第28卷 第3期2008年6月
文章编号:1671-2579(2008) 03-0151-03
中 外 公 路
151
机制砂混凝土性能研究
易 文1, 马健霄2, 聂忆华1
(1. 中南林业科技大学, 湖南长沙 410004; 2. 南京林业大学)
摘 要:该文针对目前天然砂资源缺乏, 机制砂比天然砂空隙率小, 粒形和级配较差, 影响拌和物的质量和硬化后混凝土的性能的现状, 在试验室对机制砂混凝土进行了试验分析, 研究机制砂混凝土的工作性能、力学性能和耐久性能等。为了消除机制砂混凝土的不利因素, 采用掺加高效减水剂和粉煤灰来提高混凝土的性能, 并与天然砂混凝土进行比较, 大量试验表明, 机制砂混凝土的各种性能优良, 完全可以满足施工要求, 可用于预拌混凝土的生产。
关键词:机制砂; 混凝土性能; 试验
随着我国经济的不断发展, 各类建设项目与日俱增, 混凝土的需求量不断增加, 用砂量也逐年增加期对天然砂的开采, 了天然砂质量差、强, , 天然砂面临供不应求的局面。, 利用人工砂替代天然砂已越来越重要, 并已在生产实践中得到了广泛的使用。中国幅员辽阔, 石灰石或卵石资源遍布全国各地, 将石灰石或卵石机械破碎, 筛分生产机制砂, 不仅有充足的数量保证, 而且可确保其质量。本文开展了机制砂混凝土的物理力学性能研究, 目的是分析机制砂在不同条件下对混凝土性能的影响, 为工程实践提供参考。
1. 1 试验材料
(1) 水泥。采用湖南省新生水泥厂生产的“牛力
牌”42. 5级普通硅酸盐水泥, 其性能指标满足规范要求。
(2) 骨料。粗骨料:采用5～25mm 连续级配碎石, 压碎值7. 3%, 针片状颗粒含量4. 0%, 含泥量0. 38%, 表观密度2731kg/m 3。细骨料:采用湖南省永顺县大湾碎石场生产的水洗机制砂, 此砂由石灰岩轧制而成, 颗粒大多呈棒状, 长宽比最大为1. 52左右。机制砂的级配如表1所示。
(3) 河砂。采用湘江产中砂, 细度模数2. 53。
细度模数
3. 2
表1 机制砂级配表
0. 07595. 6
下列筛孔的(mm ) 累计筛余/%
0. 150. 30. 61. 182. 3694. 590. 277. 357. 417. 9
4. 750. 1
石粉含量
/%
3. 3
(4) 粉煤灰。采用湖南省电力粉煤灰开发有限公司生产的Ⅰ级粉煤灰, 性能指标见表2。1. 2 试验方法
新拌混凝土的工作性能通过坍落度来评价, 其检
(G B 验方法按《普通混凝土拌和物性能试验方法标准》
收稿日期:2008-03-10(修改稿)
基金项目:湖南省教育厅资助项目(编号:06C899)
作者简介:易 文, 女, 副教授. E -mail :yiwengangbiao@163. com
表2 Ⅰ级粉煤灰性能指标
检验项目
细度烧失量/%需水比量/%SO 3含量/%
检测结果1. 73. 24941. 62
标准要求≤12. 0≤5. 0≤95≤3. 0
中 外 公 路 28卷 152
/T 50080-2002) 进行。
2. 2 原材料用量对抗压强度的影响
混凝土抗压强度试验按《普通混凝土力学性能试
(G B /T 50081-2002) 规定的方法进行。验方法标准》
抗压强度测试时所用的试块尺寸为150mm ×150mm ×150mm , 每组5块分别测试7d 和28d 抗压强度。
配制C40、C50机制砂混凝土时原材料用量及试
验结果见表4。由表4可知, 配制的C40混凝土, 掺加粉煤灰(FA ) 混凝土的坍落度比不掺粉煤灰要小5mm , 但其7d 和28d 强度很接近。当不掺加粉煤灰时, 混凝土拌和物稳定性较差, 振动后有泌水现象, 在施工过程中如控制不当, 容易形成较大的缺陷, 影响混凝土整体质量; 掺加粉煤灰时, 混凝土拌和物比较稳定, 和易性好, 振动后没有发现泌水现象。说明掺加粉煤灰后水和粉体的比例减小了, 拌和物变得更加稳定。由于粉煤灰填补了颗粒间的空隙, 弥补了机制砂颗粒形状不好的缺陷, 使拌和物能在较小的水粉比条件下获得相同的坍落度。
2 结果及分析
2. 1 砂的来源对抗压强度的影响
