通过改变石粉(SP)含量(0、5%、10%、15%)和再生粗骨料(RCA)取代率(0、33%、66%、100%)进行了48个棱柱体受压应力-应变全曲线试验,研究了石粉、再生粗骨料对机制砂再生混凝土轴心抗压强度、峰值应变和弹性模量的影响。基于损伤力学原理,参考已有的普通混凝土应力-应变本构关系,建立了机制砂再生混凝土单轴受压应力-应变本构方程。结果表明:理论曲线与试验数据吻合度较好。

为更好研究机制砂的合理应用,选取了3种不同岩性的机制砂,通过分级筛分后调配成Ⅱ区中砂,设计了三种不同级配的机制砂。研究了不同机制砂的化学组成、矿物组成和微观形貌,以及不同机制砂对胶砂性能的影响。研究表明:不同机制砂颗粒的长径比和圆形度有一定的差异,个别粒级的参数差异较大;级配对钙基机制砂胶砂强度影响没有硅基机制砂显著;细度模数较大时,钙基机制砂胶砂强度大于硅基机制砂。

采用ISAT(Initial Surface Absorption Test)方法研究了蒸养制度和石粉含量对机制砂混凝土毛细吸水性能的影响。结果表明:相比于标养条件,蒸养会增大机制砂混凝土的毛细吸水能力,但与同养护条件下的河砂混凝土相比,机制砂混凝土的毛细吸水系数更低;静养时间的缩短和恒温温度的升高都会增大机制砂混凝土的毛细吸水系数,合适的静养时间和养护温度分别为4 h和50℃;石粉含量对蒸养机制砂混凝土毛细吸水性影响较大,随着石粉含量的增加,蒸养机制砂混凝土的毛细吸水系数先变小后变大,合适的石粉含量为10%。

研究了水胶比和矿物掺合料掺量对超高性能混凝土(UHPC)工作性的影响,分析了砂种类对UHPC力学性能的影响。结果表明:增大水胶比、矿渣粉掺量、粉煤灰掺量均可改善UHPC的工作性,而增大硅灰掺量会降低UHPC的工作性;掺入1%的钢纤维可显著提高UHPC的力学性能;海砂、江砂取代石英砂会使UHPC的抗压强度和抗折强度均有不同程度的降低,机制砂取代石英砂会使UHPC的抗压强度增加、抗折强度降低。

采用固定砂石体积法和改进的全计算法,设计了C40机制砂自密实轻骨料混凝土的配合比,并通过正交试验分析了机制砂自密实轻骨料混凝土的抗压强度和工作性。结果表明:当水胶比为0.37、体积砂率为51%、Ⅰ级粉煤灰替代率为20%、硅灰替代率为4%、聚羧酸高性能减水剂掺量为1%时,能够满足C40机制砂自密实轻骨料混凝土的相关性能要求。

基于机制砂混凝土在隧道工程服役过程中出现的侵蚀破坏现象,采用相同的原材料、配合比进行混凝土加速侵蚀试验,研究了机制砂成分对隧道混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响。结果表明,含有石膏矿物相且石粉含量较多的机制砂制备出的砂浆试件,在低温环境下发生了硫酸盐侵蚀破坏。因此,在低温环境下使用机制砂作为隧道混凝土细骨料时,必须检验并控制其成分,防止其对混凝土的耐久性带来不利影响。

为配制经济型超高性能混凝土(UHPC),在标准养护制度下,采用机制砂取代石英砂,研究了机制砂细度及其级配对UHPC性能的影响,并结合扫描电子显微镜(SEM)分析其高强机理。结果表明:采用合理级配机制砂可显著提高UHPC试件的工作性及力学性能,并可制备出扩展度为680 mm,28 d最大抗折、抗压强度分别为25.8 MPa、135.6 MPa的机制砂UHPC;机制砂、钢纤维与水泥石基体结合紧密,且钢纤维在水泥石基体中均匀分布,使UHPC试件具有优异的力学性能。

为了研究石粉含量对中低强度机制砂混凝土性能的影响,设计了4组不同石粉含量的C35机制砂混凝土,并进行了力学性能、耐久性能以及微观结构测试和分析。结果表明:适量的石粉可以优化混凝土的孔隙结构,有利于提高混凝土的早期抗裂性能、劈裂抗拉强度、抗压强度和抗氯离子渗透性能;过量的石粉会增加混凝土早期开裂风险,且对混凝土强度不利;建议在配制此类低强度等级混凝土时,机制砂的石粉含量应控制在20%以内。

研究了不同母岩岩性、石粉含量、泥粉含量和类型与机制砂MB值的关系,确立了轨道交通工程用混凝土性能的主要影响因素,以实现对机制砂MB值的定量调控。以轨道交通工程典型C20、C35和C50混凝土为研究对象,开展了MB值对其工作性、抗压强度和抗氯离子渗透性的影响研究。结果表明:MB值主要取决于机制砂中的泥粉含量和类型,与母岩岩性和石粉含量的关系不大;MB值的增加会显著降低混凝土的工作性,混凝土强度等级越高对工作性的敏感程度越高,且对掺聚羧酸减水剂混凝土工作性的劣化效果比掺萘系减水剂更显著;当MB值在0.85~2.00之间时,三种混凝土的抗压强度均有不同程度的提升,达到最大值后,抗压强度出现不同程度的下降,C50混凝土的下降幅度最大;适当的MB值可以提高C35混凝土的抗氯离子渗透性;C50混凝土的抗氯离子渗透性会随着MB值的提高而逐渐降低。

超高性能混凝土(UHPC)在拥有超高力学性能的同时普遍存在流动性较差的问题。为了寻求二者之间的平衡,首先通过单因素试验分析了石英砂掺量、粉煤灰掺量、减水剂掺量和钢纤维掺量对UHPC流动性及抗压强度的影响,其次利用正交试验得出了各因素对UHPC流动性及抗压强度影响的主次顺序,确定了最优配合比。结果表明:当石英砂掺量为32%(机制砂掺量为68%)、粉煤灰掺量为15%、减水剂掺量为0.39%、钢纤维掺量为2%时,配制出的UHPC工作性和力学性能良好,并成功应用于某高架桥维修加固工程中。