机制砂溷凝土路用性能的研究

近年来，随着可开采的天然砂资源越来越少，特 别是在一些山区高速公路建设中，石多砂少，天然砂 资源十分匮乏，应用机制砂代替天然砂配制路面混 疑土势在必行.然而，与天然砂相比，机制砂表面粗 糙、多棱角以及富含石粉（粒径小于0.075um的岩 石细粉），且其母岩大部分为石灰岩，压碎值偏大[)，

基金项目：西部交通建设科技项目（2009318811082）；道路结构与材料交通行业重点实验室开放课题（2007）

次明确了路面混凝土可采用机制砂，并规定高速公 路混凝土路面用机制砂单粒级颗粒最大压碎值应小 于20%～25%（质量分数），石粉含量应小于3%~ 5%（质量分数），并且砂中硅质含量应不低于25% （质量分数）.有关机制砂混凝土的路用性能，特别是 针对机制砂混凝土耐磨性影响的研究未见报道，这 制约了机制砂在混凝土路面工程中的应用.本文从 机制砂粗糙度、压碎值和岩性的角度，研究了影响机 副砂混凝土抗压、抗折强度及耐磨性的敏感性因素建筑造价、预算、定额， 比较了石灰岩机制砂与河砂混凝土路用性能的差异， 并探讨了粉煤灰对机制砂混凝土路用性能的影响

水泥湖北华新水泥厂堡垒牌P·O42.5级水泥

试件抗压、抗折强度与磨耗试验均依据JTG E30一2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》 进行，每组3个试件，测试龄期均为28d.抗压和耐 磨试件尺寸为150mm×150mm×150mm，抗折试 件尺寸为100mm×100mm×400mm

表1细集料的物化性能 Table 1Physical and chemical property of fine aggregates

图1粗集料级配曲线 Fig.1Gradation curve of coarse aggregate

2.1不同岩性的机制砂混凝土与河砂混凝土路用

商河砂相比，机制砂表面粗糙、粒形尖锐多棱

图2水洗石粉与水泥颗粒分布 Fig.2Particle sizedistribution of limestone dust and cement

角，母岩强度低，压碎值偏大.JTGD40一2002《公路 水泥混凝土路面设计规范》基于耐磨性考虑规定：高 速公路面层用砂其硅质砂或石英砂含量不宜低于 25%（质量分数).本文对比研究了石灰岩机制砂

MLSO，花岗岩机制砂MGS，石英岩机制砂MQS，玄 武岩机制砂MBS这4种岩性机制砂混凝土的抗 压、抗折强度和耐磨性，并与河砂RSO混凝土进行 了比较.混凝土水灰比0.42（质量比），砂率35%（质 量分数），水泥360kg/m，外加剂掺量0.3%（质量 分数）.为屏蔽细度模数与石粉含量的影响，4种机 制砂和河砂的级配基本相同，细度模数约3.0，机制 砂的石粉含量固定为7%（质量分数）

2. 1.1粗精度的影响

图3为细集料租糙度与混凝土落度的关系， 由图3可见，机制砂粗糙度对混凝土拌和物的流动 生有一定影响.这是因为机制砂粗糙度越大，表面越 组糙，棱角性越大，流动阻力的增加，从而使混凝土 的落度降低.虽然河砂RSO的粗糙度最小，但由 于其含泥量高达1.8%（质量分数），超细多孔状黏 土吸附了大量的拌和水导致混凝土落度偏小（仅 为36mm）

图3细集料粗糙度与混凝土落度的关系 Fig.3 Relations between surface roughness of fine

率北星，等：机制砂混凝土路用性能的研究

图4为细集料粗糙度与混凝土抗压强度的关 系.由图4可以看出，细集料粗糙度越大，混凝土抗 玉强度越高.这是因为粗糙、多棱角的集料与浆体之 间的黏结力强，且集料之间啮合较好，嵌锁效应明 显，而混凝土抗压强度与界面黏结性和集料嵌锁效 应的相关性最大，