按照设计要求, 在相同配合比条件下用河砂和机制砂分别配制C50混凝土, 并分别测出其7、28d 标准抗压强度(表3) 。从表3可知, 机制砂混凝土强度比河砂稍低, 但相差很小, 能够满足强度要求。
表3 相同配合比条件下河砂和机制砂混凝土抗压强度比较
水泥
497497
原材料用量/(kg ・m -3) 河砂机制砂碎石水
674
674
11001100
174-1755. 9
59. 857. 4
标号
C40
[1**********]0
(・m -3)
水砂碎石
6005000
[**************]
[**************]
[***********]62
坍落度
FDN -13. 513. 283. 903. 843. 84
/mm [**************]
抗压强度/MPa
7d 28d
45. 847. 353. 559. 055. 1
56. 055. 262. 460. 860. 4
工作性描述好
振动泌水好一般一般
C50
配制C50混凝土时, 在满足坍落度要求的前提下, 粉煤灰拌制的机制砂混凝土拌和物更加稳定。C40和C50混凝土7d 的抗压强度, 掺加粉煤灰的都稍小些, 但28d 的都稍高一些, 说明掺加粉煤灰后, 硬化后混凝土的性能更加稳定一些。用粉煤灰取代一定量的水泥, 使单位体积的水泥用量减少, 可以降低水化热, 减少混凝土的收缩和开裂的趋势。掺加粉煤灰可以优化混凝土的孔隙结构, 对混凝土的抗渗有利。粉煤灰主要成分为SO 2和Al 2O 3, 具有一定的活性, 这对混凝土长期强度发展也非常有利。2. 3 混合料配比对抗压强度的影响
采用P. O. 42. 5级水泥配制C50混凝土, 按照7%水灰比和固定用水量, 按水泥∶水∶机制砂∶碎石=486∶175∶678∶1160配制混合料, 高效减水剂J G -3按水泥用量的2%掺入到混合料中。机制砂中石粉含量从0按5%步长递增到25%, 以研究石粉含量对机制砂混凝土工作性能和强度的影响。抗压强度试
块每组5块分别测试7d 和28d 平均强度, 研究石粉对机制砂混凝土抗压强度的影响(表5) 。
表5 不同石粉含量对抗压强度的影响
砂中石粉含量/%坍落度/cm
0510152025
22344. 54
抗压强度/MPa
7d 28d
42. 846. 647. 149. 349. 649. 4
54. 557. 259. 760. 961. 160. 7
从表5中可以得出, 混凝土的7d 和28d 平均强度均随石粉含量增加而增加, 机制砂石粉含量15%时, 混凝土的28d 平均强度比不含石粉时提高了6. 4M Pa ,7d 平均强度比不含石粉时提高了6. 5M Pa , 但
当石粉含量达到20%以后, 混凝土的抗压强度稍微有所下降。通过试验可知, 当石粉含量在20%左右时强
3期
度较高, 稳定性也较好。
机制砂混凝土性能研究
153
3 结论与讨论
(1) 机制砂质地坚硬、颗粒粗糙尖锐、多棱角、细
以下问题。
(1) 必须进行进场复验, 复验的项目为颗粒级配、细度模数、松散堆积密度、石粉含量(含亚甲蓝试验) 、泥块含量、坚固性, 加强机制砂级配的抽检频率, 进一步保证机制砂的质量。
(2) 机制砂不应混有草根、树枝、塑料品、煤块、炉渣等杂物, 应按产地、规格、类别分别堆放, 并采取必要的措施防止污染环境, 避免人为碾压及混入杂质。
(3) 适当延长机制砂混凝土的搅拌时间, 增强混凝土的和易性。适当延长混凝土的振捣时间, 减少表面气泡, 增强混凝土的外表光洁度。
(4) 缩短混凝土的运输距离, 防止混凝土离析。(5) 机制砂饱水性比较差, 为防止受外界影响使机制砂的含水量不均匀, 、坍落度和, 。1Stone Association Stone Sand for Port 2
Cement[J].Concrete Materials ,1976(2) :12～13. [2] C R M arek. Importance of Fine Aggreate Shape and
Grading on Properties of Concrete[C].International Cen 2ter for Aggregates Research 3rd Annual Symposium , 1995:25～28.
