原材料
（1）水泥。試驗采用P·O42.5水泥，其28d抗壓強度為54.9MPa。（2）礦粉。試驗采用S95級高爐礦渣粉，其28d活性指數(shù)100%。（3）粗骨料。試驗采用5～20mm連續(xù)粒級碎石，壓碎指標為6.6%，含泥量為0.3%。（4）外加劑。試驗采用JFL-2聚羧酸高性能減水劑，其減水率為27%。（5）硅灰。試驗采用SF93硅灰，其SiO2含量為94.76%。（6）細骨料。試驗采用高品質機制砂、低品質機制砂和河砂，細骨料基本指標見表1。
02
配合比試驗設計
2.1混凝土配合比
本次試驗設計為C80機制砂高強高性能混凝土。配合比設計依據(jù)JGJ/T281-2012《高強混凝土應用技術規(guī)程》等相關標準規(guī)范。本次設計的機制砂高強高性能混凝土配合比主要原則及思路：盡可能減少混凝土膠凝材料中硅酸鹽水泥用量，故采用低水化熱和低堿含量的P·O42.5水泥，且合理控制水泥用量，設定水膠比為0.18、0.21兩種配合比進行比較，實現(xiàn)混凝土工作性、力學性能、耐久性及經(jīng)濟性的綜合優(yōu)化。
鑒于不同細骨料性能的區(qū)別及砂率變化對混凝土工作性能的影響，本次配合比設計對砂率也進行了變化調整，以便研究其對混凝土工作性和力學性的影響。C80機制砂高強高性能混凝土配合比見表2。
2.2 C80高強高性能混凝土試驗
依據(jù)表2中的配合比進行試驗，對其新拌混凝土各項工作性能進行試驗，結果見表3。
通過上述混凝土拌合物工作性能的各項試驗結果可看出，相同配合比條件下，試配編號SP-1天然砂和SP-3高品質機制砂工作性能均良好，SP-5低品質機制砂出機坍落度及1h經(jīng)時損失稍差，其他各項工作性能良好。試配編號SP-2天然砂和SP-4高品質機制砂工作性能均良好，SP-6低品質機制砂出機坍落度、1h經(jīng)時損失稍差，倒筒時間超過20s。不同水膠比各項試驗結果相近，由此可看出細骨料品質對混凝土各項工作性能影響較大。
根據(jù)當前京津冀地材的情況，改善低品質機制砂混凝土更符合生產(chǎn)使用需要、更具有經(jīng)濟性。結合本次試驗的情況，為了改善混凝土工作性能，針對低品質機制砂配合比進行優(yōu)化已達到最佳混凝土性能。針對低品質機制砂級配差，細度模數(shù)粗的特點，調整水膠比為0.20，減少水泥用量增加摻合料用量。在前期試驗經(jīng)驗的總結后，將混凝土配置攪拌過程又進行了優(yōu)化。相比較傳統(tǒng)混凝土攪拌方法在投料順序、攪拌時間等均有較大的改進。采用與石子、砂子一起摻入、同時加水再加入粉料的方式，硅灰的分散效果最好。在制備高強高性能混凝土能使硅灰內活性成分得到充分發(fā)揮，充分激發(fā)了混凝土強度及工作性能。優(yōu)化后配合比見表4。
在優(yōu)化混凝土攪拌方式后，經(jīng)過對混凝土配合比試拌，各項工作性能試驗結果：坍落度220mm、擴展度660mm、1h經(jīng)時損失與天然砂無異，通過配合比優(yōu)化倒筒時間及和易性改善較明顯，均能滿足使用要求。
03
試驗結果與分析
3.1混凝土強度
混凝土強度曲線如圖1所示。
由圖1可知，不同水膠比下，隨著水膠比降低，混凝土各項性能有明顯提高；相同配合比下，SP-3、SP-4強度最高，高品質機制砂混凝土相對天然砂強度有明顯提升，這是由于機制砂中石粉填充了膠凝材料與機制砂之間的空隙，提高了漿體與骨料過渡區(qū)域的密實程度，石粉中的碳酸鈣加速了水泥的水化反應，使混凝土強度進一步提高。SP-5、SP-6與SP-3、SP-4相比，強度明顯降低，通過對SP-6基礎上優(yōu)化配合比，SP-7強度有明顯提高，能達到與SP-4相同水平。這主要是由于低品質機制砂級配不合理，混凝土不密實，造成低品質機制砂混凝土強度偏低，SP-7通過增加膠凝材料用量調整配合比，強度與SP-4相比相差不大。
