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原材料

C100高強機制砂混凝土的制備及其性能研究

時間:2018-6-15 9:56:03 來源: 點擊次數:5537

浙江森友

C100高強機制砂混凝土的制備及其性能研究

C100高強機制砂混凝土的制備及其性能研究

制砂混凝土的制備及其性能研究

張坤,管民生,杜宏彪

(深圳大學土木工程學院,廣東深圳518060)

摘要:天然河砂資源日益減少,使用機制砂代替天然河砂配置混凝土已成趨勢。本文以機制砂作細骨料,考慮原材料選取,通過配合比設計,設計出了 C100 機制砂高強混凝土;并研究了不同原料形態以及不同石粉含量(3%,5%,7%,10%)對機制砂混凝土強度、工作性和收縮性的影響。結果表明,該混凝土具有良好的工作性能與力學性能,滿足結構設計要求,且石粉對混凝土性能影響較大,為工程實際應用提供參考。

關鍵詞:高強機制砂混凝土;原料形態;石粉含量;性能

1引言

混凝土一直是人類最大宗的建筑結構材料之一[1,2] ,隨著建設的不斷發展,人們對混凝土的需求量越來越大,而砂作為混凝土的主要原材料,其用量也不斷增大。目前建筑工程上常用的砂為天然砂,天然砂是自然形成的,價格便宜,取材也比較方便,但天然砂是一種不可再生資源,隨著地區經濟的發展和生態環境建設需求的增大,天然砂日益面臨著供不應求的情況,因此尋找一種新的砂源來代替天然砂已刻不容緩。近年來,由于天然砂資源的短缺,機制砂作為一種新型的建筑用砂,越來越受到人們的重視,不僅進行了大量的試驗研究和工程應用[5-7],而且還被正式列入國家標準[3]。但是大多數研究和應用集中于中低強度混凝土,而對高強機制砂混凝土的研究和應用比較少,所以本文就機制砂C100高強混凝土的制備及其性能進行了研究。

2試驗

2.1試驗材料

(1)水泥采用華潤P.O 52.5硅酸鹽水泥,實測抗壓強度為62.3MPa。(2)粗集料由大小兩種玄武巖碎石混合而成,按比例1:3將兩種碎石配成5~31.5mm連續級配碎石。(3)細集料選用人工破壞而成的機制砂,本試,各、采用了兩種不同的機制砂原料形態(石灰石、卵石),各原料形態參數見表1。(4)外加劑采用高效聚羧酸減水劑,其型號為CP-WRM50。

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2.2試驗方法

根據混凝土配合比設計的一般規定:高強混凝土配合比應經試驗確定,砂率宜采用37%-44%,外加劑與礦物摻合料的品種、用量應由適配決定;硅灰摻量不宜大于10%,礦物摻量宜取25%-40%。根據上述要求并通過多次調整,確定了C100高強機制砂混凝土設計配合比,見表2。其中細骨料選用由石灰石和卵石破碎而成的機制砂,考慮到機制砂石粉含量較多,通過篩分將石粉含量從3%遞增到10%,分析石粉含量對混凝土工作性、強度和收縮性的影響。

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3 試驗結果與分析

石粉是在制備機制砂時產生的,盡管制備機制砂的工藝不同,但都會產生一定量的石粉[4],它基本沒有活性,但是對混凝土的性能有較大的影響[8,9],因此各國規范都對機制砂中的石粉含量做了規定。我國對石粉含量的要求基本上是按混凝土強度等級來劃分的:小于C30的混凝土,石粉含量<7%;強度等級為C30~C60混凝土,石粉含量<5%;強度等級大于C60的混凝土,石粉含量<3%[10]。可以看出,對于機制砂中的石粉含量,我國控制的比較嚴格,但是國內外許多學者對機制砂中石粉含量做了大量的研究,發現高石粉含量不是越少越好,高石粉含量也能改善混凝土的性能[11,12]。本文為了考察石粉含量對鋼管機制砂混凝土粘結性能的影響,將石粉篩分成了4組(3%,5%,7%,10%),試驗結果見圖1和表3、表4。

C100高強機制砂混凝土的制備及其性能研究

C100高強機制砂混凝土的制備及其性能研究

3 試驗結果與分析

石粉是在制備機制砂時產生的,盡管制備機制砂的工藝不同,但都會產生一定量的石粉[4],它基本沒有活性,但是對混凝土的性能有較大的影響[8,9],因此各國規范都對機制砂中的石粉含量做了規定。我國對石粉含量的要求基本上是按混凝土強度等級來劃分的:小于C30的混凝土,石粉含量<7%;強度等級為C30~C60混凝土,石粉含量<5%;強度等級大于C60的混凝土,石粉含量<3%[10]。可以看出,對于機制砂中的石粉含量,我國控制的比較嚴格,但是國內外許多學者對機制砂中石粉含量做了大量的研究,發現高石粉含量不是越少越好,高石粉含量也能改善混凝土的性能[11,12]。本文為了考察石粉含量對鋼管機制砂混凝土粘結性能的影響,將石粉篩分成了4組(3%,5%,7%,10%),試驗結果見圖1和表3、表4。

