珊瑚砂混凝土配制

珊瑚砂混凝土配制（精选7篇）

珊瑚砂混凝土配制 篇1

摘要：该文以珊瑚砂作为细骨料来配制C30珊瑚砂混凝土, 研究了粉煤灰、矿粉、偏高岭土对珊瑚砂混凝土的力学性能、氯离子扩散系数影响规律, 并通过XRD、TG对其微观机理进行初步分析。研究结果表明, 掺加粉煤灰会降低珊瑚砂混凝土的强度, 矿粉对于珊瑚砂混凝土的强度影响较小, 而掺加偏高岭土会明显提高珊瑚砂混凝土的抗压强度和降低氯离子扩散系数, 减少Ca (OH) 2的含量, 使珊瑚砂混凝土的渗透性能得到优化。

关键词：珊瑚砂,偏高岭土,氯离子扩散系数,渗透性能

随着我国海洋工程建设的发展, 岛礁资源正逐渐得到开发和利用。珊瑚砂作为天然骨料, 其应用研究越发受到人们的重视[1,2,3]。利用海岛上现有资源和条件配制珊瑚混凝土, 一方面可以缩短建设工期和运输距离, 另外还可以节约经济成本, 减少能源消耗。早在二战期间, 美国就曾利用珊瑚骨料建造了机场和公路。国内外许多学者也对珊瑚砂混凝土进行了研究和探索。Rick A Ehlert[4]认为珊瑚砂混凝土的强度可以满足建筑物结构工程所需, 并得出影响珊瑚砂混凝土耐久性的主要因素是盐分、保护层的厚度的结论。Arumugam R A[5]等通过对珊瑚混凝土的大量实验研究发现, 珊瑚砂混凝土具有早期强度增长速率快, 后期强度增长缓慢的规律。陈兆林[6]认为如果将珊瑚混凝土的水灰比控制在一定范围内, 且坍落度符合施工要求, 则珊瑚混凝土的水灰比与抗压强度呈线性的关系。王以贵[7]认为:与普通混凝土相比, 珊瑚混凝土的强度发展较快, 7 d珊瑚混凝土的抗压强度已经接近28 d强度。李林[8]认为影响珊瑚混凝土强度的主要因素是水泥和用水量, 而砂率对强度的影响不大。目前国内外对矿物掺合料对珊瑚砂混凝土性能的研究较少, 没有得出完整的理论体系以及具体施工措施。为了在海工建设中发挥珊瑚砂的作用, 有必要对珊瑚砂混凝土进行实验和研究。

论文主要针对掺加矿物掺合料 (粉煤灰、矿粉、偏高岭土) 对珊瑚砂混凝土进行改性研究, 并对其抗压强度、氯离子扩散系数以及微观机理进行了分析。

1实验

1.1原材料

实验采用华新PO 42.5水泥;武汉华新S95级矿粉;武汉阳逻Ⅱ级粉煤灰;广东茂名偏高岭土。各种原材料的化学组成如表1所示。

w/%

粗集料:0~5 mm, 5~10 mm, 10~20 mm 3种连续级配的碎石, 碎石压碎值为7.8%;

细集料:珊瑚砂的细度模数MX=2.81, 表观密度2 350 kg/m3, 堆积密度1 163 kg/m3。如图1珊瑚砂为白色, 形状大小不一且表面疏松多孔。图2为珊瑚砂级配曲线, 由图知珊瑚砂颗粒级配属于Ⅱ区级配。

1.2 C30珊瑚砂混凝土配合比设计

试验主要考虑三种矿物掺和料:粉煤灰 (FA) 、矿粉 (SL) 、偏高岭土 (MK) 。选取粉煤灰 (15%) 、矿粉 (15%) 、偏高岭土 (5%) 来配制C30珊瑚砂混凝土, 配合比如表2所示。

/kg·m-3

注:C1为普通珊瑚砂混凝土, C2、C3、C4分别为单掺粉煤灰、矿粉、偏高岭土珊瑚砂混凝土。

1.3方法

1.3.1力学性能测试

根据GB/T 50081—2008《普通混凝土力学性能试验方法标准》, 对C30珊瑚砂混凝土的3 d、7 d、28 d抗压强度进行测试。

1.3.2抗氯离子渗透性能测试

采用快速氯离子迁移系数法 (RCM法) 来评定珊瑚砂混凝土的抗氯离子的渗透性能。其测试方法参照GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》, 混凝土氯离子扩散系数评价标准列于表3。

1.3.3 XRD、TG测试

选择达到龄期的珊瑚砂混凝土试件, 将其破碎并选取内部的试样, 研磨成粉, 一部分用于X射线衍射仪中进行测试。另一部分置于热重分析仪中进行测试, 其测温范围25~1 000°C, 升温速率为10°C/min。

2结果与讨论

2.1力学性能

C30珊瑚砂混凝土强度如图3所示。由图3可知, 单掺粉煤灰珊瑚砂混凝土 (C2) 无论是3 d、7 d还是28 d, 其抗压强度均比普通珊瑚砂混凝土 (C1) 的强度要低;而单掺矿粉珊瑚砂混凝土 (C3) 的强度在7 d后赶上甚至超过普通珊瑚砂混凝土 (C1) 的强度;而单掺偏高岭土珊瑚砂混凝土 (C4) 在各龄期均比普通珊瑚砂混凝土 (C1) 的强度高。这主要是因为粉煤灰在珊瑚砂混凝土早期主要起物理性微填充的作用, 其潜在活性很低, 28 d还不足以激发粉煤灰的潜在活性, 故其抗压强度偏低;相较于粉煤灰, 矿粉的活性偏高, 而矿粉本身的Ca O含量较高, 随着水化反应过程的进行, 它可与水泥水化生成的Ca (OH) 2发挥协同作用以激发其火山灰效应, 同时矿粉细度偏细, 又与水泥颗粒之间形成良好的级配互补, 进一步密实填充珊瑚砂混凝土, 所以矿粉对珊瑚砂早期强度的不利影响比粉煤灰要小;偏高岭土本身具有较高的Si O2、Al2O3等活性组分, 能与Ca (OH) 2反应生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等胶凝性物质, 减少片状晶体Ca (OH) 2的生成量, 代之以粘结力、强度更高的C-S-H等物质, 这样就充分改善了浆体和骨料界面过渡区的性能, 从而显著提高珊瑚砂混凝土的强度。

2.2抗氯离子渗透性能

C30珊瑚砂混凝土氯离子扩散系数DRCM如表4所示。由表4可看出, 珊瑚砂混凝土的氯离子扩散系数都随着水化龄期的增加而降低;单掺粉煤灰、矿粉和偏高岭土珊瑚砂混凝土的28 d氯离子扩散系数分别为4.8×10-12m2/s、3.5×10-12m2/s、2.2×10-12m2/s。所以由此看出单掺矿粉, 尤其是掺加偏高岭土后对于改善珊瑚砂混凝土的抗渗性能较好。

C30珊瑚砂混凝土抗氯离子渗透系数如图4所示。分析产生此现象的原因是偏高岭土中活性组分比矿粉、粉煤灰要多, 且颗粒的细度也偏小, 水化初期填充于珊瑚砂孔隙中即可与水泥水化产物发生化学反应, 火山灰反应发生较粉煤灰、矿粉较早, 反应后会降低大晶粒产物 (如Ca (OH) 2等) 的取向度和生成量, 生成更多的胶凝性产物进一步细化毛细孔径, 使珊瑚砂混凝土更加密实, 耐久性较好。

2.3 C30珊瑚砂混凝土抗渗性能评价

C30珊瑚砂混凝土的渗透性能评价如表5所示。由表5可知, C30珊瑚砂混凝土28 d氯离子扩散系数为中等水平。掺加偏高岭土后的珊瑚砂混凝土的氯离子扩散系数有明显降低, 说明掺加偏高岭土的珊瑚砂混凝土抗氯离子渗透性能较好。

