全机制砂混凝土

全机制砂混凝土（精选8篇）

全机制砂混凝土 篇1

摘要：本文通过试验研究了配合比设计参数(水灰比、砂率、胶凝材料用量、机制砂的级配与细度模数及含粉量等)对全机制砂混凝土性能的影响,并找出各参数的适宜取值,为全机制砂混凝土的配制提供了试验依据。

关键词：全机制砂混凝土,配合比设计参数,水灰比,砂率

目前,我国多数地区在生产混凝土时仍以天然砂作为主要的细骨料,而天然砂是一种地方性资源,短期内不可再生,也不利于长距离运输。随着我国基础设施建设的日益发展,不少地区天然砂资源逐渐短缺,甚至出现无砂可用的状况,混凝土用砂供需矛盾尤为突出。重庆地区缺乏天然中砂资源,随着三峡水库的蓄水,长江特细砂质量越来越差,且逐渐短缺、价格上涨,同时出于环境保护的需要,应用机制砂完全替代天然砂生产混凝土已势在必行。本文通过试验研究配合比设计参数对全机制砂混凝土性能的影响,并找出各参数的适宜取值,为全机制砂混凝土的配制提供试验依据。

1 主要原材料

1)水泥。拉法基P.O42.5R水泥,重庆拉法基水泥有限公司生产。2)骨料。细骨料采用机制砂,重庆美心砂石公司生产。粗骨料采用石灰石碎石,重庆中梁山产,分为5 mm～10 mm和10 mm～20 mm两个粒级,二者按照3∶7的比例搭配使用。3)矿物掺合料。粉煤灰采用Ⅱ级粉煤灰,重庆珞璜电厂生产。4)混凝土外加剂。GRP-500型泵送剂,重庆市建研科技有限责任公司生产。5)拌合水。普通自来水。

2 试验方法与方案设计

1)机制砂试验方法。

机制砂的筛分试验与细度模数、石粉含量测定按GB/T 14684-2001建筑用砂规定方法进行。

2)混凝土试验方法。

a.混凝土拌合物性能试验。混凝土工作性测试指标包括坍落度、扩展度以及和易性等,试验按照GB/T 50080-2002普通混凝土拌合物试验方法标准规定进行。b.混凝土立方体抗压强度试验方法。混凝土立方体抗压强度按照GB/T 50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准规定进行。

3)试验方案设计。

本试验所采用的混凝土配合比参照JGJ 55-2000普通混凝土配合比设计规程进行设计,研究某个配合比参数对全机制砂混凝土性能的影响时,固定其他参数。

3 试验结果与讨论

3.1 水灰比

早在1918年,Duff Abrams就阐明了混凝土强度的水灰比定律,对于给定的材料,混凝土的强度与胶水比成正比关系。试验比较了不同水灰比的天然中砂混凝土和机制砂混凝土的抗压强度,得出:对于天然砂混凝土,抗压强度随着水灰比的减小而增加,相关性较好,满足水灰比定则。对机制砂混凝土,也表现出与天然砂混凝土相同的规律,只是在同水灰比的情况下,机制砂混凝土的强度稍稍高于天然砂混凝土,造成这种现象的原因有四个方面:1)机制砂的主要成分是碳酸钙,处于高浓度氢氧化钙中,其表面会发生微弱化学反应,而天然砂成分中二氧化硅含量高,不能发生类似反应;2)机制砂不仅质地坚硬、有新鲜界面、表面能高,且表面粗糙、棱角多,这均有助于提高界面的粘结;3)机制砂中的石粉在水泥水化中起到了晶核的作用,诱导水泥的水化产物析晶,加速水泥水化并参与水泥的水化反应,生成水化碳铝酸钙,并阻止钙矾石向单硫型水化硫铝酸钙转化;4)机制砂中石粉的颗粒粒径小,在混凝土中发挥与粉煤灰类似的“形态效应”,填充混凝土中的孔隙,使混凝土变得更密实而提高强度。