[3] 蔡基伟. 石粉对机制砂混凝土性能的影响及机理研究
[D].武汉理工大学博士学位论文,2006.
[4] 吴明威, 付兆岗, 李铁翔, 等. 机制砂中石粉含量对混凝土
度模数较大, 用来配制混凝上所用砂率要比河砂的大, 对混凝土的工作性能有一定影响; 机制砂级配较差, 颗
粒分布呈现出中间少、两头多的特点; 机制砂石粉含量高, 混凝土的流动性较差, 因此在相同条件下, 配制相同坍落度的混凝土, 机制砂比天然河砂需水量增加。
(2) 石粉的存在, 增加了固体颗粒的比表面积。随着石粉含量的增加, 固体颗粒的比表面积不断增大, 保水性增强, 泌水情况得到改善。机制砂中的石粉使混凝土拌和物的稠度增加, 粘聚性增强, 离析现象明显改善, 机制砂中含有适当比例的石粉可以提高坍落度。石粉增加了水泥浆体含量而且提高了混凝土的流动性, 石粉还可起到微滚珠作用, 减少砂与砂之间的摩擦, 从而改善混凝土的和易性空隙, 排出空隙中的部分水分, , 浆体流动性增大, 物的密实度。
(3) 用和微集料填充作用, 增加了混凝土的密实度, 在一定程度上提高了混凝土的强度。在给定水灰比和单位水泥用量情况下, 机制砂混凝土强度随龄期的发展与石粉含量关系不明显。石粉颗粒能促进C 3S 和C 3A 水化, 石粉在水泥浆中的均匀分布, 能够提高有效结晶产物含量而提高强度。
(4) 机制砂中含有一定比例的石粉能提高混凝土的工作性能和强度, 且提高程度与水灰比呈正比关系。这对石多砂少地区机制砂洗去石粉及生产中的环境污染、资源浪费等问题提供了一种有效的解决途径, 也可以降低工程建设成本。
(5) 在山区高速公路施工中, 遇到天然砂资源短缺的问题, 采用粉煤灰和高效减水剂双掺技术配制C40、C50机制砂混凝土, 使机制砂混凝土拌和物更加稳定, 易于泵送施工, 硬化后混凝土的性能也变得更加稳定。
为保证机制砂混凝土的质量, 施工过程中要注意
性能影响的试验研究[J].铁道建筑技术,2000(4) .
[5] 田建平, 周明凯, 等. C50粉煤灰机制砂混凝土的配制及
应用[J].粉煤灰综合利用,2006(2) .
[6] 杨建辉, 童智洋. 利用机制砂配制自密实混凝土[J].世界
桥梁,2007(1) .
[7] 林国仁, 方德铭. 粉煤灰高性能混凝土在公路隧道一次衬
砌中的应用[J].华东公路,2003(2) .
[8] 陈洪光. 大掺量粉煤灰混凝土应用于隧道衬砌可行性的
研究[J]. 混凝土,2003(2) .
[9] 王雨利, 董 颖, 等. 石粉对机制砂混凝土性能的影响
[J].混凝土,2006(11) .
[10] 贺图升, 周明凯, 等. 石粉对机制砂混凝土拌和物泌水率
的影响[J].混凝土,2007(2) .
[11] 高 峰. 浅谈宜万线机制砂混凝土配合比技术研究[J].
施工技术,2004(4) .
