件质量损失率分别为1.98%，1.86%，1.10%，0.58%。试件质量损失率随试件强度提高呈降低趋势，人工砂混凝土质量损失小于特细砂混凝土，说明人工砂混凝土抗冻性优于特细砂混凝土。混凝土抗冻性与其结构内部孔隙构造密切相关，而孔隙构造直接受混凝土内部自由水数量的影响。试验中，虽固定了混凝土用水量，但人工砂中石粉微集料效应对混凝土内部孔结构有一定改善作用［7-8］，能有效减少大孔径孔隙，改善孔隙分布，从而提高混凝土抗冻性能。

图2 冻融试验前后试件质量变化

2.2.2 强度变化

由图3可见，冻融试验后，T-3、T-4、R-3、R-4试件抗压强度降低率分别为84.1%，81.9%，75.7%，65.4%。混凝土内部结构冻融破坏主要由孔隙水结冰膨胀引起，破坏程度与混凝土结构内部孔隙饱水程度密切相关，通常是饱水程度越高，结构破坏越严重［9］。试验中，因人工砂中石粉对混凝土内部孔结构的改善作用，使人工砂混凝土结构更为密实，外部水分更难浸入其中，在冻融循环过程中，表现出人工砂受损程度相对较轻，其抗压强度降低率明显低于特细砂混凝土，抗冻性能更好。此结果与试件质量损失结果保持一致。

图3 冻融试验前后试件抗压强度变化

2.3 耐热性能

低温热处理烘干温度设定为60℃，煅烧温度设定为450℃；低温热处理阶段升温速度设定为60℃/h，恒温时间设定为6h，自然冷却；煅烧阶段升温速度设定为100℃/h，恒温时间设定为3h，自然冷却。

2.3.1 质量变化

耐热试验过程中，混凝土试件质量损失主要由试件内部自由水分蒸发、水化产物分解脱水及表层水泥浆脱落等因素造成。水分损失是混凝土质量降低的主要原因。

图4 耐热试验前后试件质量变化

由图4可知，试件经煅烧处理后其质量都有不同程度损失。与试验前相比，试件T-3、T-4、R-3、R-4直接煅烧质量损失率分别为5.26%，5.74%，5.38%，5.75%，低温热处理后煅烧质量损失率分别为4.93%，5.44%，5.03%，5.46%。由此可知，经低温热处理再高温煅烧试件质量损失率较直接煅烧试件小，质量损失率分别降低0.33%，0.30%，0.35%，0.28%，表明低温热处理减小了水分损失，从而降低了试件质量损失。原因可能是低温热处理加速了混凝土水化反应，使混凝土结构内部分自有水转化为结合水，高温煅烧时蒸发失去自由水分相对较少。

研究表明［10］，当外界温度达到100℃～110℃时，混凝土结构内自有水分开始蒸发，温度达400℃～450℃时，水化产物氢氧化钙才开始分解脱水。由此可知，本实验设定的低温热处理温度60℃并未造成混凝土结构内自由水过多蒸发损失，反而因水化反应减少了部分自由水分，450℃煅烧时，部分水化产物才开始分解脱水，但此阶段混凝土质量损失仍以内部自由水分蒸发为主。因此，低温热处理减少了混凝土内部自由水分总数量，增加了结合水总数量，在煅烧过程中，结合水并未明显分解脱水，自由水分蒸发仍为主导，最终表现为低温热处理试件质量损失更小。

从图4可看出，相同水灰比时，人工砂混凝土质量损失率较特细砂混凝土质量损失率大，反映出特细砂混凝土耐热性能较人工砂混凝土更优越，表明硅质细骨料的热稳定性高于碳酸盐质细骨料［11-12］。

2.3.2 强度变化

由图5可知，混凝土经低温热处理后其抗压强度都有不同程度的增长，试件T-3、T-4、R-3、R-4抗压强度增长率分别为12.4%，10.6%，8.6%，5.1%。这是因为低温热处理提供了加速水泥水化所需的激活能［10］，水化反应加快，水化产物增多，混凝土结构更致密，而此时的温度对混凝土结构无明显破坏效应，故混凝土强度有所增长。

图5 耐热试验前后试件抗压强度变化

经煅烧处理后，混凝土抗压强度均有不同程度的降低。与基准样相比，低温热处理后煅烧试件T-3、T-4、R-3、R-4抗压强度分别降低了9.5%，10.8%，13.1%，14.3%，直接煅烧试件则相应降低了12.7%，14.7%，17.6%，19.4%。这是因为高温煅烧促使水泥水化产物分解，破坏凝胶强度，且因混凝土膨胀收缩作用，导致混凝土内部裂纹发育，降低混凝土结构强度。相对于低温热处理后煅烧试件，直接煅烧试件抗压强度明显降低，试件T-3、T-4、R-3、R-4强度降低率分别为3.5%，4.4%，5.1%，6.0%，说明低温热处理有助于提高混凝土耐热性能。由测试结果可看出，无论采取哪种热处理制度，相同水灰比时，人工砂混凝土抗压强度损失率均大于特细砂混凝土，反映出特细砂混凝土的耐热性能更好，这与质量变化测试结果一致。

3 结语

（1）人工砂中石粉微集料效应对混凝土孔结构有一定改善作用，从而使人工砂混凝土的力学性能和抗冻性能均优于特细砂混凝土。

（2）低温热处理有助于提高混凝土耐热性能，降低混凝土强度损失。

（3）特细砂混凝土耐热性能更优于人工砂混凝土。

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Comparative analysis of Properties for manufactured sand concrete and Ultrafine Sand Concrete

ZHANG Jing1，SONG Yang2，HUANG En1，JIANG Xiao-cheng1，LIU Qian1，TANG Zhong-ju1
（1.Chongqing Zhengyuan Hydraulic Engineering Quality Testing Technology Co.，Ltd，Chongqing 400020，China；2.Chongqing Academy of Metrology And Quality Inspection，Chongqing 401123，China）

The mechanical properties，frost resistance and heat resistance of concrete with manufactured sand and Ultrafine Sand are studied comparatively.It is found that，under the conditions of same water and water-cement ratio，the mechanical properties and frost resistance of manufactured sand concrete is better than that of Ultrafine Sand Concrete. However，the heat resistance is the opposite result.at the same time，Low temperature heat treatment before calcination is benefit to impove the heat resistance of concrete.

manufactured sand concrete；ultrafine sand concrete；frost resistance；heat resistance；comparative analysis

TU528.04

B

1672-9900（2016）04-0064-04

2016-06-24

张靖（1982-），男（汉族），重庆长寿人，工程师，主要从事建筑材料检测与研究、水利工程质量管理工作，（Tel）13608383267。