3.2 砂率

图1,图2在保持基本配合比不变的前提下,对比了不同砂率下混凝土和易性及强度变化趋势。

在本试验中,可以看出砂率在37%～43%之间工作性较好。

通过与中砂对比(见图3),在同砂率下,天然中砂混凝土的坍落度高于机制砂,且粘性较低,易于泵送,这主要是由于河砂的粒形较圆,且级配较为合理造成的。

随着机制砂砂率的增大,7 d抗压强度基本保持在30 MPa左右,28 d强度保持在37.0 MPa左右,说明水灰比一定的情况下,砂率对机制砂混凝土的强度影响不大。

3.3 级配与细度模数

试验对比了同一砂场生产的两种机制砂,分别为X样品和Y样品,其中X样品的细度模数为2.8,属中砂,Y样品的细度模数为3.8,属粗砂。试验表明,机制砂通过降低细度模数可以改善其级配,而且达到中砂范畴的机制砂的级配接近级配2区的要求。此外,对比两种砂拌制的混凝土,可以发现,在同水灰比的条件下,细度模数和级配对混凝土的强度影响不大,但对混凝土的坍落度与和易性影响很大。

3.4 胶凝材料用量

机制砂的级配不如中砂,要保证预拌混凝土的和易性,具备可泵送的性能,就必须使用更多的胶凝材料来填充空隙,润滑砂石,对于低强度等级的混凝土,由于水泥用量少,胶凝材料总量偏少,因此,机制砂混凝土的胶凝材料应满足一个最低用量,才使其具备较好的可泵性能。试验采用C20配合比,通过增加粉煤灰用量来提高胶凝材料的总量,试验结果见表1。

表1的数据显示,当机制砂混凝土的胶凝材料用量(包括粉煤灰用量)小于330 kg/m3时,混凝土的粘聚性和保水性较差,难以满足泵送要求。因此,为了满足混凝土的可泵性,机制砂混凝土的胶凝材料总量不应小于330 kg/m3。

3.5 石粉含量

试验对比了不同石粉含量的机制砂混凝土的工作性能和力学性能,试验结果见图4,图5。

图4中结果显示:随着机制砂中石粉含量的增加,当石粉含量大于5%时,全机制砂混凝土的工作性和力学性能有明显的提高,尤其是当石粉含量达到7%时,工作性能和强度达到最佳,当石粉含量超过10%时,混凝土的坍落度明显下降,由于混凝土中粉体含量过多,导致浆体中自由水量过少,混凝土拌合物和易性下降。

所以,可以通过提高机制砂的石粉含量来改善全机制砂混凝土的工作性,石粉含量应大于5%,以石粉含量7%最佳,但不应超过10%。

4 结语

1)Abrams的水灰比定律对全机制砂混凝土同样有效,因此,机制砂混凝土可以采用水灰比定律来设计配合比。2)在配制全机制砂混凝土时,砂率宜控制在37%～43%之间。3)在配制全机制砂混凝土时,机制砂的细度模数宜控制在中砂范围。4)在配制全机制砂混凝土时,为保证混凝土具有良好的和易性,胶凝材料总量不应小于330 kg/m3。5)用于配制全机制砂混凝土的机制砂含粉量宜控制在5%～10%。

参考文献

[1]朱俊利,郎学刚,贾希娥.机制砂生产现状与发展[J].矿冶,2001(10):4.

[2]周大庆,张道友,赵华耕,等.机制砂高性能混凝土配合比设计的研究[J].国外建材科技,2005(26):3.

[3]李美利.机制砂中石粉含量对混凝土抗压强度的影响[J].河南建材,2001(3):39-40.

[4]路文典.人工砂石粉含量超标对常态强混凝土性能的影响试验研究[J].山西水利科技,2000(4):53-54.

[5]吴明威,付兆岗,李铁翔,等.机制砂中石粉含量对混凝土性能影响的试验研究[J].铁道建筑技术,2000(4):71-72.

[6]郑金炎,吴跃群.人工砂在商品混凝土中的应用[J].建材技术与应用,2004(6):45-46.

