引言

雲南省高速公路通車裡程目前已超過4000公里，按照《雲南省公路水路郵政交通運輸“十三五”發展規劃》：“十三五”期間新增高速公路通車裡程4000公里以上，在建高速公路2000公里以上；到2030年，高速公路通車裡程1。45萬公里。雲南省龐大的高速公路建設量對骨料需求量巨大，而我國西南地區優質河砂資源匱乏，部分地區河砂運費甚至高於出廠價，機制砂資源豐富，粒形稜角多、表面粗糙，含有石粉較多等特徵對混凝土效能有一定的影響，機制砂在我國高速公路建設中已得到應用。雲南地區石灰岩資源豐富，石灰岩機制砂在生產過程中產生15%以上的石粉，而國家標準《建設用砂》（GB/T14684-2011）對機制砂石粉的含量要求不大於10%，其他行業標準要求更為嚴格，國內外對擴大機制砂中石粉含量的限值或利用石粉用作摻合料進行了一定的研究，但缺乏對石灰岩高石粉含量機制砂混凝土進行配合比設計研究。

為解決雲南省高速公路建設面臨河砂緊缺，並充分利用石灰岩機制砂中的石粉。本文試驗以石粉含量達到15%的石灰岩機制砂作為細骨料，探討了石灰岩高石粉含量機制砂混凝土配合比設計的可行性，對比研究河砂和石灰岩高石粉含量機制砂混凝土的拌合物效能、力學效能和耐久效能。

2實驗

2。1原材料

（1）水泥：北京金隅P·O42。5普通矽酸鹽水泥，其效能見表1。

（2）粉煤灰：山東鄒城電廠的I級粉煤灰，細度（45μm方孔篩篩餘）7。2%，需水量比93%，表觀密度2。2g/cm3。

（3）粗骨料：5～20mm連續級配石灰岩碎石，堆積密度1460kg/m3，飽和麵幹吸水率0。9%。

（4）細骨料：細度模數2。6的II區河砂（H），含泥量1。7%；機制砂（J）為雲南武易高速的石灰岩新型幹法制砂，基本效能見表2，顆粒形貌見圖1a和1b，級配曲線見圖2；機制砂中的石粉按照《石灰石粉混凝土》GB/T30190-2013測試，效能見表3。

（5）減水劑：聚羧酸系高效能減水劑，減水率40%，泌水率比≤20%，坍落度保留值（1h）≥140mm。

（6）水：普通自來水。

2。2實驗方法

混凝土拌合物效能按照《普通混凝土拌合物效能試驗方法標準》（GB/T50080-2016）進行；力學效能按照《普通混凝土力學效能試驗方法標準》（GB/T50081）進行；耐久性按照《普通混凝土耐久性和長期效能試驗方法標準》（GB/T50082-2009）進行。

2。3混凝土配合比設計

國內外對機制砂中石粉含量的限值或利用石粉用作摻合料研究進行配合比設計時，楊魯等計算砂率時砂包含石粉（機制砂中的石粉全部作為機制砂），沒有將機制砂中的石粉作為摻合料，計算膠凝材料總量和水膠比沒有考慮石粉；李北星等把石粉全部計算為摻合料，在配合比設計時等質量替代粉煤灰等摻合料。本文試驗進行配合比設計時，考慮到機制砂普遍存在粒形稜角多、表面粗糙的情況，採取機制砂中石粉超過5%的部分計算為摻合料：計算砂率時砂包含5%的石粉，並保持砂率與河砂混凝土配合比一致；石粉超過5%的部分作為膠凝材料計算到膠凝材料總量和水膠比；石粉超過5%的部分作為摻合料替代水泥，考慮到石粉作為惰性摻合料，石粉超過5%的部分替代水泥時，石粉摻合料替代水泥質量比為2（石粉摻合料每增加2kg，水泥減少1kg）；由於石粉是惰性摻合料，水膠比降低0。08。因此，參照《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ55-2011）分別設計了C30、C50強度等級的混凝土，具體各組代號相應的混凝土配合比見表4。

3結果與討論

3。1混凝土拌合物效能

分別採用河砂和石灰岩高石粉含量機制砂適配C30、C50混凝土的拌合物效能對比見表5，拌合物狀態對比見圖3a～3d。

由表5和圖3可知：把機制砂中超過5%石粉作為摻合料使用替代水泥時，按照表3配合比設計的機制砂C30混凝土，在減水劑用量比河砂C30混凝土低的情況下，其坍落度、擴充套件度、粘聚性和包裹性和河砂C30混凝土相當，同時解決了低強度等級的機制砂混凝土和易性差，容易離析的問題。機制砂C50混凝土的拌合物效能明顯優於河砂C50混凝土，坍落度大40mm，擴充套件度大近200mm，而且機制砂C50混凝土配合比的水膠比比河砂C50混凝土配合比低0。08，減水劑用量只增加了5%的用量。這是由於實驗所用的機制砂石粉流動度比較大，MB值小（表3），因此石粉對外加劑的吸附性小，再加上石粉的減水效應，極大的提高了混凝土的拌合物效能。