2.4微观分析

图5为C30珊瑚砂混凝土28 d的XRD图。当珊瑚砂混凝土养护到28 d时, 其水化产物为Ca (OH) 2、Ca CO3、AFt、C-S-H、C-A-H。由图可知掺加偏高岭土后会降低Ca (OH) 2的衍射峰, 而粉煤灰、矿粉的Ca (OH) 2衍射峰与未掺的相差不大, 说明偏高岭土与水泥发生水化反应后会降低Ca (OH) 2的生成量, 进一步显示其改善珊瑚砂混凝土抗渗性的优势。

图6为C30珊瑚砂混凝土28 d的TG分析图。由TG曲线可知, 在410~480°C温度范围内出现了失重现象。由于l份质量的Ca (OH) 2会产生0.757份质量的Ca O和0.243份质量的H2O。故通过理论计算出, 掺粉煤灰、矿粉和偏高岭土珊瑚砂混凝土的Ca (OH) 2含量分别为4.95%、3.12%和2.56%。这说明单掺偏高岭土与水化产物Ca (OH) 2的反应明显, 进一步体现出偏高岭土在提高珊瑚砂混凝土强度上的优势。

3结论

a.不同矿物掺合料对C30珊瑚砂混凝土强度贡献值不同。单掺粉煤灰珊瑚砂混凝土各龄期均低于普通珊瑚砂混凝土的强度;单掺矿粉珊瑚砂混凝土在7 d后基本上可以达到普通珊瑚砂混凝土的强度;单掺偏高岭土珊瑚砂混凝土在28 d内均比普通珊瑚砂混凝土的强度高。

b.不同矿物掺合料对C30珊瑚砂混凝土的抗氯离子渗透性能的影响差别较大。单掺粉煤灰珊瑚砂混凝土各龄期的氯离子扩散系数比普通珊瑚砂混凝土的要高;单掺矿粉、偏高岭土珊瑚砂混凝土7 d后氯离子扩散系数有明显降低。

c.从C30珊瑚砂混凝土28 d XRD图谱及热重曲线图知道, 珊瑚砂混凝土主要水化产物为钙矾石、氢氧化钙、水化硅酸钙与水化铝酸钙等, 并且偏高岭土与水泥水化产物Ca (OH) 2反应最为明显, 明显降低其含量。

参考文献

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[2]陈兆林, 陈天月, 曲勣明.珊瑚礁砂混凝土的应用可行性研究[J].海洋工程, 1991 (3) :67-80.

[3]王磊, 赵艳林, 吕海波.珊瑚骨料混凝土的基本性能及研究应用前景[J].混凝土, 2012 (2) :99-100.

[4]Ehlert R.Coral Concrete at Bikini Atoll[J].Concrete International, 1991, 01:19-24.

[5]Arumugam R A, Ramamurthy K.Study of Compressive Strength Characteristics of Coral Aggregate Concrete[J].Magazine of Concrete Research, 1996, 48 (9) :141-148.

[6]陈兆林, 孙国峰, 唐筱宁, 等.岛礁工程海水拌养珊瑚礁、砂混凝土修补与应用研究[J].海岸工程, 2008, 27 (4) :60-69.

[7]王以贵.珊瑚混凝土在港工中应用的可行性[J].水运工程, 1988 (9) :46-48.

[8]李林.珊瑚混凝土的基本特性研究[D].广西:广西大学, 2012.

珊瑚砂混凝土配制 篇2

目前我国每年建筑用砂约需6亿t左右, 绝大多数地区用的是天然砂。天然砂资源是一种地方资源, 在短时间内不可再生且不宜长距离运输。随着环境保护政策的实施, 我国不少地区开始限采或禁采天然砂, 可用天然砂资源减少, 砂的质量下降且价格越来越高。而随着城市建设步伐的加快, 旧房拆除后的建筑垃圾越来越多, 处理这些建筑垃圾要耗费大量的人力物力, 且污染环境[1]。如果能把建筑垃圾加工成人工砂应用于混凝土中, 可以同时解决上述两方面问题。

目前, 用建筑垃圾人工砂配制中、高强度混凝土的研究还较少。综合利用建筑垃圾是节约资源、保护生态的有效途径, 符合国家节能减排, 发展循环经济的政策。因此, 研究建筑垃圾人工砂配制中、高强度混凝土不仅具有较高的经济价值, 而且具有深远的社会意义。

1 建筑垃圾的再生处理

1.1 建筑垃圾的组成

本试验以邯郸地区拆除的旧砖混结构建筑垃圾为研究对象, 其组成见表1。

1.2 建筑垃圾人工砂的加工

采用颚式破碎机破碎, 对粉碎物进行除尘、去杂, 依据JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》[2]进行筛分。

2 建筑垃圾人工砂的物理性能测定与分析

2.1 建筑垃圾人工砂粒径分析

将破碎后的建筑垃圾依据JGJ 52—2006进行筛分, 结果见表2。筛分后砂的细度模数为3.3。

2.2 堆积密度

经测定, 建筑垃圾人工砂堆积密度为1210kg/m3。

2.3 吸水率

骨料的吸水率是反映骨料颗粒密实程度和质量好坏的一个重要指标, 吸水率越小, 表示骨料颗粒越密实, 质量越好[3]。依据GB 2842—81《轻骨料试验方法》标准对建筑垃圾人工砂吸水率进行测定, 测定结果显示, 其吸水率为9.6%。

2.4 压碎值指标

压碎值指标是表示人工砂抵抗压碎的能力, 是检验其在物理化学因素作用下抵抗破裂的能力及控制其颗粒形状的技术指标。经测定, 建筑垃圾人工砂的压碎值指标平均值为15.2%。

2.5 含泥量

经测定, 建筑垃圾人工砂的含泥量为4.2%。

2.6 泥块含量

经测定, 建筑垃圾人工砂的泥块含量为0.3%。

2.7 建筑垃圾人工砂与天然砂的物理性能对比

建筑垃圾人工砂和沙河天然砂物理性能对比结果见表3。

从表3可以看出, 建筑垃圾人工砂的细度模数属于中粗砂, 其颗粒大小、泥块含量好于天然砂。建筑垃圾人工砂中小于75μm的颗粒 (含泥量) 要比天然砂高, 这部分物质主要是CaCO3、水泥粉末和少量泥土。虽然CaCO3、泥、水泥颗粒都是小于75μm的颗粒, 但在混凝土中所起的作用不同。CaCO3来自混合砂浆中的白灰膏、抹墙的白灰[Ca (OH) 2+CO2=CaCO3+H2O];泥土是装运垃圾时带入的, 对混凝土是有害的, 必须严格控制其含量;水泥粉末主要是未水化的水泥, 少量未水化的水泥粉末有利于提高混凝土的强度。

这些细粉不仅有利于提高混凝土的和易性, 还可以完善混凝土特细骨料的级配并提高混凝土的密实性。骨料在混凝土中主要起支撑作用, 而发挥骨料支撑作用最有利的条件是使骨料间的空隙最小, 密实度最高。建筑垃圾人工砂特细骨料在填充空隙方面能起到很好的作用。

由于建筑垃圾中墙体材料所占比例很大, 因此, 人工砂的堆积密度比天然砂低很多。建筑垃圾人工砂的压碎值指标为15.2%, 低于JGJ 52—2006规定的30%指标, 压碎值指标良好的原因是建筑垃圾人工砂的粒型很好, 接近于圆形颗粒, 振实后较密实。

3 建筑垃圾人工砂在混凝土中的应用试验

3.1 试验用主要原材料

建筑垃圾:建筑垃圾的组成见表1。

水泥:42.5级普通硅酸盐水泥。

砂:河砂, 细度模数1.6~1.7, 表观密度2550~2650kg/m3, 堆积密度1400~1450kg/m3。

碎石:粒径10~20mm, 表观密度2540~2640kg m3, 堆积密度1350~1440kg/m3。

外加剂:YJ-3型泵送剂, 粉剂, 高效减水。

拌合水:普通自来水。

3.2 试验目的及方案

试验的主要目的是掌握建筑垃圾人工砂在中、高强度混凝土中的使用情况。

(1) 通过试验掌握每m3建筑垃圾人工砂混凝土和基准混凝土用水量的不同以及拌和物性能的不同。

(2) 在水泥品种、水泥用量、骨料体积和坍落度相同的情况下, 对比建筑垃圾人工砂混凝土和基准混凝土的抗压强度, 包括建筑垃圾人工砂不同取代率下混凝土的抗压强度比。在水泥品种和坍落度相同的情况下, 对比不同强度等级混凝土的抗压强度。