全机制砂混凝土 篇2

关键词：机制砂；石粉含量变化；混凝土力学性能；混凝土工作性

中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）06-0179-02

随着我国市场经济发展进程的不断加快，各项基础设施日渐完善。目前，天然砂资源在我国的消耗量逐渐增多，各地区的天然砂资源使用殆尽。针对这种情况，文章提出机制砂在实际施工中的应用，认为石粉含量多少将对混凝土自身的性能带来较大影响。机制砂中的石粉是通过机械破碎以及一定筛分后才能投入使用的，为保证其应用的稳定性需要对其颗粒大小进行严格控制。天然砂也被称作河砂，河砂中的石粉与机制砂中的石粉不同，其具有颗粒大的特点，这就意味着其很难发挥出实际的填充作用。文章探讨的机制砂石粉中的细集料，就可以有效的改善这一混凝土拌合的实际现状。

1 工程概述

华润水泥厂生产P·O42.5型号的水泥，其选用的石粉是0.075 mm的石灰岩石粉。对于矿物掺合料，采用的是首钢磨细粒化高炉矿渣粉，Ⅱ级粉煤灰则是由深圳妈湾电厂提供的。其中，机制砂细集料主要来源于石灰岩，并采用5～25 mm型号的粗集料，进行连续级配石灰岩碎石[1]。

2 石粉岩性对机制砂混凝土性能的影响

机制砂生产水泥的过程是处在一个高碱环境中，其中的集料会发生弱化学反应，即被称为碱集料反应。由于该机制砂石粉的所集料与混凝土配制采用的集料岩性一致，这就意味着该机制砂中的集料就是混凝土中的微集料。此外，因其具有一定的微弱活性可与水泥发生化学反应，所以微集料在混凝土施工中大多用于填充。

据相关人员表示，石灰石石粉在作为填充材料的过程中是在水灰比很低的水泥浆中进行的。如果在水胶比较高的水泥浆中，水化产物的体积是与石灰石石粉的填充料含量成正比的，这就意味着机制砂混凝土的强度是取决于胶空比受水化的程度。同时，相关学者认为石粉的岩性能够为水泥的水化程度带来一定的增强作用，这是石粉在反应过程中起到了晶核作用的原因[2]。

3 石粉含量对机制砂混凝土性能的影响

3.1 针对机制砂混凝土工作性的影响

石粉含量对机制砂混凝土性能的影响是随着灰砂比的变化而变化的。

当灰砂含量比较大、水灰较小时，石粉含量的增加会使其稠度下降。

当灰砂含量较小且水灰较大时，石粉含量的增加就会使混凝土的异性反应和砂浆的使用性能得到改善。

当机制砂中小于0.08 mm的石粉对混凝土拌和的物理性能会产生的影响为，增大了固体表面积对水体积的比例。由于石粉是惰性的掺和料，其具有颗粒细小的特点，这就在很大程度上补充了混凝土所缺少的细颗粒，从而实现了减少了泌水性和离析反应的目的。

此外，当石粉与水泥进行混合后会形成柔软的浆体，这就增加了混凝土的泥浆量。相关研究表明，石粉含量对机制砂混凝土的影响是存在一定限度的。当石粉含量超过了这个既定的限度，机制砂混凝土的用水量就会增加，从而使拌和物以及其他性能指标也随之下降。由此可以得出，在生产水泥的过程中，机制砂混凝土取代河砂且没有其他添加剂时，其工作性就会下降。在掺入高效的外加剂后，机制砂混凝土的工作性才会逐步得到改善[3]。

3.2 针对机制砂混凝土力学性能的影响

在该工程生产水泥的过程中，相较于河砂机制砂混凝土的强度更高，即使是仅是部分取代河砂，其具有的强度影响仍然存在。其中石粉含量的变化对机制砂混凝土强度的影响是比较复杂的。具体体现在，当石粉的含量介于10%～20%之间时。随着石粉含量的增加，混凝土的强度变化呈下降趋势，这是在坍落度相同的情况下增加了用水量的原因。

如果固定水胶比是0.6的情况下，石粉的含量从0增至20%，混凝土的抗压强度是呈上升趋势的。当混凝土水胶比是0.46时，机制砂混凝土的抗压强度对石粉含量的变化并不敏感[4]。而当机制砂混凝土石粉的含量小于一定限度后，石粉的微集料就不能有效的填充骨料与水泥石之间的空隙，因而其强度达不到临界值。如果石粉含量过高，就会使机制砂混凝土的密实性得不到保证，从而使其不能满足生产对力学性能的要求。这种情况，就会使混凝土的粗颗粒减少，其对于骨架的作用就会削弱。与此同时，非活性的石粉就不具备胶结和水化的作用。而且，在生产水泥含量不变的情况下，石粉含量过高还会降低混凝土的强度和水泥浆。