第28卷 第3期2008年6月
文章编号:1671-2579(2008) 03-0151-03
中 外 公 路
151
机制砂混凝土性能研究
易 文1, 马健霄2, 聂忆华1
(1. 中南林业科技大学, 湖南长沙 410004; 2. 南京林业大学)
摘 要:该文针对目前天然砂资源缺乏, 机制砂比天然砂空隙率小, 粒形和级配较差, 影响拌和物的质量和硬化后混凝土的性能的现状, 在试验室对机制砂混凝土进行了试验分析, 研究机制砂混凝土的工作性能、力学性能和耐久性能等。为了消除机制砂混凝土的不利因素, 采用掺加高效减水剂和粉煤灰来提高混凝土的性能, 并与天然砂混凝土进行比较, 大量试验表明, 机制砂混凝土的各种性能优良, 完全可以满足施工要求, 可用于预拌混凝土的生产。
关键词:机制砂; 混凝土性能; 试验
随着我国经济的不断发展, 各类建设项目与日俱增, 混凝土的需求量不断增加, 用砂量也逐年增加期对天然砂的开采, 了天然砂质量差、强, , 天然砂面临供不应求的局面。, 利用人工砂替代天然砂已越来越重要, 并已在生产实践中得到了广泛的使用。中国幅员辽阔, 石灰石或卵石资源遍布全国各地, 将石灰石或卵石机械破碎, 筛分生产机制砂, 不仅有充足的数量保证, 而且可确保其质量。本文开展了机制砂混凝土的物理力学性能研究, 目的是分析机制砂在不同条件下对混凝土性能的影响, 为工程实践提供参考。
1. 1 试验材料
(1) 水泥。采用湖南省新生水泥厂生产的“牛力
牌”42. 5级普通硅酸盐水泥, 其性能指标满足规范要求。
(2) 骨料。粗骨料:采用5～25mm 连续级配碎石, 压碎值7. 3%, 针片状颗粒含量4. 0%, 含泥量0. 38%, 表观密度2731kg/m 3。细骨料:采用湖南省永顺县大湾碎石场生产的水洗机制砂, 此砂由石灰岩轧制而成, 颗粒大多呈棒状, 长宽比最大为1. 52左右。机制砂的级配如表1所示。
(3) 河砂。采用湘江产中砂, 细度模数2. 53。
细度模数
3. 2
表1 机制砂级配表
0. 07595. 6
下列筛孔的(mm ) 累计筛余/%
0. 150. 30. 61. 182. 3694. 590. 277. 357. 417. 9
4. 750. 1
石粉含量
/%
3. 3
(4) 粉煤灰。采用湖南省电力粉煤灰开发有限公司生产的Ⅰ级粉煤灰, 性能指标见表2。1. 2 试验方法
新拌混凝土的工作性能通过坍落度来评价, 其检
(G B 验方法按《普通混凝土拌和物性能试验方法标准》
收稿日期:2008-03-10(修改稿)
基金项目:湖南省教育厅资助项目(编号:06C899)
作者简介:易 文, 女, 副教授. E -mail :yiwengangbiao@163. com
表2 Ⅰ级粉煤灰性能指标
检验项目
细度烧失量/%需水比量/%SO 3含量/%
检测结果1. 73. 24941. 62
标准要求≤12. 0≤5. 0≤95≤3. 0
中 外 公 路 28卷 152
/T 50080-2002) 进行。
2. 2 原材料用量对抗压强度的影响
混凝土抗压强度试验按《普通混凝土力学性能试
(G B /T 50081-2002) 规定的方法进行。验方法标准》
抗压强度测试时所用的试块尺寸为150mm ×150mm ×150mm , 每组5块分别测试7d 和28d 抗压强度。
配制C40、C50机制砂混凝土时原材料用量及试
验结果见表4。由表4可知, 配制的C40混凝土, 掺加粉煤灰(FA ) 混凝土的坍落度比不掺粉煤灰要小5mm , 但其7d 和28d 强度很接近。当不掺加粉煤灰时, 混凝土拌和物稳定性较差, 振动后有泌水现象, 在施工过程中如控制不当, 容易形成较大的缺陷, 影响混凝土整体质量; 掺加粉煤灰时, 混凝土拌和物比较稳定, 和易性好, 振动后没有发现泌水现象。说明掺加粉煤灰后水和粉体的比例减小了, 拌和物变得更加稳定。由于粉煤灰填补了颗粒间的空隙, 弥补了机制砂颗粒形状不好的缺陷, 使拌和物能在较小的水粉比条件下获得相同的坍落度。
2 结果及分析
2. 1 砂的来源对抗压强度的影响