(3) 通过试验掌握建筑垃圾人工砂对混凝土收缩性能、抗渗性能[4]、抗冻性能、体积密度及热工性能的影响。

3.3 试验结果及分析

3.3.1 建筑垃圾人工砂混凝土拌和物的性能

混凝土拌和物的和易性可衡量施工操作难易程度和抵抗离析作用的程度。建筑垃圾人工砂有一定的吸水率, 每m3混凝土的总用水量比普通混凝土高。建筑垃圾人工砂混凝土和基准混凝土相比, 在用水量相同的条件下, 由于建筑垃圾人工砂表面粗糙, 用其配制的混凝土流动性要比普通混凝土稍差, 但和易性和保水性比普通混凝土好。

3.3.2 建筑垃圾人工砂混凝土的强度

本试验按拟定的配合比, 共制作了45组标准尺寸试件, 并在标准条件下进行养护, 测定试件的7d和28d抗压强度, 重复试验5次, 测试数据显示重复性较好。整理后的测试结果见表4、表5、表6和表7。

注:1、2、3号配比为基准配比;1、4、7号配比的水泥用量相同, 坍落度相同;2、5、8号配比的水泥用量相同, 坍落度相同;3、6、9号配比的水泥用量相同, 坍落度相同。

试验结果表明:

(1) 以建筑垃圾人工砂作为细骨料配制的混凝土, 其强度标准值可达75.2MPa。

(2) 考虑到各种不利因素的叠加, 即试验室与施工现场的差异、建筑垃圾人工砂不同批性能的差异、施工的水平不同造成混凝土强度标准差的差异等因素, 建筑垃圾人工砂完全代替天然砂细骨料用于C60及以下强度等级的混凝土中是可行的。

(3) 建筑垃圾人工砂的取代率对混凝土的强度有一定影响[5], 随着取代率的提高, 混凝土强度有所降低;混凝土强度越高, 降低幅度也越大, 完全使用建筑垃圾人工砂作为细骨料时, C40混凝土强度降低5%, C60混凝土强度降低12%。

(4) 建筑垃圾人工砂与天然砂相比, 表面粗糙, 更有利于与水泥浆的粘结。

3.3.3 建筑垃圾人工砂混凝土的密度及热工性能

对基准混凝土及建筑垃圾人工砂混凝土的干表观密度、传热系数进行了测定, 结果见表8。

由表8可知, 建筑垃圾人工砂混凝土的干表观密度比普通混凝土低, 可以减少自重。由于建筑垃圾骨料内部存在很多孔隙, 如果用于围护结构, 可以减小混凝土的传热系数5%~10%, 增强建筑的保温隔热性能, 符合国家建筑节能减排政策。

3.3.4 建筑垃圾人工砂混凝土的长期性能和耐久性能

混凝土的长期性能和耐久性能主要体现在混凝土的抗渗、抗冻等方面[6]。抗渗性是混凝土抵抗压力水渗透的能力。抗冻性是指混凝土在水饱和状态下能经受多次冻融循环作用而不被破坏的性能, 常作为衡量混凝土耐久性的重要指标之一。依据GB50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》, 采用同强度等级标养28d的试块进行抗渗、抗冻性能试验, 试验结果见表9、表10。

由表9和表10可知, 将建筑垃圾人工砂用于中、高强度混凝土, 其抗渗性能略优于普通混凝土而抗冻性能略有降低, 。分析认为, 这是建筑垃圾中细粉较多, 使得混凝土更加密实;而抗冻性能下降的原因是建筑垃圾骨料吸水率较大。

3.3.5 建筑垃圾人工砂混凝土的收缩性能

采用100mm×100mm×400mm试件, 自然养护, 观察收缩情况, 试验结果见表11。

从表11可看出, 建筑垃圾人工砂对混凝土收缩无明显影响。

4 结论与建议

建筑垃圾人工砂完全代替天然砂细骨料用于C60及以下强度等级的混凝土中是可行的, 混凝土的强度标准值可达75.2MPa。

建筑垃圾人工砂的使用可提高混凝土的抗渗能力, 降低混凝土的自重, 对混凝土的抗冻性能无显著影响。

由于北方的气候干燥, 建筑垃圾人工砂的吸水性能对混凝土的后期养护有利。人工砂起填充粗骨料的空隙的作用, 在建筑垃圾人工砂的使用中, 建议一定严格控制砂率, 因为砂率过高会降低混凝土的强度。

用建筑垃圾人工砂配制混凝土, 为大宗利用建筑垃圾提供了一条可行的途径, 可改善环境、节约自然资源, 具有良好的社会效益。

摘要：研究了邯郸地区用砖混结构建筑垃圾生成的建筑垃圾人工砂的粒径、堆积密度、吸水率、压碎值指标等基本物理性能, 分别以0、50%、100%的建筑垃圾人工砂等量取代天然细骨料配制不同强度等级混凝土, 检验混凝土拌合物的性能、力学性能及耐久性能, 探讨了建筑垃圾人工砂不同取代率对混凝土性能的影响。试验结果表明, 建筑垃圾人工砂完全代替天然砂用于C60及以下强度等级的混凝土中是可行的, 随着取代率的提高, 混凝土强度有所降低;混凝土强度越高, 降低幅度越大。

关键词：建筑垃圾人工砂,中、高等强度混凝土,取代率,力学性能,耐久性能

参考文献

[1]许元.超细粉煤灰对不同级配再生混凝土增强技术的研究[J].混凝土与水泥制品, 2011 (10) :63-65.

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[3]秦拥军, 付明阳, 崔思贤.再生混凝土粗骨料物理性能的试验分析[J].建筑科学, 2012, 28 (5) :42-47.

[4]肖建庄, 雷斌.再生混凝土耐久性能研究[J].混凝土, 2008 (5) :83-89.

[5]张秀芳, 何更新, 赵霄龙.用再生骨料配制混凝土的试验研究[J].施工技术, 2011, 345:60-63.

珊瑚砂混凝土配制 篇3

现有资料表明,实际工程中C25～C35强度等级的普通混凝土要占混凝土总用量的80%～90%[1]。隧道二次衬砌对混凝土强度的要求较低,但对抗渗防水的要求较高,且通常要求泵送施工。在隧道环境里,随着水的浸入,混凝土会发生冻融破坏、溶析性侵蚀、硫酸盐侵蚀以及钢筋锈蚀等,为了避免这些可能的破坏,隧道二次衬砌混凝土宜选用防水型混凝土。目前,防水混凝土主要有普通防水混凝土、外加剂防水混凝土和膨胀水泥防水混凝土三种[2]。对于外加剂防水混凝土,使用河砂的配制技术已经很成熟,而含有石粉的机制砂由于颗粒形貌和性质与河砂不同,目前应用在混凝土施工中的一整套技术还不是很成熟。尤其是随着当前水泥强度等级的提高,工程中往往存在使用高强度等级水泥配制低强度等级混凝土的情况。机制砂棱角多,如果水泥用量少就没有足够的浆体包裹集料,混凝土流动性就难以达到要求。对于地处山区、不能保证河砂供应的施工单位来说,使用机制砂配制混凝土是必须面对的技术问题。

本文以湖北谷竹高速公路某标段隧道二次衬砌采用的防水混凝土为例,对河砂、机制砂+粉煤灰、全机制砂三种配合比方案在拌合物工作性、强度、抗渗性以及经济方面进行了对比,并对全机制砂泵送防水混凝土的配合比进行优化设计,最后还对机制砂的应用进行了总结。

工程实践表明,机制砂和石粉是一体而不可分割的,机制砂的棱角多流动性差可由石粉来弥补。本工程中,石粉含量在12%～14%时混凝土的强度最高,石粉含量在8%～16%能达到使用要求。

