本文以隧道洞渣自制的花岗岩机制砂为原料配制了预应力T梁C50混凝土，主要研究石粉含量对该花岗岩机制砂混凝土的工作性能、力学性能、干缩性能和抗渗、抗冻耐久性能的影响，为花岗岩机制砂在三峡翻坝高速公路建设中的应用提供有价值的参考依据。
1实验
1.1原材料
(1)水泥为葛洲坝当阳三峡牌P·O42.5级普通硅酸盐水泥，主要性能指标见表1。粉煤灰为华能岳阳电厂F类Ⅰ级粉煤灰，主要性能指标见表2。
(2)粗、细集料采用三峡翻坝江北高速公路二标黄金湾料场的5～20mm连续级配的花岗岩碎石和2区级配机制砂，其性能见表3，级配曲线如图1和图2所示。其中，碎石采用4.75～9.5mm、9.5～19mm二级配比，掺配比例为30%∶70%。
(3)石粉为调整机制砂的石粉，将上述花岗岩机制砂用球磨机粉磨制得石粉，石粉比表面积326.4m2/kg。石粉的主要化学组成见表4。
(4)外加剂为湖北天安聚羧酸高性能减水剂，含固量23%，减水率27%，含气量3.1%。
1.2试验方法
混凝土工作性能测试参照GB/T50080《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行。混凝土力学性能试验依据GB/T50081《普通混凝土物理力学性能试验方法标准》进行，其中抗压强度、抗折强度试件尺寸分别为150mm×150mm×150mm和100mm×100mm×400mm，每组3块;弹性模量试验试件尺寸为150mm×150mm×300mm，每组6块。
混凝土抗渗性能、抗冻性和干燥收缩试验依据GB/T50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行。抗渗性能采用快速氯离子迁移系数法(ＲCM法)试验，试件直径=(100±1)mm，高度h=(50±2)mm，养护龄期28d。抗冻性试验按照快冻法进行，试件为100mm×100mm×400mm棱柱体，养护28d后开始冻融试验，每冻融循环50次测定一次试件的动弹性模量，冻融循环总次数为300次。干燥收缩试件尺寸为100mm×100mm×515mm，试件成型1d后脱模，然后置于标准养护室养护2d，再转移至温度(20±2)℃、相对湿度(60±5)%的干燥养护室中并立即测定基准长度，干燥收缩龄期分别为1d、3d、14d、28d、60d、90d、120d、150d。
2结果与讨论
2.1石粉含量对花岗岩机制砂混凝土工作性能的影响
表5是石粉含量分别为3%、5%、7%、9%的花岗岩机制砂混凝土配合比。人工调整机制砂中石粉含量，并调整外加剂掺量，使混凝土坍落度达到(200±20)mm，扩展度达到(500±20)mm。
由表5可知，在用水量不变的情况下，随着机制砂中石粉含量的增多，混凝土达到相同或相近的坍落度和扩展度所需要的减水剂用量逐渐增多，石粉含量9%机制砂较石粉含量3%机制砂配制的混凝土其减水剂掺量提高了0.3%。这主要是因为石粉的粒度小于0.075mm，其比表面积远大于机制砂颗粒，随着石粉替代机制砂数量的增多，会增加浆体的粘滞性，从而使混凝土拌和物的粘聚性增加，导致包裹其所需的用水量增加，表现为“增粘效应”。另外，有研究表明，随着石粉含量的增加，石粉对减水剂存在一定的吸附作用，即“吸附效应”，且随石粉含量的增加外加剂吸附量增大。
2.2石粉含量对混凝土抗压与抗折强度的影响
图3为石粉含量对花岗岩机制砂混凝土抗压与抗折强度的影响。由图3(a)可以看出，随石粉含量的增加，花岗岩机制砂混凝土7d和28d抗压强度均呈递增趋势，石粉含量9%较石粉含量3%的机制砂混凝土7d、28d抗压强度分别提高了8.9%和10.8%。说明石粉含量在9%以下时，提高了混凝土的抗压强度。这主要有两方面的原因：一是适量的石粉作为微细集料填补了混凝土中机制砂的空隙，使混凝土结构更密实;二是在混凝土新拌阶段，石粉会吸附一部分自由水，等同于减小了胶凝材料浆体的水胶比。