對低品質機制砂優(yōu)化配合比后進行長期強度試驗，混凝土強度增長曲線，180d齡期混凝土強度無倒縮，180d混凝土強度保證率達到140%，完全能達到設計使用要求。
3.2收縮性測試
C80機制砂高強高性能混凝土收縮也是引起早期開裂的主要原因之一。本試驗測試了C80機制砂高強高性能混凝土塑性收縮和干燥收縮特性。
3.2.1塑形收縮
拌合物成型后4h左右，C80機制砂高強高性能混凝土試樣塑性收縮速率均較快，收縮應變達到800×10-6，4h之后收縮速率趨于緩慢，變化較小。
3.2.2干燥收縮
C80機制砂高強高性能混凝土的干燥收縮在60d前變化較大，60d以后混凝土的干燥收縮變化趨于緩慢。C80機制砂高強高性能混凝土在180d時干燥收縮量僅為380×10-6，該收縮量遠低于普通混凝土的正常收縮量（600×10-6）要求。
經(jīng)試驗表明，C80機制砂高強高性能混凝土的收縮主要原因是由于C80機制砂高強高性能混凝土的水膠比較低，使得混凝土在水化和硬化過程中產(chǎn)生較大的收縮。
3.3抗氯離子滲透性
采用RCM法測定氯離子擴散系數(shù)，試驗齡期為84d。所有試件氯離子擴散系數(shù)均小于2.0×10-12m2/s，符合V-E級要求，其中，從數(shù)據(jù)可以看出，高品質機制砂混凝土抗氯離子滲透性稍弱于天然砂混凝土，低品質機制砂混凝土抗氯離子滲透性與高品質機制砂混凝土相比明顯降低，這是由于低品質機制砂級配不合理，混凝土有害空隙增多，通過調整配合比，優(yōu)化了混凝土內部孔結構，SP7能達到與SP4相同效果。
3.4抗?jié)B性
采用逐級加壓法，水壓從0.1MPa開始，一直增加到2.0MPa，試件表面均未出現(xiàn)明顯滲水，由此可見，本試驗幾組混凝土抗?jié)B性能良好均能達到高性能混凝土設計要求。主要由于該混凝土水膠比較小，混凝土結構密實，機制砂的使用對混凝土抗?jié)B性能影響不大。
3.5抗凍性
混凝土抗凍性結果檢測見表5。
本試驗采用快凍法，由表5可知，當凍融循環(huán)次數(shù)達到400次，所有混凝土試件相對動彈性模量均大于90%，說明本試驗所有混凝土抗凍等級均大于F400，機制砂對高性能混凝土抗凍性影響有限。
3.6抗碳化
通過碳化試驗結果表明，C80機制砂高強高性能混凝土28d碳化深度最大為1.0mm，說明混凝土具有良好的抗碳化性能，雖然礦物摻合料會消耗大量的氫氧化鈣，使混凝土的碳化加快，但是由于C80機制砂高強高性能混凝土的水灰比很低，混凝土內部也很密實，使得混凝土的碳化速度非常平緩。
04
結束語
以C80機制砂高強高性能混凝土為研究對象，通過配合比優(yōu)化及配置方法的改進，從而提高混凝土工作性能、強度、耐久性等各項混凝土性能，使高強、高性能混凝土的生產(chǎn)更滿足實際生產(chǎn)需要，提高經(jīng)濟性。
對低品質機制砂配置C80高強混凝土過程中，通過對攪拌方法和投料順序的改進，在混凝土工作、力學、耐久性能均有明顯改善提高。
配合比使用相同水膠比時，高品質機制砂混凝土抗壓強度比天然砂混凝土高，低品質機制砂混凝土各項性能均較差。其中，低品質機制砂強度及抗氯離子滲透性與高品質機制砂混凝土相比有明顯降低，通過對配合比、攪拌方法等進行優(yōu)化，低品質機制砂混凝土能達到與高品質機制砂相同水平。結合京津冀地區(qū)地材的實際情況，更符合實際生產(chǎn)需要，具有良好的經(jīng)濟性。