1 原材料和技术路线

1.1 原材料

细集料:河砂和机制砂,其中,机制砂的原料为石灰石母岩,细集料的主要性能指标见表1。

粗集料:石灰石碎石,4.75～26.5mm连续级配。

水泥:P·O 42.5级。

外加剂:HL型防水剂,复合型,具有一定的减水率。

粉煤灰:Ⅱ级粉煤灰。

水:自来水。

1.2 技术路线

根据设计要求,隧道二次衬砌防水混凝土设计强度等级为C25,设计坍落度140～180mm,需满足泵送混凝土要求,且抗渗等级达到P8。

本研究初步拟定的三种方案分别是:(1)用河砂作为混凝土细集料;(2)采用掺粉煤灰超量取代+机制砂;(3)全部采用机制砂,并优选出强度最高且抗渗性能符合要求时的石粉含量及配合比。

以上三方案的粗集料、水泥、防水剂均采用相同型号。

结合本工程特点,对三种方案进行了技术经济分析:(1)河砂混凝土的优点是施工工艺成熟,可供参考的资料多,配制出的混凝土流动性好,易于施工,强度及质量容易得到保证;缺点是运距远,货源会出现季节性不足,不能满足施工进度的要求,且价格高(到场价格为180元/m3)。而当地河砂由于母岩为板岩、页岩,使砂总体呈现细长扁平颗粒状,压碎值及粒型极差,并存在过度开采现象。(2)机制砂粉煤灰混凝土的优点是混凝土流动性强,粘聚性、保水性均能得到保证,混凝土前期强度虽低但后期强度高,且粉煤灰可降低水泥水化热。缺点是粉煤灰本地最近货源运距为240km,且价格高(平均价格为300元/t)。(3)机制砂本地料源丰富,质量易控制,价格低,到场价格仅为80元/m3,且通过对机制砂石粉含量的控制,同样可以配制出和易性好且强度满足要求的混凝土。其缺点是机制砂细长扁平颗粒偏多,表面粗糙,棱角性强,级配不良,无法整形修复,比表面积大,所需水泥浆多。

货源供应是工程应用的首要问题,通过以上对比分析,本工程确定选用机制砂混凝土,并针对机制砂的缺点,采取相应的技术措施进行解决。

2 机制砂防水混凝土的配合比设计

2.1 设计思路

按照JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》和《机制砂在混凝土中应用技术指南》,研究水灰比、砂率、石粉含量等对机制砂防水衬砌混凝土拌合物工作性、物理力学性能的影响规律,确定二次衬砌防水混凝土的基准配合比,并提出原材料的控制指标。

2.2 水灰比的影响

根据Abrams的水灰比定律:对于给定的材料,混凝土的强度跟灰水比成正比关系。水灰比的确定是指导混凝土配合比设计的核心,为选取合适的水灰比,满足配制强度的同时保证适当的强度富余,通过试验,确定机制砂混凝土水灰比W/C与强度的关系。试验配合比如表2所示,其中水粉比里的“粉”包括水泥和机制砂中的石粉。

所测得机制砂防水混凝土的强度与灰水比的关系如图1所示。由图1可以看出,机制砂防水混凝土的抗压强度与灰水比存在良好的回归关系,相关性较好。C25强度等级机制砂混凝土的配制强度为33.2MPa,为保证满足配制强度要求,同时在配制强度基础上有合适的强度富余,28d实际强度在35MPa左右比较合适,根据该回归关系,选取水灰比W/C=0.49。

2.3 砂率的选择

砂率的变动会使骨料的空隙率和骨料的表面积显著改变,从而对混凝土拌合物的和易性产生很大影响。机制砂混凝土的砂率一般较天然砂混凝土高3%～6%,试验时宜按“五点法”进行砂率优选,即在砂率的40%～48%范围内每间隔2%选取一个砂率进行混凝土拌和物和易性试验,以混凝土和易性达到最佳为合理砂率,用于泵送的混凝土应相应增加砂率。机制砂细度模数越小、级配越好、石粉含量越大,合理砂率越小。在保证混凝土拌和物粘聚性良好的前提下,应尽可能选取较小的砂率,以保证混凝土的弹性模量和干燥收缩。试验用具体配合比见表3。

砂率对混凝土工作性及抗压强度的影响如图2和图3所示,由图可见:

(1)砂率在46%附近时,能获得最大坍落度值,同时28d抗压强度达到最大值,7d抗压强度最大值在砂率在44%附近。

(2)砂率对机制砂混凝土的工作性影响较大,而对混凝土抗压强度的影响相对较小。

综合以上分析,本工程砂率选取46%,混凝土在获得较好流动性的同时,粘聚性、保水性均良好,是使混凝土和易性达到最佳的合理砂率。

2.4 石粉含量的影响

按照JT/T 819—2011《公路工程水泥混凝土用机制砂》规定,C30强度等级以下混凝土所使用机制砂含量在MB值合格时小于10%,比旧规范的7%放宽,但实际生产出的原状机制砂石粉含量大约在10%～20%,按照规范要求仍然要进行水洗。

本项目在固定用水量条件下,研究了石粉含量对低强大流态机制砂混凝土性能工作性、力学性能的影响。固定用水量为170kg/m3,水灰比为0.49,砂率为46%,减水剂掺量为水泥用量的4%,分别使用石粉含量为8%、10%、12%、14%、16%、18%的机制砂进行试验,相应的水粉比分别为0.408、0.392、0.376、0.362、0.349。经过试验,得到石粉含量对混凝土工作和力学性能的影响,结果见图4和图5。

由图4和图5可以看出:

(1)随着石粉含量的增加,混凝土的坍落度先增大后减小,石粉含量为12%～14%时坍落度达到最大,粘聚性、保水性呈最佳状态。分析原因,可能由于石粉含量较低时,仅靠水泥浆体不足以包裹集料,浆体偏稀且松散,导致泌水流浆;石粉含量过高时浆体过粘,导致流动性不足。

(2)随着石粉含量增加,混凝土的抗压强度先增大后减小,在石粉含量为12%～14%时强度最大。混凝土的工作性直接决定成型试件的密实度和均匀性,工作性好的混凝土,强度也能达到要求。这可能是石粉的填充作用使混凝土变得更密实,所产生的加速效应和活性效应,类似于生产水泥时加入的石灰石粉。这在28d龄期以前表现得更明显,机制砂混凝土的抗压强度明显高于河砂混凝土[3],具体试验数据见表5。

由于所采用的原状机制砂石粉含量在10%～20%,需要进行除粉,采用轮式洗砂机,每m3水洗砂耗水量约为2～4m3,且污水难以处置。综合分析得出,石粉含量在8%左右时不能满足坍落度要求,机制砂石粉最佳含量可控制在12%～14%,石粉含量在10%～16%时,混凝土均能达到坍落度和强度要求。这个结果是很有应用价值,因为在实际工程中,原材料质量随批次、母岩、运送和储存方式的变化波动很大,一个绝对的数字无疑会增加实际工程的难度,而一个范围则使施工单位增加了更多灵活性和实地可操作性。

3 机制砂与河砂对比试验

在上述试验的基础上,固定水灰比为0.49,外加剂掺量为胶材用量的4%,采用河砂与石粉含量14%的机制砂进行对比。由于河砂细度模数较机制砂小,河砂砂率调整为43%。试验配合比见表4,两种混凝土的工作性能和物理力学性能对比见表5。

从表4和表5可以看出:

(1)水灰比相同时,近似掺量的机制砂混凝土比河砂混凝土工作性好,密实度较高。

(2)机制砂混凝土的7d和28d抗压强度明显高于河砂混凝土,尤其是28d抗压强度比河砂混凝土高9.2%。

通过试验研究水灰比、砂率、石粉含量等配合比设计参数对C25机制砂防水混凝土工作性与力学性能的影响规律,结果如下:

(1)优选出配合比为:水泥∶水∶机制砂∶碎石∶外加剂=346∶170∶880∶1034∶13.84,其中W/C=0.49,砂率为46%。

(2)石粉含量范围控制在12%～14%。

由于本工程对二次衬砌防水混凝土抗渗性能要求为P8级,试验优选出的配合比制作抗渗试件进行试验,加压至设计抗渗等级P8后继续加压,提高级别至P10,经8h后第三个试件仍不渗水,满足设计要求,说明该机制砂混凝土抗渗性能良好。