3.3 针对机制砂混凝土长期耐久性的影响

机制砂中的石粉对于混凝土具有较强的保水性和粘聚性，还能在一定程度上避免泌水离析现象的发生。这就意味着其有利于水泥结构与施工界面的粘结过程，并有效地阻断了渗透现象发生的可能性，从而使得机制砂混凝土的抗渗性得到了很大程度的改进。具体的作用过程为：当机制砂中的石粉含量达到了15%时，混凝土的吸水性就会降低。当机制砂中的石粉含量超过了15%时，混凝土吸水性将呈逐渐递增的趋势。

此外，相关研究表明，利用石灰石粉、粉煤灰以及硅质石粉取代部分细集料后，混凝土中的孔隙总体积是与普通混凝土耐久性是一致的。这是因为100 nm以上的大孔径孔隙体积得到了减小，其所发挥出的填充效应使得混凝土结构的密实性得到了增强。这就会在很大程度上阻止溶液在孔隙中进行流动、Ca（0H）2等大晶体沉积的形成以及过相关渡区的形成[5]。由此可以看出，这种方法也可以使混凝土的抗渗性得到有效提升。机制砂中石粉能够有效加强混凝土的抗冻性，具体来说是通过改善混凝土的毛细孔结构来实现的。但这一内容也需要对石粉含量进行严格控制才能得以实现。

3.4 针对机制砂混凝土体积稳定性的影响

相关研究表明，当机制砂中石粉含量增加时，混凝土的收缩性能是呈下降趋势的，而且机制砂的使用也会比河砂混凝土的收缩值要小。具体来说，当石粉的含量处于10%以下时，机制砂混凝土的干缩率是逐渐增大的且这一过程非常缓慢。当石粉的含量大于10%时，机制砂混凝土的干缩率是明显增大的。这就意味着只有在石粉含量较高的情况下，才能使机制砂混凝土具备一定的干缩率作用。

此外，机制砂中的石粉颗粒要小于 75 μm，这样才能使混凝土拌合物增加水泥浆的含量。当粒径小于0.16 mm的石粉含量从15%增加到24%时，石粉含量增加量与混凝土的干缩率成正比。由此可以看出，与水胶相比石粉含量的增加对混凝土干缩的影响更大。

当机制砂中的石粉处在不同含量时，混凝土的干缩程度是呈递增的性能趋势的。把水胶比参与到石粉含量对混凝土性能的影响研究后，得出水胶比越大，其石粉的含量就越大，而混凝土的收缩程度也随之增大。

当机制砂中的石粉含量再增加后，就会使其对混凝土收缩程度的影响更明显。这是因为增加的石粉含量能够在一定程度上加速水泥的水化程度和水化碳铝酸盐的形成，而且还会使减水剂的剂量增加。当水胶比是0.53时，机制砂中的石粉含量从0增加到了20%，混凝土在此过程中发生了缓慢变化[6]。将在这一过程中施加200 d的荷载压力后，就会使混凝土水化率得到有效提高以及促进水化碳铝酸盐的形成。

4 应注意的问题

就目前来说，机制砂中石粉对混凝土的具体影响内容并不明朗。相关研究人员，过于注重石灰岩石粉对混凝土的影响问题，这并不能全面的解决问题。因而，应扩大研究范围对于其他岩性的机制砂进行研究。增加机制砂中的石粉对于混凝土长期耐久性影响的研究，远没有对其他性能进行的研究内容多。石粉与活性矿物质掺和料不同，其虽然具有一定的化学活性，但在混凝土的性能中仍然作为一种惰性填充料出现。因而，当机制砂中的石粉大量存在于混凝土中时，就会为其的耐久性带来一定影响。由于混凝土材料使用的耐久性是直接决定工程施工质量的关键，相关研究人员要对这一内容进行更进一步的科学研究。机制砂中的石粉与混凝土的配合比设计与普通混凝土的配合方式相同，这就没有完全的体现出应用石粉后的差异性。