从图3(b)可以看出，混凝土7d和28d的抗折强度随着石粉含量的增加呈先增大后减小趋势，在石粉含量5%时混凝土抗折强度最大，石粉含量7%、9%时混凝土抗折强度反而低于石粉含量3%时。其主要原因是：石粉含量的适度增加，完善了机制砂的级配，降低了混凝土中自由水数量，减少了混凝土中富集粗集料表面的泌水，并且使得界面过渡区厚度减小，故石粉含量在5%以下时，混凝土的抗折强度随石粉含量的增加而增大;但当石粉含量超过一定量时，游离态的石粉会出现在界面过渡区或水泥石中，不利于集料与水泥石的粘结，从而会降低混凝土抗折强度。
2.3石粉含量对混凝土弹性模量的影响
图4为石粉含量对机制砂混凝土弹性模量的影响。由图可以看出，机制砂石粉含量在3%～9%范围内，随石粉含量增加，混凝土的弹性模量也增大，9%石粉含量的机制砂混凝土7d、28d弹性模量较3%石粉含量时分别提高了13.2%和11.1%，表现出与抗压强度随石粉含量变化相似的趋势。在同配合比条件下，石粉含量对混凝土弹性模量的影响取决于以下两方面的因素：一是石粉对混凝土强度的提高作用有利于增大其弹性模量;二是石粉含量的增加使得浆体体积增多，增加了浆集体积比，将降低混凝土弹性模量。本试验中机制砂混凝土弹性模量随石粉含量增加而增大，说明石粉含量在9%以内对弹性模量的影响以增强的正作用为主。
2.4石粉含量对混凝土氯离子扩散系数的影响
图5为石粉含量对机制砂混凝土28d氯离子扩散系数的影响。可以看出，石粉含量为3%～9%的4组C50机制砂混凝土均具有较高的抗氯离子渗透性，28d氯离子扩散系数均小于3.0×10－12m2/s，且随着石粉含量的增加，混凝土抗氯离子渗透性能增强，石粉含量9%的机制砂较石粉含量3%的机制砂混凝土氯离子扩散系数减低22%。其主要原因是：石粉的物理填充效应提高了混凝土的密实度，阻塞了氯离子扩散通道，在一定的范围内，石粉含量越高，混凝土渗透性越低。
2.5石粉含量对混凝土抗冻性的影响
表6为石粉含量对机制砂混凝土抗冻性能的影响。可以看出，四组不同石粉含量的机制砂混凝土经过300次冻融循环后，相对动弹性模量均大于60%，表明该C50花岗岩机制砂混凝土抗冻等级均大于F300级，具有很高的抗冻性。从四组石粉含量的机制砂混凝土冻融过程中相对动弹性模量变化规律来看，相互间差别很小，表明石粉含量在3%～9%范围变化对C50机制砂混凝土抗冻性影响不大，主要是因为C50机制砂混凝土本身具有较低的水胶比，混凝土硬化后结构密实，孔少。
2.6石粉含量对混凝土干燥收缩的影响
混凝土的干缩值随石粉含量变化关系如图6所示。
由图6可知，石粉含量对混凝土干缩的影响随干缩龄期不同而有不同的规律。早龄期1～7d的干缩率随着石粉含量的增加而逐步增大，7d龄期以后的干缩率随石粉含量的增加呈现先增后减的趋势，干缩率值在石粉含量为7%时达到最高。其原因有两方面：一方面，石粉含量的增加，使混凝土中浆体含量增加，从而增大了混凝土的收缩值;另一方面，石粉颗粒可以填充混凝土的空隙，使得混凝土孔结构细化，内部结构变得更加致密，一定程度上抑制了混凝土的收缩，因而混凝土干缩率下降。混凝土干缩率的变化趋势取决于这两方面的因素，当前者作用占优势时，收缩值增大，当后者作用效果占优势时，收缩值将降低，因此，对于机制砂混凝土而言，其收缩值随石粉含量变化存在一个最大值。
3结论
(1)在花岗岩机制砂石粉含量3%～9%的变化范围内，随着石粉含量的增加，C50机制砂混凝土达到同等工作性所需的减水剂掺量逐渐增加，7d和28d抗压强度和弹性模量逐渐增大，抗折强度呈先增后降的趋势，石粉含量5%时最大。
(2)C50机制砂混凝土的抗氯离子渗透性随着石粉含量的增加而增强，抗冻等级均超过F300，石粉含量对其抗冻性影响不大。
(3)随着石粉含量从3%增加到9%，C50机制砂混凝土的早期干缩逐步增大，后期干缩呈先增后减的趋势，石粉含量为7%的机制砂混凝土的后期干缩最大。（来源：《硅酸盐通报》2020.07）
