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【技术先锋】举足轻重~机制砂中石粉的含量对混凝土性能影响竟然这么大!


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前言


近年来随着铁路、公路和住房等基建的飞速发展,混凝土用量逐年增加,其中C30及以下的混凝土在工程中占70%[1],其中砂作为最常用的混凝土用料之一,其需求量也越来越大。由于天然砂具有短期内不可再生、地域局限性的特点,很多地方已经出现供不应求的情况,加上对于环境保护的需要,国家出台了相关禁采或限采天然砂的法律法规,这使得建设用砂的供需矛盾更为突出。可以说机制砂的使用将会成为今后配置混凝土中必然的趋势,机制砂的使用可以避免滥采滥挖,保护河道农田,也可以给企业带来一定的经济效益。因此开展机制砂的研究对今后的混凝土的配置具有重要的实用价值和指导意义。


机制砂是经除土处理,由机械破碎、筛分制成的,粒径小于4.75mm的岩石、矿山尾矿或工业废渣颗粒。由于生产过程中机械破碎、筛分的特点使得机制砂具有外形棱角大、表面粗糙、细度模数大、孔隙率大、级配不良等特性[2],应用上常常引起工作性能不好、力学性能和耐久性能不稳定的情况。石粉是指机制砂中粒径小于75μm的颗粒,其成分是与母岩相同的物质,研究表明,石粉的含量对机制砂的影响巨大,适量的石粉含量不仅可以改善机制砂混凝土的工作性能,更能改善机制砂混凝土的力学性能和耐久性能。


本文的主要研究内容包括:机制砂中石粉含量对低标号混凝土工作性能的影响,机制砂中石粉含量对低标号混凝土力学性能的影响,并根据实验数据得出机制砂混凝土中最合适的石粉掺量。

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原材料和实验方法


2.1原材料


(1)水泥
水泥选用江西省万年县万年青水泥P.O42.5级水泥,其物理性能指标见表1。

表1 水泥的物理性质

(2)细集料
萍乡武功建材机制砂,其细度模数为3.1,表观密度为2680kg/m3,石粉含量为3.5%,机制砂采取洗净自身石粉的处理;赣昌砂石场河砂,其细度模数为2.6,表观密度为2630kg/m3,含泥量为0.4%。其颗粒级配见表2。

表2 机制砂和河砂的颗粒级配

(3)粗集料
粗集料选用萍乡武功建材的5~25mm的石灰石碎石,碎石表观密度为2690kg/m3,其松散孔隙率为46.9%,紧密空隙率为43.2%。其颗粒级配见表3。

表3 碎石的颗粒级配



(4)石粉

石粉选用萍乡武功建材的碎石磨成的石粉,其需水量比为103%,密度为2.75g/Cm3,比表面积为354m2/kg。

(5)外加剂

外加剂选用江西上饶天佳外加剂,固态萘系高效减水剂,减水率为28%。

2.2试验方法

混凝土泌水率、坍落度和粘聚性试验按国家标准《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/50080-2002)进行测试。混凝土抗压、抗折强度按国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/t50081-2002)完成进行测试。

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结果分析


3.1石粉含量对低标号机制砂混凝土工作性能的影响


试验研究了石粉含量对不同标号混凝土坍落度、泌水率和粘聚性等工作性能的影响,试验结果见表4和图1、图2。


表4 石粉含量对混凝土工作性能的影响


由表4中可以看出相比天然砂,低标号混凝土中石粉含量较少时,混凝土的工作性能差,这是因为机制砂的外观不光滑,棱角大、圆度不够,使运动中摩擦力增大,并且由于机制砂的级配不好,在拌制过程中有泌水现象[4]。


图1 石粉含量对混凝土坍落的影响

图2 石粉含量对混凝土泌水率的影响

从图1和图2中可以看出,石粉含量增大时,混凝土的工作性能越来越好,坍落度增大,泌水程度也逐渐减小,粘聚性增强,在10%-13%时达到最佳,这是因为石粉浆体弥补了机制砂表面粗糙的缺点,从而减少了机制砂间的摩擦力,使其工作性能得到提高;继续增大石粉含量,发现泌水率继续减少,粘聚性继续增加,但是坍落度反而开始减小,这是因为继续增大石粉含量时,石粉需要的水量会增多,所以当固定水胶比时,表现出来的就是其流动性能下降。

综上所述,对于低标号的混凝土而言,石粉含量对混凝土工作性能的影响是一个随着石粉含量增加先增后减的过程,工作性能最佳的状态时,石粉含量在9%-13%。

3.2石粉含量对低标号混凝土力学性能的影响

试验研究了石粉含量对不同标号混凝土坍落度、泌水率和粘聚性等工作性能的影响,试验结果见表5和图3、图4。


表5 石粉含量对混凝土力学性能的影响

图3 石粉含量对混凝土7天抗压强度的影响

图4 石粉含量对混凝土28天抗压强度的影响

由表6、图3和图4中数据可以看出,对于低标号混凝土,在一定范围内,随着石粉含量的增加,混凝土7天抗压强度和28天抗压强度逐渐升高,超过这个范围后,混凝土的强度又开始降低,这是因为:石粉的细度较小,对混凝土有一定的填充效应,并且会产生一种浆-集料界面结构,增加混凝土的力学性能[5];石粉虽然没有活性,但是可以作为促进水泥水化的晶核,加速其反应,并形成更为密实的结构。但是随着石粉含量的继续增大,石粉会对水有一定的包裹作用,降低与水泥参加水化反应的水的量,使水化反应不能完全,故而对力学性能开始起减弱作用。

由表6中可以看出,随着石粉含量的增加,混凝土的抗折强度也是先增后减,并在10%左右时可以达到最大,这是由于机制砂与水泥的粘结较好,在石粉具备最合适掺量时其抗折强度与河砂的抗折强度基本持平或优于河砂,石粉含量的增加还可以使得混凝土的保水性增加,降低了石粉在集料界面的富集程度,进而改善了水泥石和集料界面的过渡区,提高了抗折强度,但是随着石粉含量继续增大,石粉自身容易富集,在混凝土内部形成缺陷,故抗折强度会开始下降。

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结论


(1)对于低标号混凝土,机制砂中石粉含量的增加可以改善混凝土的工作性能,超过一定范围后,石粉含量的增加会使工作性能变差。

(2)对于低标号混凝土,机制砂中石粉含量的增加可以提高混凝土的力学性能,超过一定范围,石粉含量的增加会使力学性能变差。

(3)综合各项指标,在本研究范围内,石粉的最适合掺量为10%~13%。

来源:中国混凝土网 。本文产权属于作者,如涉侵权,请联系后台小编,我们立即处理。感谢,感恩!

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