3。2混凝土力學效能

圖4為河砂與機制砂適配C30、C50混凝土力學效能的對比結果。

由圖4（a）可知：對於C30強度等級，河砂和機制砂混凝土在3d、7d、28d、56d齡期的抗壓強度相當；由於機制砂混凝土中的石粉在早期起到了填充作用，3d、7d齡期時，機制砂混凝土強度略高於河砂混凝土；28d、56d齡期時，河砂混凝土的水泥用量較高，後期已經水化充分，河砂混凝土強度略高於機制砂混凝土。對於C50強度等級，機制砂混凝土在各齡期的抗壓強度均高出河砂30%以上，當水泥用量較大，水膠比較低時，把機制砂中超過5%石粉作為摻合料使用替代水泥時，對混凝土強度的降低作用小於水泥用量較少的C30強度等級，因此，對於高強度等級混凝土，在配合比設計時可將石粉摻合料替代水泥質量比為調整到小於2，或者水膠比降低小於0。08。

由圖4（b）可知：機制砂和河砂混凝土的劈拉強度關係與抗壓強度關係具有同樣的規律：對於C30強度等級，兩者在各齡期的劈拉強度相當；對於C50強度等級，機制砂在各齡期的劈拉強度均高於河砂混凝土。

不同的是，C50機制砂混凝土在各齡期的抗壓強度均高出河砂30%以上，而C50機制砂混凝土在各齡期的劈拉強度高出河砂10%以上。

由圖4（c）可知：機制砂和河砂混凝土的抗壓彈性模量關係與抗壓強度、劈拉強度關係不同：對於C30強度等級，機制砂和河砂混凝土的抗壓強度、劈拉強度相當，而機制砂在各齡期的抗壓彈性模量卻高出河砂10%；對於C50強度等級，機制砂混凝土的抗壓強度、劈拉強度均明顯高於河砂混凝土，而機制砂和河砂混凝土在各齡期的抗壓彈性模量相當。

綜上，石灰岩高石粉含量機制砂適配C30、C50混凝土，單方混凝土水泥用量比河砂降低近40kg的情況下，C30、C50機制砂混凝土在各齡期的抗壓強度、劈拉強度、抗壓彈性模量均與河砂混凝土相當或超過河砂混凝土。這主要是因為石灰石粉在水泥水化過程中的晶核效應，加速了水化產物的生產速度，明顯提高水泥漿與骨料介面的粘結強度；對鈣礬石轉化為單硫型水化硫鋁酸鈣有一定的抑制作用，提高了鈣礬石的穩定性。

3。3混凝土耐久效能

3。3。1抗氯離子滲透效能

河砂與機制砂適配C30、C50混凝土抗氯離子滲透效能的對比結果見表6。

從表6可以看出：對於C30、C50強度等級，河砂混凝土在56d齡期的電通量均大於機制砂混凝土。對於C30強度等級，河砂混凝土的電通量高出機制砂混凝土20%；對於C50強度等級，河砂混凝土的電通量高出機制砂混凝土30%。這主要是機制砂石粉具有一定的晶核效應，能夠提高混凝土的密實度，從而提高了混凝土的抗氯離子滲透效能。

3。3。2抗碳化效能

河砂與機制砂適配C30、C50混凝土抗碳化效能的對比結果見表7。

由表7可以看出：對於C30、C50強度等級，河砂混凝土在經過3d、7d碳化後的碳化深度均比機制砂混凝土淺，在經過14d、28d碳化後的碳化深度和機制砂相當。這與機制砂混凝土的水泥用量比河砂混凝土低有關：水泥用量低，早期抗碳化效能差，隨著齡期的增長，混凝土強度逐漸增長，混凝土表層也更加密實。

4結論

（1）採用石粉含量達到15%的石灰岩機制砂，在河砂基準混凝土配合比基礎上，維持砂率不變，透過把石粉超過5%的部分作為膠凝材料計算到膠凝材料總量和水膠比，石粉超過5%的部分作為摻合料替代水泥，石粉替代水泥質量比為2，水膠比降低的配合比設計方法，單方混凝土節約水泥近40kg，仍然可以配製出和河砂混凝土工作性、力學效能、耐久效能相當或者超過河砂混凝土的機制砂混凝土。

（2）按照特定的配合比設計方法所配製的高石粉含量機制砂C30強度等級混凝土，可以解決低強度等級的機制砂混凝土和易性差，容易離析的問題；所配製的C50強度等級機制砂混凝土，拌合物效能明顯優於河砂C50基準混凝土，在減水劑用量只提高5%的情況下，坍落度、擴充套件度顯著提高。

（3）按照特定的配合比設計方法所配製的高石粉含量機制砂C30強度等級混凝土，與河砂基準混凝土的抗壓強度、劈拉強度相當，而機制砂混凝土在各齡期的抗壓彈性模量卻高出河砂混凝土10%；配製C50強度等級混凝土時，機制砂混凝土的抗壓強度、劈拉強度分別高於河砂混凝土30%、10%以上，而機制砂和河砂混凝土在各齡期的抗壓彈性模量相當。

（4）按照特定的配合比設計方法所配製的高石粉含量機制砂混凝土的抗氯離子滲透效能優於河砂基準混凝土；抗碳化效能早期較河砂混凝土略差，經過28d碳化後的碳化深度相當。（來源：《矽酸鹽學報》2018。11）