上述内容都是行业相关人员未来进行科研攻关的具体问题。

5 结 语

综上所述，要想控制河砂资源的使用问题，可通过广泛应用机制砂来进行解决。机制砂中的石粉能够有效避混凝土泌水性和离析现象的发生。然而，这一目标的实现，需要相关人员合理的控制石粉的使用含量。

具体来说，石粉含量的变化会对混凝土的工作性、力学性能、耐久性以及体积稳定性产生影响。此外，其对混凝土的影响还与水胶比、石粉颗粒大小有着密切联系。研究表明，合理的控制机制砂中石粉的颗粒大小，是决定混凝土能够成功填充水泥石与骨料之间缝隙的重要因素。现阶段，对于在混凝土拌合过程中应用机制砂的相关数据还不够合理。要更快的推广机制砂的应用范围，还要对其石粉含量的变化情况进行更进一步的研究。

参考文献：

[1] 杜凤英，李海波，张秀芝.机制砂中石粉含量对混凝土性能的影响[J].商 品混凝土，2012，（6）.

[2] 王卫东，王雨利.石粉对机制砂混凝土性能影响的研究现状[J].商品混 凝土，2010，（5）.

[3] 张锦，严捍东.石粉含量对机制砂混凝土性能影响的试验研究[J].贵州 大学学报（自然科学版），2014，（6）.

[4] 许德兴，洪一粟，林小康.机制砂中石粉含量对混凝土性能的影响[J].江 西建材，2015，（12）.

[5] 刘战鳌，周明凯，李北星.石粉对机制砂混凝土性能影响的研究进展[J].材料导报，2014，（19）.

全机制砂混凝土 篇3

混凝土是现代土木建筑工程中用量最大、用途最广的一种建筑材料, 发挥着其它材料无法替代的功能和作用[1], 其中砂是混凝土中的重要组成部分。随着城市化建设进程的加快, 建筑行业的飞速发展, 对建筑用砂的需求量日益增加, 然而天然砂资源是有限的, 尤其是天然级配良好的河砂, 几近枯竭[2]。优质河砂越来越少, 目前市场上的砂往往很粗, 细度模数高达3.3以上, 级配不好, 孔隙率大, 用这样的砂拌制混凝土, 工作性能差, 施工困难, 需增加胶凝材料用量, 且硬化后混凝土因密实性不好耐久性差。

珠三角地区由于河砂被过度开采, 政府加强了管控, 天然砂资源将面临季节性供应紧张。即使部分江段可以采砂, 但时常含泥量过高, 级配不良, 粗细不均, 严重影响混凝土的稳定性和质量。另外, 过度开采天然砂源对自然环境所造成的压力也日益凸显, 混凝土行业亟需寻求一种可以替代天然河砂的资源以保证其可持续发展。

机制砂是指由岩石破碎, 经筛分后粒径在5mm以下的大小不同的颗粒, 业内已有使用机制砂替代天然河砂生产混凝土的先例[3], 但部分观点认为使用机制砂是仅仅为了降低生产成本从而对使用机制砂持反对态度。实际生产中, 如果设备选型合适, 并采用整形工艺, 可生产出粒形圆整、粒度均匀、级配可控、质量稳定的机制砂。这种高品质的机制砂与品质不佳的天然粗砂混用, 可大大改善混凝土的和易性[2], 稳定混凝土的质量。

2 原材料和试验方法

2.1 原材料

2.1.1 机制砂

生产厂家:新会大泽永鑫石场。

生产工艺:主要设备是立轴式反击破碎机。机制砂与碎石联产, 大石破碎后, 经振动筛分离出市场需求量大的各规格碎石, 筛下余料运送至立轴式反击破碎机, 破碎成为石粉含量超标的机制砂, 再经水洗去除多余的石粉, 生产出可用于混凝土中的机制砂 (生产流程见图1、立轴式反击破碎机见图2) 。

