采用材料学原理和高性能混凝土配制技术,研究了石粉做掺合料对C30、C60、C80机制砂混凝土工作性、强度和抗渗性能的影响。结果表明,石粉作掺合料在C30、C60、C80机制砂高性能混凝土的取代比例高达20%、15%、10%时,其和易性、强度及抗氯离子渗透性能均较好。

机制砂作为天然砂替代品,在颗粒形貌、石粉含量等质量指标上均不同于天然砂,因此,导致混凝土性能存在差异。本文在分析国内外标准规范的基础上,研究了不同规范中机制砂的定义及质量指标,叙述了机制砂质量指标对混凝土性能的影响,进而为机制砂的工程应用提出建议。

对机制砂的优缺点以及利用机制砂拌制混凝土可能存在的问题进行了讨论,并提出了一些解决方法。希望通过探讨,总结机制砂在普通混凝土生产过程中的经验,合理利用机制砂配制出能满足实际工程需要的各类混凝土。

以原料形态为石灰石和卵石的两种机制砂作细骨料,通过配合比设计,研制出了C60、C80、C100机制砂高强混凝土,研究了机制砂原料形态以及不同石粉含量(3%、5%、7%、10%)对高强机制砂混凝土工作性能和抗压强度的影响。结果表明,机制砂原料形态对高强机制砂混凝土工作性能和抗压强度影响较为显著;石粉含量对高强机制砂混凝土工作性能影响较大,对强度影响较小;石粉含量小于等于7%时,两种原料形态的高强机制砂混凝土均具有良好的工作性能与力学性能,满足结构设计要求,研究结果可为工程实际应用提供参考。

研究了不同石粉含量机制砂特性以及机制砂混凝土的工作性,并与河砂及河砂混凝土进行了对比。结果表明,机制砂粒形不如河砂,级配优于河砂;机制砂混凝土工作性优于河砂混凝土。石粉含量作为关键参数,在一定程度上可以反映机制砂的性能变化,对机制砂自身以及混凝土性能均存在显著影响。结合沉管新拌混凝土对工作性的要求,系统验证了优选机制砂混凝土配合比的工作状态以及不同温度下的凝结时间、重塑时间、泌水等性能,并对施工过程中沉管混凝土的表观密度控制作了一定的分析。

根据普通预拌砂浆的技术性能要求,研究了胶材总量及各组分掺量、机制砂性能、外加剂种类及掺量对机制砂湿拌抹灰砂浆性能的影响,确定了稠度、保水性、可操作时间、强度及施工性能等综合性能优良的M5~M15抹灰砂浆的配合比;提出了机制砂湿拌砂浆中试生产应用过程中简要的质量控制方法。中试生产应用表明,M5~M15湿拌抹灰砂浆的和易性及施工质量良好,墙面均无空鼓开裂现象。

通过设计不同粗细和级配的机制砂,研究了机制砂细度模数和级配对湿拌砂浆性能的影响。结果表明,当机制砂细度模数在1.2~3.0时,随着机制砂细度模数的增大,湿拌砂浆单方用水量减小,保水性下降,和易性和抗压强度呈先提高后降低,干缩率呈先减小后增大的变化规律。当机制砂公称粒径在0.315mm以上颗粒的分计筛余相同时,随着机制砂中小于0.315mm颗粒含量的增加,湿拌砂浆力学性能先提高后降低,干缩率先减小后增大。控制机制砂中小于0.315mm细颗粒含量为30%,机制砂中大于1.25mm颗粒含量超过30%时,湿拌砂浆拉伸黏结强度明显降低,干缩率显著增大。

采用肯尼亚火成岩机制砂从胶凝材料优化、粉煤灰掺量、砂率和石粉含量等几个角度开展试验研究,结果表明,在一定范围内,随着粉煤灰掺量的增加,混凝土的坍落度和扩展度增大,混凝土抗压强度降低,特别是混凝土早期强度降低幅度较为明显;混凝土电通量随着粉煤灰掺量的增加而降低,随着粉煤灰掺量的增加,电通量降低幅度有所减缓;砂率对混凝土坍落度和电通量的影响较小,随着砂率的提高,混凝土抗压强度有所降低;随着机制砂石粉掺量的增加,混凝土坍落度和扩展度均在增大,混凝土抗压强度有所提高,混凝土电通量有所降低,在石粉含量7%以上时,其对混凝土电通量影响不大。

为实现机制砂自密实混凝土在钢管拱中获得良好的应用,研究了机制砂自密实混凝土的最佳配合比,进行了现场模拟试验,并提出了施工技术要点。试验制备出初始坍落度大于270 mm、坍落扩展度大于700 mm、倒坍落度筒流出时间小于5 s、6 h内工作性基本无损失、具有一定补偿收缩性能的钢管拱机制砂自密实混凝土。现场模拟试验验证了机制砂自密实混凝土可以无死角填充有机玻璃管。此外,经良好的现场施工组织与控制、浇筑过程监控,使得钢管拱机制砂自密实混凝土在工程中成功应用。

通过原材料的优选和配合比的优化,配制出C80高石粉含量机制砂高性能混凝土,并对其长期性能和耐久性能进行试验研究。结果表明:与同配合比的河砂混凝土相比,C80机制砂混凝土在工作性、强度、干缩、早期抗裂性、抗氯离子渗透及抗碳化方面性能较好,可完全替代河砂混凝土。