4 经济效益

使用机制砂配制泵送防水混凝土成本下降明显,每m3混凝土可节省成本51.8元,本工程防水混凝土需66000m3,共计节约成本341.88万元。

5 结语

(1)河砂和机制砂颗粒形状、级配组成不同,如按天然砂的配比方案,机制砂配成的混凝土工作性难以达到要求。但机制砂有其自身的特点,其砂率要比同等粗细的河砂高3%～6%,所含石粉可能恰好弥补了机制砂棱角多级配差的缺点。

(2)机制砂质量随母岩、批次波动较大,应根据试验确定用量。同强度等级的机制砂混凝土28d抗压强度和抗渗性明显高于河砂混凝土。机制砂石粉的最佳含量为12%～14%,石粉含量在8%～16%时也能达到使用要求。

摘要：针对隧道二次衬砌混凝土对强度要求较低,对抗渗要求较高的情况,用低成本的含石粉机制砂,配制出了强度等级为C25,抗渗等级为P8的泵送混凝土。试验表明,机制砂中石粉含量为12%14%时,配制出的混凝土强度较高;石粉含量为8%16%时,能满足使用要求。

关键词：机制砂,泵送防水混凝土,石粉,应用

参考文献

[1]http://www.sngyw.com.

[2]杜倩.混凝土防水的必要性[J].中国建筑防水,2011(18).

珊瑚砂混凝土配制 篇4

1 试 验

1.1 原材料

1) 水泥:华新水泥PO 42.5级水泥。2) 掺合料:选定S95级武钢磨细矿渣粉, 比表面积400～450 m2/kg。3) 粗集料:湖北恩施地区的石灰岩碎石, 5～10 mm与10～25 mm二级配。4) 细集料:湖北恩施地区提供的石灰岩机制砂, 原砂的石粉含量11.5%, 细度模数3.5, MB值1.2。机制砂筛分数据见表1, 机制砂的物理性能见表2。5) 减水剂:马贝建筑材料 (上海有限公司MAPEI SP-1缓凝型聚羧酸盐高效减水剂 (固含量30%) 。6) 膨胀剂:重庆江北ZY-1高性能混凝土膨胀剂。7) 水:自来水。

1.2 配合比设计

6组不同水胶比的各组分在1 m3中的用量见表3。

/kg

注:1) 配合比中掺合料、膨胀剂均作为胶凝材料等量取代水泥;2) 掺合料用量为胶凝材料总量的10%, 膨胀剂掺量为10%;3) B组用河砂替代机制砂进行对比, 河砂为实验室原有河砂, 其细度模数为2.7;4) 本配合胶凝材料用量为535 kg;5) 机制砂的石粉含量为7%;6) 水胶比随着砂率的增加而加大;7) 聚羧酸减水剂的值是指减水剂占总胶凝材料质量的百分比。

1.3 试验方法

1) 试件制作

试件为150 mm×150 mm×150 mm 立方体试件, 混凝土拌和物的搅拌采用机拌, 试件成型采用无振捣、无插捣方式, 将混凝土拌合物注入试模, 刮除多余混凝土, 临近初凝时抹平试件表面。

2) 坍落度和扩展度

按照GB/T 50080—2002 《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》规定的方法, 测试新拌混凝土拌合物的坍落度值和扩展度值。

3) 养护及力学试验

立方体试件与待修复混凝土构件在相同环境下进行养护, 依据GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》测试抗压强度、劈拉强度。

2 试验结果与分析

2.1 混凝土拌合物的工作性

混凝土拌合物性能的试验结果见表4。试验表明, 6组混凝土拌合物的塌落度、扩展度均满足工程预期的要求, 具有很好的流动性。

通过试验结果可以看出, 随着砂率的提高和水胶比的增加。河砂与机制砂的工作性均有先提高后降低的趋势, 但在砂率介于45%～48%, 水胶比介于0.29～0.33之间时工作性均能达到要求。

通过机制砂与河砂的对比可以看出在混凝土工作性上, 该机制砂在总体上优于河砂, 这就为机制砂替代河砂进行施工提供了有力的证据。而且经过对比最终可知第A2组配合比的混凝土工作性能最好。

2.2 混凝土的力学性能

不同条件养护下混凝土力学性能试验结果见图1和图2。6组配合比的混凝土的28 d抗压强度在两种不同的养护条件下均达到工程预期的要求C60; 与标准养护条件下的混凝土强度比较, 绝湿养护的强度值略有下降, 这在28 d强度中体现较为明显, 7 d强度两者差别不大。河砂与机制砂相比在7 d和28 d强度上没有明显差异。对河砂和机制砂各自不同砂率和胶凝材料用量的强度值进行比较可以看出随着砂率提高, 水胶比增加, 强度值均先提高后降低。在砂率为46.5%, 水胶比为0.31时2种养护条件下的强度均达最大值。

3 结 论

a.通过对机制砂机配制自密实微膨胀混凝土的研究我们发现用机制砂配制出具有高工作性的自密实混凝土是完全可行的, 虽然机制砂具有级配不良、颗粒粗糙、多棱角、石粉含量高等缺点, 但是与它的级配具有良好的可控性, 而且石粉含量也可以在生产环节进行控制。从而为生产机制砂混凝土提供了可能性。

b.由试验的数据分析我们可以看出不同的砂率, 水胶比等对配制机制砂混凝土有一定的影响, 由于各地区石质的不同和各机制砂生产单位生产工艺的差异, 需要对混凝土进行相应的配合比设计才能配制出各项性能达标的混凝土。

c.对于机制砂混凝土的耐久性研究, 如抗裂性, 抗渗性等还需要进一步进行。

摘要：在综合国内外自密实混凝土和机制砂混凝土研究的基础上, 利用本地原材料, 通过掺加掺合料、膨胀剂、减水剂配制出自密实微膨胀混凝土。试验结果表明:混凝土拌合物的坍落度、扩展度能满足自密实性能要求, 抗压强度达到自密实混凝土的设计指标。

关键词：自密实混凝土,机制砂,工作性

参考文献

[1]冯乃谦, 邢锋.高性能混凝土技术[M].北京:原子能出版社, 2000.

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[4]蒋正武, 孙振平, 王培铭, 等.高性能混凝土中自干燥效应的研究[J].建筑材料学报, 2004, 7 (1) :19-24.

珊瑚砂混凝土配制 篇5

根据GB/T14684—2011《建筑用砂》规定, 机制砂 (人工砂) 不包括软质、风化的颗粒, 而是指粒径不超过4.75mm, 并且经过除土处理、机械破碎、筛分制成的岩石、矿山尾矿或工业废渣颗粒。机制砂目前的细度模数一般在2.6~3.6之间, 属于中粗砂, 含有一定量的石粉, 不但颗粒级配不规则, 而且表面粗糙, 棱角尖锐。但是机制砂的颗粒和级配并不是固定的, 影响因素有很多, 比如各地生产矿源、加工设备、工艺等, 但只要是符合规定的机制砂, 技术指标都过关, 就可以用在混凝土中。由机制砂本身的特点所决定, 即使是跟级配和细度模数都一样的天然砂比较, 甚至配比设计、其他材料成型养护条件都一样, 用机制砂配置的混凝土的特点是:如保持坍落度不变, 则需水量增加;坍落度减小, 28d标准强度提高。如果在混凝土配比设计时按天然砂的规律, 机制砂的需水量很大, 而且和易性比较差, 还容易产生泌水, 最明显的是在水泥用量少的低强度等级混凝土中。

2 机制砂配制混凝土的几个误区

2.1 石粉的作用

长期以来, 由于石粉和泥都是砂中粒径小于0.075mm的颗粒, 在没有引入亚甲蓝试验方法以前, 缺乏鉴定的依据。一般认为石粉是对混凝土有害的, 因为缺乏科学的了解, 人们都以为石粉不能加以利用[2]。有的地方甚至不惜浪费时间、精力和钱财, 想尽办法来除去砂中的石粉。其实, 许多的国内外专家都认为, 混凝土中加入适当的石粉是有好处的。

机制砂混凝土中的石粉的作用有三个, 分别是:

(1) 水化作用:有研究表明, 水化早期形成的钙矾石会在后期向单硫型硫铝酸钙转化, 这会降低水泥石的强度, 但是加入含有碳酸钙的石粉, 就可以有效解决这个问题;另外, 石粉是以碳酸钙为主的, 而碳酸钙可以和C3A发生水化反应, 形成水化碳铝酸钙, 从而提高了混凝土的强度[3]。

(2) 填充作用:石粉可以填充混凝土中的空隙, 充当混凝土的填料, 以此增加混凝土的密实度, 从而起到惰性掺合料的作用。对于胶凝材料用量少、拌合物性能差的特点, 只要使用中、低强度等级的机制砂混凝土, 就可以得到有效的弥补。《山砂混凝土技术规程》DBJ52-016-2010中对C50~C55强度等级的山砂混凝土 (砂率37%~45%) , 提出石粉不能超过7%, 这是因为石粉含量和胶凝材料的总量 (混凝土的细粉含量) 不能超过550kg/m3。 (注:山砂属于机制砂的一种, 《山砂混凝土技术规程》DBJ52-016-2010中特指公称粒径小于5.00mm的, 碳酸盐类岩石经除土开采、机械破碎、筛分而成的岩石颗粒。)

(3) 保水增稠作用:机制混凝土中有石粉, 可以降低混凝土拌合物离析和泌水的风险[4]。因为石粉可以吸收混凝土中的用水, 无形中增加了混凝土的单方用水量, 所以石粉含量越高, 混凝土的粘度就越大;另外, 加入石粉也可以减少混凝土的收缩[2], 补偿混凝土后期水化用水, 因为, 即使混凝土硬化了, 以前被石粉吸收的水分也会渐渐释放。

研究发现, 石粉含量应该适量。机制砂中石粉的主要成份为碳酸钙, 但水化作用并不是无限的, 也要受限于水泥的成份。如果石粉含量过高, 不利于集料与水泥石的粘结, 因为水泥石中或界面过渡区会出现游离态的石粉, 从而降低混凝土性能。另外, 石粉含量超过一定限值后, 不利于混凝土的耐久性能[5], 因为单方石粉承担的保水量明显减少, 干缩明显变大。综合各种研究, 一般C50以下混凝土石粉含量应控制在10%~15%, 而C50以上混凝土石粉含量应该不超过10%。

2.2 泵送机制砂混凝土配合比设计

2.2.1 单方用水量

河砂由于自身的特性, 颗粒比较光滑, 自身的内摩擦力小, 在混凝土中颗粒间绞合力较小, 对水的需求量相对机制砂相对较小。而机制砂表面粗糙, 棱角多, 造成在混凝土中颗粒间绞合力较大。由于机制砂泵送混凝土黏度较河砂混凝土大, 施工坍落度一般保持在180~220mm, 其单方用水量一般在175~185kg/m3左右, 这与河砂混凝土较低的用水量是截然不同的。在相同的坍落度时, 如使用较低的用水量, 必然导致外加剂超掺, 从而导致机制砂混凝土流动性大, 但粘性大, 泵送性差, 经常出现施工现场上加水来降低粘度, 导致预拌混凝土的质量无法保证。因而, 做机制砂配合比设计时, 不能过度的追求使用外加剂降低机制砂混凝土的单方用水量, 机制砂混凝土单方用水量应设计的比河砂混凝土略大。

2.2.2 砂率

一般而言, 为提高产能, 生产出的机制砂多为中粗砂, 砂的细度模数一般在2.6~3.6, 1.18mm以上的颗粒较多, 较差的机制砂1.18mm以上的颗粒占到了50%~70%, 砂中0.315mm的组分在8%~13%波动。我国多数工程实践表明, 采用中砂适宜泵送, 砂中通过0.315mm筛孔的数量对混凝土可泵性影响很大。日本泵送混凝土规程规定为10%~30%, 美国混凝土协会推荐的细骨料级配曲线建议为20%;国内工程实践亦证明, 此值过低输送管易堵塞, 上海、北京、广州等地泵送混凝土施工经验表明, 此值都在15%以上。JGJ/T10-95《混凝土泵送技术规程》规定, 细骨料应符合《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》规定, 通过0.315mm筛孔的砂不应少于15%, 有良好的连续粒级[6]。但一般的砂场生产出的机制砂0.315mm略显不足, 同时1.18mm以上的偏多, 这对配制泵送的机制砂混凝土带来了一定的难题。一般通常采用的方法是适当提高砂率, 增加0.315mm的颗粒的数量, 以保证机制砂混凝土的可泵性。然而, 现在配制机制砂泵送混凝土也存在一个误区, 认为砂率越大越好施工, C15~C30低标号混凝土砂率都已经达到了惊人的60%~70%。应该选择适宜的砂率, 在做机制砂混凝土配合比设计时, 如果砂率过大, 虽然保住了工作性, 但新拌混凝土的早期收缩就增加了, 容易出现塑性开裂等问题, 在夏季温度比较高的时候表现的更为明显。通常为保证机制砂混凝土的可泵性, 同时保证配制混凝土的经济性, 配制机制砂泵送混凝土一般要比河砂混凝土高5%~10%的砂率。

3 结语

随着国家建设的蓬勃发展, 河砂资源愈发紧缺, 机制砂泵送混凝土应用将会越来越多。机制砂由于存在着规格不一、砂两头粗、中间级配少、表面粗糙、石粉含量偏高、需水量较大等缺陷, 在混凝土配制技术上和河砂略有差异。因而在配制机制砂混凝土时, 混凝土技术人员不能生搬硬套河砂混凝土配制的方法, 对石粉的作用、单方用水量、砂率这三个可能走进的误区应加强认识, 从而配制出经济性、工作性、耐久性良好的机制砂混凝土。

参考文献

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[5]赵长军, 董斌, 于敬海.石粉对机制砂混凝土性能影响试验研究[J].低温建筑技术, 2009 (4) :15-16.

珊瑚砂混凝土配制 篇6

近年来, 各类建设项目与日俱增, 混凝土的需求量不断增加;砂是混凝土重要组成部分之一, 其需求量也不断增加。由于优质天然砂属于不可再生资源, 并且随着近年来环境保护意识的加强, 一些地区天然砂的开采受到限制, 优质天然砂面临供不应求的局面。为了解决天然河砂不足, 项目所在地河砂级配差且偏细的矛盾, 机制砂得到了越来越广泛的应用。单纯用机制砂配制混凝土其和易性较差, 增加泵送难度。而机制砂掺偏细河砂混凝土不仅具有较高的经济性和适应性, 且机制砂的生产受气候、季节影响小, 料源稳定充足, 成本低, 在生产工艺上能有效控制, 其品质指标相对稳定。而偏细河砂本身级配不良, 很多区域不准使用, 两者结合使用有利于提高工程质量, 确保生产进度, 降低工程成本。

2 工程概况

本项目位于咸宁市崇阳县境内, 因受制于当地水文地质特点, 天然河砂资源匮乏, 大多从外地调运, 其料源不稳定级配差且偏细, 价格昂贵, 随着施工进入高峰期, 混凝土需求量急增, 当地天然河砂远远不能满足现场施工的需求。本项目线路全长14. 593 km。按双向四车道高速公路标准修建, 设计速度为100 km/h。合同段内共有隧道2座, 主线桥梁15座, 30 m预制箱梁1 098榀; 涵洞、通道共40道。混凝土方量共计约为24万m3。

3 工程面临的主要技术挑战

结合常规混凝土施工应用于本工程中, 存在以下问题: 1) 当地河砂资源匮乏, 河砂价格较高, 运距远, 不利于成本控制, 其料源不稳定, 级配差且偏细, 混凝土施工难以控制; 2) 单一使用机制砂作为细集料用于混凝土中, 混凝土坍落度损失较大, 和易性较差, 泵送难, 在运输距离较远的情况下, 不利于现场施工。为了解决以上问题, 本项目根据机制砂和河砂的特点, 提出使用本项目隧道中开采出来的岩石资源生产的机制砂与河砂混掺用做混凝土细集料, 并进行了混凝土配合比的试验研究工作。