2.1.2压碎值的影响

图5为细集料压碎值与混凝土抗压、抗折强度 的关系.由图5可以看出，细集料的压碎值与混凝土 抗压强度之间没有明显的相关性；压碎值较小的石 英岩机制砂MQS和玄武岩机制砂MBS混凝土抗 折强度均较高；压碎值较大的花岗岩机制砂MGS 和石灰岩机制砂MLSO混凝土抗折强度均较低；而 河砂RSO压碎值最大，其混凝土的抗折强度最小. 因此，细集料压碎值对混凝土抗折强度有一定影响， 压碎值偏小对抗折强度有利

图5细集料压碎值与混凝土抗压、抗折强度的关系 essiveand flexural strengthof concrete

2.1.3SiO，含量（岩性）的影响

图6为细集料SiO含量与混凝土磨耗值的关 系.图6显示：石灰岩机制砂MLSO的SiO2含量最 小，但这种混凝土的耐磨性却不是最差；SiO2含量 较大的河砂RSO由于压碎值最大粗糙度最小，该

混凝土的耐磨性最差，SiO2含量最大的石英岩机制 砂MQS虽然压碎值最低，但由于其表面粗糙度偏 小，集料之间的啮合力偏弱，集料和浆体之间的黏结 强度偏低，抵消了部分压碎值小的正面作用，使这种 混凝土的耐磨性较花岗岩机制砂MGS和玄武岩机

制砂MBS混凝土差.这说明细集料对混凝土耐磨性 的影响，除与硅质砂或者石英砂的含量有关外，还与 集料粗糙度、压碎值等因素有关，是细集料特性的综 合结果

质量标准图6细集料SiO2含量与混凝土磨耗值的关系 Fig.6Relations between SiO,contentof fineaggregate and abrasion loss of concrete

2.1.4多因素耦合作用的影响

图7细集料压碎值与混凝土磨耗值的关系 Fig.7 Relations between crushing index of fine aggregateand abrasion lossof concrete

2.2石灰岩机制砂混凝土与河砂混凝土路用性能

表2为石灰岩机制砂与河砂混凝土土路用性能 比较.由表2可见，MLSO，MLS1，MLS3石灰岩机 制砂混凝土的耐磨性均好于RSO，RS1，RS2河砂混 凝土.这可能是因为石灰岩机制砂呈棱角状粒形，粗 糙的表面增强了浆体与集料之间的黏结性以及集料 与集料之间的机械啮合力.同时，机制砂中的石粉增 加了浆体和界面过渡区的密实度9，可优化磨损区 域的孔结构；石灰岩石粉的晶核效应诱导水泥水 化[10]，并且与CA反应生成水化碳铝酸钙[11，从而 增强了混凝土的耐磨性.而MLS2石灰岩机制砂混 凝土的耐磨性较差则是由于该机制砂的压碎值较 天，这对混凝土的耐磨性不利.另外，由表2还可以 看到，除了MLS2机制砂混凝土外，其他3种机制砂 混凝土的抗折强度均大于河砂混凝土，这也与该机 制砂本身的压碎值较大有关.因此，在右灰岩机制砂 压碎值在不大于17.3%的情况下，完全可用它来配 制机制砂路面混凝土，而且其路用性能优于河砂混 凝土

安全网标准2.3粉煤灰对机制砂混凝土抗压强度和耐磨性的

粉煤灰是水泥混凝土中最常用的掺和料，研 究[12]表明，水泥水化反应生成的Ca(OH)2可以与 28%（质量分数）左右的粉煤灰反应.因此在使用普 通硅酸盐水泥的条件下，粉煤灰合适掺量约为15% 质量分数）.粉煤灰是表面致密的高强度玻化微珠， 耐磨性较好，但在水化早期粉煤灰反应程度较低，它 与基体的结合较弱，容易磨损，在水化后期它逐步与 水泥水化产物Ca(OH)2反应，减少Ca(OH)在界 面处的定向排列，与基体的结合力不断增强，同时还 改善了混凝土的界面过渡区（见图8）