C100高強機制砂混凝土的制備及其性能研究

由圖2和表2及表3可以看出,由石灰石和卵石原料形態配制的C100機制砂混凝土,其強度都可滿足要求,但原料形態為石灰石的機制砂混凝土強度比卵石的略高,分析可能是因為石灰石破碎后較卵石含有相當比例的石粉,而石粉中的許多微粒子具有填充作用,從而使混凝土結構更加密實。

兩種機制砂混凝土的強度都隨石粉含量的變化關系見圖3。從圖中看出,當石粉含量較少時,混凝土強度隨石粉含量的增加而增加,強度在石粉含量為7%時最高,之后隨石粉含量的增加強度略有降低,說明7%以內的石粉含量對混凝土的強度有促進作用。各類試件的7d與28d強度值之比相差不大,A組與B組平均值分別為79%和83%,說明石粉含量對混凝土強度隨齡期的變化影響不大。

從強度和和易性方面考慮,建議在配制高強機制砂混凝土時,可將機制砂石粉含量放寬至7%。

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3.3 高強機制砂混凝土的收縮性

高強機制砂混凝土收縮性能的測試結果見表6。

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根據表5試驗中實測的混凝土收縮值可以發現,原料形態為石灰石的高強板機制砂混凝土,其收縮值整體要比卵石的略小。分析是因為石灰石較卵石本身表面粗糙,和水泥的粘結力強,限制了混凝土的收縮。

根據圖4可以發現,高強機制砂混凝土的干縮會隨齡期以及石粉含量的不同呈現出不同的規律:在7d齡期以前,混凝土的收縮基本隨石粉含量的增加呈線性增長狀態,而在7d齡期之后(含7d),混凝土的收縮不再單一的隨石粉含量的增加而增加,而是呈現出先增長后減小的狀態:當石粉含量小于7%時,混凝土的收縮隨石粉含量的增加而增大;當大于7%時, 隨著石粉含量的增加,各齡期收縮卻減小,這基本與蔡基偉[13]的研究結果基本一致。分析原因是石粉含量比較小時處于硅酸鹽水泥的水化產物Ca(HO)2的高堿環境中,其中的Ca(HO)2、水化硅酸鈣等可以與石粉發生水化反應,使水泥的水化產物析出晶體—碳酸鈣晶體,即充當了膠凝材料的一部分使混凝土的漿體量增大,近而使混凝土收縮性變大,這種現象在早齡期以及低石粉含量時處于主導地位;當石粉含量過多時,只有少量石粉可以參加上述反應,而石粉的顆粒比較細,多余的石粉可以將混凝土中的空隙部分進行填充,使其更加密實,繼而抑制了漿體的收縮,使混凝土收縮性變小。

4結語

1、機制砂原料形態和石粉含量均對高強機制砂混凝土的強度有影響:原料形態為石灰石的機制混凝土,其強度比卵石的略高;當石粉含量較少時,混凝土強度隨石粉含量的增加而增加,強度在石粉含量為7%時最高,之后隨石粉含量的增加強度略有降低。

2、適量的石粉可以提高高強機制砂混凝土的坍落度,并改善其工作性;從強度和和工作性方面考慮,建議在配制高強機制砂混凝土時,可將石粉含量放寬至7%。

3、高強機制砂混凝土的收縮性受機制砂原始形態的影響不大,但受齡期以及石粉含量的影響較大:在7d齡期以前,混凝土的收縮隨石粉含量的增加而增大,而7d齡期以后(含7d),混凝土收縮變化以石粉含量7%為分界點:當石粉含量≤7%時,收縮隨石粉含量的增加而增大;當≥7%時,收縮隨石粉含量的增加而減小。

4、機制砂中含有一定量的石粉對高強機制砂混凝土是有益的,機制砂并不是“越干凈越好”,這不僅可以減少機制砂生產及去粉過程中造成的環境污染、資源浪費,還降低了建設成本。

參考文獻:

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[6]李興貴. 高石粉含量人工砂在混凝土中的應用研究[J]. 建筑材料學報, 2004,7(1):66-71.

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[8]蔡基偉.石粉對機制砂混凝土性能的影響及機理研究[D].武漢理工大學博士論文.2006

[9]李北星.石粉與粉煤灰對C60機制砂高性能混凝土性能的影響[J].建筑材料學報,2006,9(4):381-387

[10]李興貴.高石粉含量人工砂在混凝土中的應用研究[J].建筑材料學報,2004,7(1):66-71

[11]曹盛明,張東長,邱俊,王德輝.石粉含量對中低強度機制砂混凝土性能的影響[J].工程建設,2007,39(5):47-50

[12]謝小元,邢麗君.蔣中強. 高石粉含量機制砂對預拌混凝土性能的影響[J].混凝土,2011,31(12):101-103

[13]蔡基偉,李北星,周明凱.石粉對中低強度機制砂混凝土性能的影響[J].武漢理工大學學報,2006,28(4):28-30

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