4 机制砂与天然河砂特点

4. 1 本项目机制砂与天然河砂简介

机制砂颗粒形呈三角形或方矩体, 表面粗糙, 棱角尖锐, 有的片状颗粒较多。本项目生产的机制砂细度模数在3. 2 ~ 3. 6之间, 大多偏粗, 级配不良, 致使机制砂混凝土存在和易性差, 易离析等问题, 这就势必使得在配制机制砂过程中加大水泥用量, 增加混凝土的成本。

因本项目地处山区受地理条件的限制, 天然河砂级配较差, 大多偏细, 细度模数基本在1. 9 ~2. 3之间, 无优质河砂资源供应。

根据机制砂和河砂的特点, 机制砂普遍较粗, 筛余0. 3 mm以下所占的比例较小, 而当地天然河砂的粒径0. 3 mm以下细颗粒所占比例较多, 与机制砂复合正好可填补0. 3 mm以下的累计筛余, 使细骨料具有良好的级配。与此同时, 天然河砂可减小机制砂之间的内摩擦力, 从而使混凝土获得良好的施工性能, 因此, 混合砂混凝土的和易性与流动度接近优质天然中砂混凝土, 甚至工作性能更好。将机制砂和天然河砂按一定比例配合而成的混合砂, 用于混凝土中, 不仅能节约成本, 而且能大大改善混凝土的工作性能。

4. 2 本项目机制砂与天然河砂级配情况

取用于本项目施工中具有代表性的机制砂和河砂进行筛分试验, 其结果见表1。

由表1试验数据可见, 该机制砂级配区属Ⅰ区, 级配不良, 细度模数Mx= 3. 4, 为粗砂, 而天然河砂细度模数Mx= 2. 3, 为中砂且偏细。因此, 在机制砂中掺入一定比例的天然河砂调整机制砂的颗粒级配, 以达到Ⅱ区中砂的级配要求。结合机制砂、河砂原材料价格, 通过试验计算分析可得出, 当混合砂中机制砂与河砂掺配比例为60% ∶40% 时, 其所配得混合砂的细度模数为2. 9, 级配区间为Ⅱ区, 且具有较好的经济性, 因此本研究优选机制砂与河砂掺配比例60% ∶40% 。混合砂合成试验数据见表2。

5 机制砂掺河砂混凝土配合比的研究

结合本项目原材料特点, 通过试验分析确定了混合砂的掺配比例, 然后进行机制砂配合比、河砂配合比和混合砂配合比的设计与试配比对试验, 并对其力学性能和工作性能进行研究分析。

5. 1 原材料的选择

细集料为武汉鸿业成建筑工程有限公司生产的机制砂 ( 细度模数3. 4) 和崇阳县肖岭公路局生产的天然河砂 ( 细度模数2. 3) ;粗集料为崇阳 县昌盛采 石场碎石5 mm ~ 20 mm∶16 mm ~31. 5 mm = 60% ∶40% 比例掺配, 合成5 mm ~ 31. 5 mm连续级配;水泥为华新牌P. O42. 5; 粉煤灰为岳电厂F类Ⅱ级; 减水剂为中交二航武汉港湾新材料有限公司生产的LS-SP聚羧酸系高效减水剂, 减水率29% 。

5. 2 机制砂掺河砂混凝土配合比的研究与分析

本项目的混凝土设计等级为C15 ~ C50六个等级, 本试验以C30墩柱混凝土为研究对象, 进行单一砂和混合砂混凝土配合比的设计与试配研究, 并对其影响因素进行分析探讨。C30墩柱混凝土设计要求: 坍落度160 mm ~ 200 mm。

5. 2. 1 配合比设计

按照常规配合比设计方法, 根据设计文件和JGJ 55—2011普通混凝土配合比设计规程要求对单一河砂混凝土配合比进行室内设计工作, 混凝土配合比的计算采用质量法。得出其配合比见表3。

5. 2. 2 配合比试配比对试验成果

在得出河砂混凝土配合比后, 为了使试验具有可比性, 在配合比设计时保证混凝土设计容重、水胶比、胶材用量不变及混凝土工作性能接近的情况下, 按规范要求依次对混合砂混凝土和机制砂混凝土进行配比设计与试拌试验, 因本项目采用偏细河砂和机制砂混掺制得中砂, 以满足混凝土用砂的要求, 提高混凝土性能。根据JTG/T F50—2011公路桥涵施工技术规范第6. 3. 4条中关于Ⅱ区中砂级配要求, 高性能、高强度、泵送混凝土用砂宜选用细度模数为2. 6 ~ 2. 9的中砂, 结合机制砂和河砂的颗粒级配情况和前期试验结果, 同时考虑到机制砂供给充足, 生产成本低且质量可以人为控制, 提高机制砂的掺配比例符合技术经济指标要求, 因此本项目混合砂混凝土选用60% 的机制砂与40% 的河砂作为研究对象来配制混凝土。根据配合比设计要求和试验可得出表4, 表5的试验结果, 通过大量对河砂混凝土 ( A组) , 机制砂混凝土 ( B组) , 混合砂混凝土 ( C组) 配合比的试配比对试验可以得出机制砂与河砂混凝土具有如下特点:

1) 因机制砂的形状粗糙尖锐不规则, 多棱角, 颗粒之间的咬合作用导致新拌混凝土流动阻力大, 工作性能差, 容易离析。

2) 机制砂混凝土与河砂混凝土相比, 在相同水胶比和同样的胶材用量时, 要满足混凝土良好的工作性, 机制砂采用的砂率比河砂明显要大, 这是因机制砂表面粗糙, 多棱角, 粗颗粒较多, 故机制砂混凝土的砂率不宜按天然河砂混凝土砂率选取的方法直接选取, 而应根据机制砂的细度模数, 颗粒级配, 石粉含量等特点进行混凝土配合比设计, 通过合理利用机制砂的特点, 调整机制砂的砂率, 可以配制出工作性良好的混凝土。在配制混凝土过程中砂率过大会使混凝土变得粘稠而达不到预期的流动性; 砂率过小会使混凝土变得干硬易于离析。因此根据机制砂的特点选取合适的砂率, 以保证混凝土拌合物具有良好的和易性与较高的抗压强度是非常重要的。

3) 机制砂的生产必然会产生石粉, 而石粉对机制砂混凝土各方面都有着十分显著的影响, 过多的石粉对混凝土的流动性和强度等有不利的影响, 但是机制砂中含有适量的石粉却能弥补机制砂混凝土工作性差的缺点, 起到填充颗粒间空隙的作用, 能提高混凝土密实度, 混凝土的粘聚性和保水性有所改善。同时细分散的石粉对C3S的水化起明显的晶核作用, 早期能与水泥熟料中的C3A和C4AF发生一系列的化学反应, 生成具有一定强度的结晶水化物, 且石粉具有填充作用, 使混凝土更加密实, 机械强度提高[1]。因此在生产中应加强机制砂石粉含量的控制。

kg/m3

5. 2. 3 工作性能分析

由试拌结果和表4, 表5中所得数据可知, A组混凝土保水性较差, B组混凝土的坍落度损失较大, 在混凝土试配强度都满足要求的前提下, 混合砂混凝土 ( C组) 其出机状态比河砂混凝土 ( A组) 、机制砂混凝土 ( B组) 明显要好, 坍落度损失较小。

因本项目地处山区, 混凝土运输时间较长, 对混凝土的坍落度控制及坍落度损失要求较高, 针对本项目细集料研究分析, 机制砂过粗容易造成混凝土和易性差, 其形状粗糙尖锐不规则, 多棱角, 颗粒之间的咬合作用导致新拌混凝土流动阻力大, 易离析, 不利于泵送, 其中过多的石粉含量也会引起混凝土坍落度损失较快; 河砂级配差且偏细, 配得混凝土流动性、保水性差, 细砂的比表面积较大会加大水分的吸收, 相同用水量的情况下, 坍落度偏小。对混合砂进行级配合成后, 能有效的利用河砂中的细颗粒来减小机制砂之间的摩擦阻力, 能配出良好级配, 减小因细集料级配不良而造成混凝土工作性差, 坍落度损失过大等问题, 使混合砂混凝土具有较好的流动性和保坍性。

