杨造仁
（新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830000）
目前，国内大中型水利水电工程建设过程中由于周边天然骨料匮乏，大多采用人工骨料，云母是主要造岩矿物之一，造成部分人工骨料中云母含量较大，云母强度低，与水泥浆的粘结力较差[1-4]，国内现行水利工程及国标规范对人工砂云母含量均有明确规定。水利行业标准SL 677-2014《水工混凝土施工规范》、水电行业标准DL/T 5144-2015《水工混凝土施工规范》、国家标准GB/T 14684-2022《建筑用砂》中均限定人工砂云母含量小于等于2%。早期试验研究多为天然砂云母含量对混凝土性能影响，当砂中云母含量较大时，混凝土拌合物和易性、强度、耐久性均有降低[5—10]，而对人工砂云母含量对混凝土性能影响的研究较少。
新疆某引水工程隧洞衬砌混凝土GP3人工骨料场岩性为华力西期花岗片麻岩，属中～坚硬岩，经检验该料场制备的人工砂云母含量超过规范要求。工程区周边出露的地层岩性主要以花岗片麻岩和黑云母片麻岩为主，地层中云母含量均偏高。距离工区最近的GS2天然砂料场位于30 km以外，为保证工程施工工期，节约工程成本，下文通过采用高云母含量的人工砂与云母含量符合规范要求的天然砂配制出的衬砌混凝土性能进行对比，研究人工砂中高云母含量对混凝土性能影响，以期为相关工程采用高云母含量人工砂配制衬砌混凝土提供技术支持。
1.1 原材料和配合比
根据相关国家标准对试验用的新疆阜康天山水泥有限责任公司制造的中抗硫酸盐硅酸盐水泥（简称“天山中抗水泥”）进行了品质检测，检测结果表明，受检品质指标满足GB 748-2005《抗硫酸盐硅酸盐水泥》对中抗硫酸盐硅酸盐水泥的技术要求。
按相关标准对采用的新疆乾元I级粉煤灰进行了品质检测，试验结果表明，受检品质指标满足DL/T 5055-2007《水工混凝土掺用粉煤灰技术规范》对C类I级粉煤灰的技术要求。
对GP3料场人工骨料场粗、细骨料及GS2料场天然细骨料进行品质检测，结果显示，除GP3人工细骨料云母含量超标外，其余指标均满足规范要求，骨料品质检测结果见表1、表2。拟定GP3人工粗、细骨料和GP3人工粗骨料+GS2天然砂2种骨料组合工况进行混凝土性能试验，试验采用C35W10F300衬砌混凝土为基准，对2种骨料组合制备的混凝土进行性能对比试验，混凝土配合比及拌合物性能见表3。
表1 料场细骨料品质检测结果
表2 GP3料场粗骨料品质检测结果
表3 不同云母含量砂衬砌混凝土配合比参数及拌合性能
1.2 试验结果分析
1.2.1 抗拉强度与劈裂强度
衬砌混凝土抗压强度与劈拉强度试验成果见表4，可以看出采用2种骨料配制出的衬砌基准混凝土均满足C35衬砌混凝土的设计强度，采用高云母含量的细骨料成型的衬砌混凝土抗压强度和劈拉强度较略低。GP3粗、细骨料组合较GP3粗骨料+GS2细骨料组合配置的衬砌混凝土7，28，90 d的抗压强度降低率分别为15.0%，7.4%，6.1%，随着养护龄期的延长，衬砌混凝土抗压强度与劈拉强度降低率逐渐下降。
表4 衬砌混凝土抗压强度与劈拉强度试验结果
1.2.2 弹性模量
衬砌混凝土弹性模量试验成果见表5。试验结果表明，采用高云母含量的GP3细骨料成型的衬砌混凝土弹性模量略低，GP3粗、细骨料组合较GP3粗骨料+GS2细骨料组合配置的衬砌混凝土7，28，90 d的弹性模量降低率分别为15.9%，6.4%，6.3%，随着养护龄期的延长，衬砌混凝土弹性模量降低率逐渐下降。
表5 衬砌混凝土弹性模量试验结果 GPa
1.2.3 轴拉强度与极限拉伸值
衬砌混凝土轴拉强度与极限拉伸值试验成果见表6，可以看出采用高云母含量的GP3细骨料成型的衬砌混凝土弹性模量略低，GP3粗、细骨料组合较GP3粗骨料+GS2细骨料组合配置的衬砌混凝土7，28，90 d的弹性模量降低率分别为3.4%，5.9%，5.7%，随着养护龄期的延长，衬砌混凝土轴拉强度与极限拉伸值降低率逐渐下降。轴拉强度和极限强度变化规律与抗压强度变化规律基本一致。
表6 衬砌混凝土轴拉强度与极限强度试验结果
1.2.4 抗冻、抗渗性能
衬砌混凝土抗冻、抗渗试验成果见表7，8。可以看出，经过300次冻融循环后，2种骨料组合衬砌混凝土的质量和相对动弹性模量损失较小，抗冻等级达到F300要求，抗渗等级均满足W10的要求。由此可见，云母含量指标对衬砌混凝土抗冻、抗渗性能影响不大。
表7 衬砌混凝土抗冻试验结果
表8 衬砌混凝土抗渗试验结果
1.2.5 抗氯离子渗透性
采用RCM法测定衬砌混凝土氯离子迁移系数，试验结果见表9。GP3粗、细骨组合较GP3粗骨料+GS2细骨料组合配置的衬砌混凝土氯离子迁移系数小，但2种骨料组合相差不大。由此可以看出，云母含量骨料对衬砌混凝土氯离子迁移系数影响不大。
表9 衬砌混凝土抗氯离子迁移系数试验结果
1.2.6 抗硫酸盐侵蚀性能
衬砌混凝土抗硫酸盐侵蚀性能试验结果见表10。结果显示，2种骨料组合配置的衬砌混凝土历经120次干湿循环硫酸盐侵蚀后，耐蚀系数分别为87.5%，88.2%。采用高云母含量人工砂配置的混凝土抗硫酸盐侵蚀性能略有降低，但差异不显著，2种骨料组合配置的衬砌混凝土抗硫酸盐等级可以达到KS120。
表10 衬砌混凝土抗硫酸盐侵蚀试验结果
1）云母含量在2%～6.8%范围对衬砌混凝土的配合比参数和拌合物性能影响不大。
2）采用GP3、细骨料和GP3粗骨料+GS2细骨料组合均满足C35衬砌混凝土配制强度，高云母含量的人工砂配置的衬砌混凝土抗压强度与劈拉强度降低。同时随着养护龄期的延长，衬砌混凝土抗压强度与劈拉强度降低率逐渐下降。
3）衬砌混凝土弹性模量、轴拉强度与极限拉伸值与云母含量的关系与抗压强度基本一致。高云母含量的人工砂配置的衬砌混凝土弹性模量、轴拉强度与极限拉伸值降低。
4）采用高云母含量片麻岩人工砂骨料配置的衬砌混凝土抗冻性能、抗渗性能、抗氯离子渗透性能、抗硫酸盐侵蚀性能呈现下降趋势，但差异不大。
5）规范规定人工细骨料云母含量上限为2%，通过试验研究发现，机制砂中云母含量为6.8%时可通过配合比达到C35W10F300强度要求。
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