按照设计要求, 在相同配合比条件下用河砂和机制砂分别配制C50混凝土, 并分别测出其7、28d 标准抗压强度(表3) 。从表3可知, 机制砂混凝土强度比河砂稍低, 但相差很小, 能够满足强度要求。
表3 相同配合比条件下河砂和机制砂混凝土抗压强度比较
水泥
497497
原材料用量/(kg ・m -3) 河砂机制砂碎石水
674
674
11001100
174-1755. 9
59. 857. 4
标号
C40
[1**********]0
(・m -3)
水砂碎石
6005000
[**************]
[**************]
[***********]62
坍落度
FDN -13. 513. 283. 903. 843. 84
/mm [**************]
抗压强度/MPa
7d 28d
45. 847. 353. 559. 055. 1
56. 055. 262. 460. 860. 4
工作性描述好
振动泌水好一般一般
C50
配制C50混凝土时, 在满足坍落度要求的前提下, 粉煤灰拌制的机制砂混凝土拌和物更加稳定。C40和C50混凝土7d 的抗压强度, 掺加粉煤灰的都稍小些, 但28d 的都稍高一些, 说明掺加粉煤灰后, 硬化后混凝土的性能更加稳定一些。用粉煤灰取代一定量的水泥, 使单位体积的水泥用量减少, 可以降低水化热, 减少混凝土的收缩和开裂的趋势。掺加粉煤灰可以优化混凝土的孔隙结构, 对混凝土的抗渗有利。粉煤灰主要成分为SO 2和Al 2O 3, 具有一定的活性, 这对混凝土长期强度发展也非常有利。2. 3 混合料配比对抗压强度的影响
采用P. O. 42. 5级水泥配制C50混凝土, 按照7%水灰比和固定用水量, 按水泥∶水∶机制砂∶碎石=486∶175∶678∶1160配制混合料, 高效减水剂J G -3按水泥用量的2%掺入到混合料中。机制砂中石粉含量从0按5%步长递增到25%, 以研究石粉含量对机制砂混凝土工作性能和强度的影响。抗压强度试
块每组5块分别测试7d 和28d 平均强度, 研究石粉对机制砂混凝土抗压强度的影响(表5) 。
表5 不同石粉含量对抗压强度的影响
砂中石粉含量/%坍落度/cm
0510152025
22344. 54
抗压强度/MPa
7d 28d
42. 846. 647. 149. 349. 649. 4
54. 557. 259. 760. 961. 160. 7
从表5中可以得出, 混凝土的7d 和28d 平均强度均随石粉含量增加而增加, 机制砂石粉含量15%时, 混凝土的28d 平均强度比不含石粉时提高了6. 4M Pa ,7d 平均强度比不含石粉时提高了6. 5M Pa , 但
当石粉含量达到20%以后, 混凝土的抗压强度稍微有所下降。通过试验可知, 当石粉含量在20%左右时强
3期
度较高, 稳定性也较好。
机制砂混凝土性能研究
153
3 结论与讨论
(1) 机制砂质地坚硬、颗粒粗糙尖锐、多棱角、细
以下问题。
(1) 必须进行进场复验, 复验的项目为颗粒级配、细度模数、松散堆积密度、石粉含量(含亚甲蓝试验) 、泥块含量、坚固性, 加强机制砂级配的抽检频率, 进一步保证机制砂的质量。
(2) 机制砂不应混有草根、树枝、塑料品、煤块、炉渣等杂物, 应按产地、规格、类别分别堆放, 并采取必要的措施防止污染环境, 避免人为碾压及混入杂质。
(3) 适当延长机制砂混凝土的搅拌时间, 增强混凝土的和易性。适当延长混凝土的振捣时间, 减少表面气泡, 增强混凝土的外表光洁度。
(4) 缩短混凝土的运输距离, 防止混凝土离析。(5) 机制砂饱水性比较差, 为防止受外界影响使机制砂的含水量不均匀, 、坍落度和, 。1Stone Association Stone Sand for Port 2
Cement[J].Concrete Materials ,1976(2) :12～13. [2] C R M arek. Importance of Fine Aggreate Shape and
Grading on Properties of Concrete[C].International Cen 2ter for Aggregates Research 3rd Annual Symposium , 1995:25～28.