6 结语

通过本项目试验研究, 使用机制砂掺河砂配制混凝土, 不仅解决了单一砂配制混凝土工作性和适用性差的问题, 而且也解决了项目所在地河砂供不应求级配差、成本高的问题, 利用本项目隧道中开采出来的岩石资源生产机制砂, 不仅节约了成本, 也保护了环境。因此, 在今后项目混凝土施工过程中, 施工单位可因地制宜, 采用经济性和适用性的混凝土配制方案, 结合对该项技术进一步的推广使用, 必将取得良好的经济和环保效益。

摘要：通过对中交二航局武深高速TJ-5标机制砂掺河砂混凝土的研究, 阐述了机制砂与天然河砂的特点, 对机制砂掺河砂混凝土的级配情况进行了分析, 指出机制砂掺河砂混凝土具有更好的经济性和适用性。

关键词：机制砂,河砂,混凝土,性能,适用性

参考文献

珊瑚砂混凝土配制 篇7

齐岳山隧道进口段长3 645 m(全长10 528 m),洞身最大埋深670 m,反坡排水。进口左侧30 m设贯通平行导坑一座。隧道穿越的地质构造为9条断层和齐岳山背斜,为可溶岩地层,地质条件异常复杂。主要工程地质问题有:岩溶及岩溶高压突水、突泥;煤层瓦斯、天然气等。设计在高压富水地段采用加强性抗水压衬砌结构形式,根据抗水压衬砌结构等级不同分别采用45 cm～115 cm厚的C30钢筋混凝土。

2C30配合比设计

配合比设计参数:

设计要求混凝土强度为fcu,k=30 MPa,抗渗等级为P12。因此在配合比设计中,不但要保证强度,还要保证其抗渗等级要求。

1)混凝土的配制强度。

fcu,o=fcu,k+1.645δ=30+1.645×4=36.6 MPa。

其中,fcu,k为混凝土立方体抗压强度标准值,MPa;fcu,o为混凝土配制强度,MPa;δ为强度标准差,MPa,由于本地无统计资料计算混凝土强度标准差,其值按现行国家标准GB 50204混凝土结构工程施工及验收规范的规定取δ=4。

2)水灰比。

W/C=αAfce/(αAαBfce+ fcu,o)。

其中,fce为水泥实际强度(采用石柱方斗山水泥P.O32.5,R28=39.8 MPa);αA,αB均为回归系数(碎石αA=0.46,αB=0.07)。

3)用水量:210 kg/m3～230 kg/m3。

4)水泥用量:440 kg/m3～480 kg/m3。

5)砂率βs:35%～45%。

6)坍落度:140 mm～160 mm。

3 原材料选用

混凝土强度与原材料有着密切的关系,根据工程设计和规范要求,在不影响结构强度情况下,本着就地取材和经济原则,对原材料试验后选择如下:

水泥:石柱方斗山水泥P.O32.5。

细骨料:隧道进口机制砂,细度模数2.8,中砂。

粗骨料:隧道进口5 mm～31.5 mm碎石。

外加剂:NF-C耐腐蚀防水剂,江西建新建材公司,减水率13%。

4 试验室配合比设计

1)初配混凝土配合比。

水灰比W/C=αAfce/(αAαBfce+fcu,o)=0.46×39.8/(0.46×0.07×39.8+36.6)=0.48。

由于外加剂减水率为13%,经计算取用水量为mwo=195 kg,单位水泥用量mco= mwo/W/C=406 kg。

在潮湿环境中,最大水灰比0.6,最小水泥用量280 kg,故都满足规范要求。

采用质量法:mso+mgo=ρcp-mwo-mcomso/(mso+mgo)=βs。

假定其容重ρcp=2 400 kg/m3。

βs=0.4。

解得:mso=720 kg,mgo=1 079 kg。

初步配合比水泥∶砂∶碎石∶水∶外加剂为1∶1.77∶2.66∶0.48∶0.06。

根据JGJ 55-2000普通混凝土配合比设计规程要求混凝土强度试验时至少采用三个不同的配合比,另外两个配合比的水灰比宜较基准配合比分别增加或减少0.05。

根据计算(每立方米材料用量),初配混凝土配合比见表1。

2)调整工作性,提出基准配合比。

按计算初步配合比,取料26 L,混凝土拌合物各种材料用量如表2所示。

按计算材料用量拌制混凝土拌合物,测定其坍落度为165 mm,未满足设计和易性要求,为此,保持水灰比不变,减少5%水泥浆,再经拌合坍落度为150 mm,粘聚性和保水性亦良好,满足设计和易性要求。

此时各种材料实际用量为:

水:mwo=5.07×(1-0.05)=4.83 kg。

水泥:mco=10.56×(1-0.05)=10.06 kg。

砂:mso =18.72 kg。

碎石:mgo=28.05 kg。

此时基准配合比水泥∶砂∶碎石∶水为1∶1.86∶2.79∶0.48。

3)强度检测。

根据试验结果(见表3),绘制28 d立方体抗压强度与水灰比关系图,见图1。

根据图1并经计算可知:相应混凝土配制强度fcu,o= 36.6 MPa对应的水灰比为W/C=0.46。

确定试验室配合比:

水:mwo=195×(1-0.05)=186 kg。

水泥:mco=186/0.46=404 kg。

砂:mso =724 kg。

碎石:mgo=1 086 kg。

外加剂:24.24 kg。

配合比为1∶1.79∶2.69∶0.46∶0.06。

并根据试验检测,外加剂与水泥的相容性良好,坍落度与强度均满足要求,R28=37.0 MPa。

5 现场控制

现场搅拌前严格测定骨料的含水率,准确测定因天气变化引起的骨料含水率的变化,及时调整施工配合比;采用电子计量系统称量原材料,严格按照施工配合比进行准确称量;搅拌采用强制式搅拌机,搅拌时间不低于1.5 min,确保搅拌均匀;运输过程采用罐车运输,保证混凝土在运输过程中保持均匀性,运送至浇筑地点时不分层、不离析、不漏浆,并具有要求的坍落度等性能,运至现场时搅拌罐车高速旋转30 s左右,再将混凝土拌合物加入到泵车受料斗或混凝土料斗中;浇筑过程中一次浇筑完成;振捣均匀密实,不得随意加密振点和漏振,振捣时间以表面泛浆或不冒大气泡为准,时间大约在30 s,避免过振;对采用硅酸盐配制的抗渗要求的混凝土至少洒水养护14 d。

根据现场制作的同条件养护试件,试验结果表明强度能达到设计要求。

6 其他物理性能

1)抗渗性:抗渗试件标养28 d后,根据GBJ 82- 85进行渗透试验,测试结果表明抗渗等级在P12以上。2)钢筋无腐蚀。

7 加强原材料质量控制

混凝土的质量是影响混凝土结构可靠性的重要因素,在实际工程中,由于原材料、施工条件和试验条件的影响,必然会造成混凝土质量的波动,为保证建筑物结构的安全性和耐久性,我们就必须加强原材料进场检测频率,并在施工过程中(搅拌、运输、浇筑、养护)及养护后进行必要的质量检测和控制。

现场采用隧道出碴轧制的机制砂,在轧制前严格原料的质量控制,及时冲洗,避免粉尘含量超标,我们采用的是石灰岩轧制的机制砂,压碎值以及针片状颗粒含量满足要求,经过实践及时调整机制砂的级配使之满足设计要求,并在一定程度上节省了原材料的生产成本。

8结语

1)经过现场验证,采用机制砂配制的C30抗渗混凝土配合比在齐岳山隧道抗水压衬砌结构施工中得到了很好的应用,施工中混凝土拌合物的和易性良好,抗水压等级满足设计要求。2)对周围环境影响小,环保性能良好。

摘要：对机制砂配制P12抗渗混凝土配合比设计进行了探讨,从原材料选用、试验室配合比设计、现场控制等方面进行了分析,经现场验证,采用机制砂配制的C30抗渗混凝土配合比在齐岳山隧道中得到了很好的应用,满足了设计要求。

关键词：混凝土,机制砂,抗渗等级,配合比

参考文献