[3] 蔡基伟. 石粉对机制砂混凝土性能的影响及机理研究
[D].武汉理工大学博士学位论文,2006.
[4] 吴明威, 付兆岗, 李铁翔, 等. 机制砂中石粉含量对混凝土
度模数较大, 用来配制混凝上所用砂率要比河砂的大, 对混凝土的工作性能有一定影响; 机制砂级配较差, 颗
粒分布呈现出中间少、两头多的特点; 机制砂石粉含量高, 混凝土的流动性较差, 因此在相同条件下, 配制相同坍落度的混凝土, 机制砂比天然河砂需水量增加。
(2) 石粉的存在, 增加了固体颗粒的比表面积。随着石粉含量的增加, 固体颗粒的比表面积不断增大, 保水性增强, 泌水情况得到改善。机制砂中的石粉使混凝土拌和物的稠度增加, 粘聚性增强, 离析现象明显改善, 机制砂中含有适当比例的石粉可以提高坍落度。石粉增加了水泥浆体含量而且提高了混凝土的流动性, 石粉还可起到微滚珠作用, 减少砂与砂之间的摩擦, 从而改善混凝土的和易性空隙, 排出空隙中的部分水分, , 浆体流动性增大, 物的密实度。
(3) 用和微集料填充作用, 增加了混凝土的密实度, 在一定程度上提高了混凝土的强度。在给定水灰比和单位水泥用量情况下, 机制砂混凝土强度随龄期的发展与石粉含量关系不明显。石粉颗粒能促进C 3S 和C 3A 水化, 石粉在水泥浆中的均匀分布, 能够提高有效结晶产物含量而提高强度。
(4) 机制砂中含有一定比例的石粉能提高混凝土的工作性能和强度, 且提高程度与水灰比呈正比关系。这对石多砂少地区机制砂洗去石粉及生产中的环境污染、资源浪费等问题提供了一种有效的解决途径, 也可以降低工程建设成本。
(5) 在山区高速公路施工中, 遇到天然砂资源短缺的问题, 采用粉煤灰和高效减水剂双掺技术配制C40、C50机制砂混凝土, 使机制砂混凝土拌和物更加稳定, 易于泵送施工, 硬化后混凝土的性能也变得更加稳定。
为保证机制砂混凝土的质量, 施工过程中要注意
性能影响的试验研究[J].铁道建筑技术,2000(4) .
[5] 田建平, 周明凯, 等. C50粉煤灰机制砂混凝土的配制及
应用[J].粉煤灰综合利用,2006(2) .
[6] 杨建辉, 童智洋. 利用机制砂配制自密实混凝土[J].世界
桥梁,2007(1) .
[7] 林国仁, 方德铭. 粉煤灰高性能混凝土在公路隧道一次衬
砌中的应用[J].华东公路,2003(2) .
[8] 陈洪光. 大掺量粉煤灰混凝土应用于隧道衬砌可行性的
研究[J]. 混凝土,2003(2) .
[9] 王雨利, 董 颖, 等. 石粉对机制砂混凝土性能的影响
[J].混凝土,2006(11) .
[10] 贺图升, 周明凯, 等. 石粉对机制砂混凝土拌和物泌水率
的影响[J].混凝土,2007(2) .
[11] 高 峰. 浅谈宜万线机制砂混凝土配合比技术研究[J].
施工技术,2004(4) .