物理性能:粒形圆润, 针片状少, 见图3, 物理性能见表1, 筛分曲线见图5。

2.1.2 天然砂

产地:潭江

物理性能:粗颗粒多, 见图4, 物理性能见表1, 筛分曲线见图6。

2.1.3 其它原材料

水泥:华润P·Ⅱ42.5R, 28d抗压强度为55.3MPa。

粉煤灰:广州华润热电, Ⅱ级, 细度21.6%, 需水量比98%。

碎石:花岗岩, 5~25mm, 连续级配。

外加剂:惠州红墙, 萘系, CSP-2高效减水剂, 固含量20%, 减水率18.6%。

2.2 试验方法

三个配比的泵送混凝土, 机制砂按不同比例取代天然河砂。依据JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》进行试配, 观察和易性, 测试坍落度和抗压强度。混凝土配比见表2。

3 试验结果与分析

⑴机制砂与河砂不同比例掺和后的筛分结果见表3及图7~图9。

可见, 100%河砂时, 细度模数过大, 筛分曲线不在Ⅱ区范围内;100%机制砂时, 虽然细度模数合适, 但0.15mm以下的颗粒较多, 说明细粉量偏大;而机制砂掺量在30%~70%时, 细度模数和级配均较好。

⑵试验结果见表3。

⑶机制砂对混凝土和易性的影响。由表3可知, 由于天然河砂细度模数大, 0.15mm以下的颗粒很少, 级配不好, 孔隙率大, 使骨料和砂浆分布不均匀, 混凝土粘聚性差, 混凝土料看起来很散, 泌水, 甚至离析, 出现可泵性差或是难以泵送等现象。随着机制砂掺量的增加, 混凝土的和易性得到明显提高。但掺量超过一定量后, 和易性又开始变差, 掺量在50%~75%之间性能最佳。这主要是因为机制砂级配好, 细颗粒含量大, 当掺量合适时填补了天然河砂粗颗粒之间的空隙, 弥补了天然河砂细颗粒不足的缺点, 混凝土和易性好;但掺量过大, 由于机制砂颗粒毕竟表面粗糙, 没有天然砂表面圆滑, 流动性能下降, 同时由于机制砂细粉量过大, 导致混凝土砂率过大, 需水量增加, 混凝土干涩, 无流动性。

⑷机制砂对混凝土抗压强度的影响。由表3可知, 机制砂不同掺量时, 混凝土抗压强度差不多, 这可能是因为水胶比保持不变所致, 也说明机制砂并不会降低混凝土的抗压强度。

4 机制砂的应用实践

天然河砂是自然资源, 开采出来是什么样就只能是什么样, 质量波动较大, 特别是粗砂, 混凝土生产时更是不易控制, 加水少时混凝土很干, 加水稍多, 混凝土又离析。而机制砂是机器生产, 质量稳定、可控, 与河砂搭配使用, 可部分消减天然砂波动产生的不良影响, 提高混凝土质量。

我公司自2011年开始使用机制砂, 已配制出最高强度C60的泵送和非泵送混凝土, 应用于各类建筑工程中, 累计生产混凝土超过100万方。普遍反映混凝土质量稳定, 和易性较好。这充分说明使用机制砂是合理可行的, 机制砂与粗天然河砂合理搭配使用可改善混凝土的和易性和稳定性, 提高混凝土质量。

5 机制砂使用中存在的问题

虽然机制砂作为天然河砂的替代品用于混凝土中以缓解环境压力越来越得到行业内的认同, 应用越来越广泛, 但目前一些施工单位、建设单位未完全认识到机制砂的作用, 仍固执地认为使用机制砂乃是搅拌站“以次充好”, 为了降低生产成本, 追逐利润的违规操作。

一旦出现质量异议, 机制砂就成了搅拌站无可否认的“罪证”!这与传统观念有关, 也与目前机制砂生产工艺、产品质量良莠不齐、部分搅拌站盲目使用不符合要求的机制砂等有关, 希望行业主管部门能加大宣传力度, 制定导向政策, 加强管理, 指导机制砂混凝土在建筑工程中得到合理的应用。

6 结语

⑴机制砂与粗天然河砂合理搭配使用可改善混凝土的和易性。

⑵机制砂不会降低混凝土的抗压强度。

⑶机制砂质量稳定、可控, 可部分抵消天然砂波动产生的不良影响, 提高混凝土质量。

摘要：适用于混凝土使用的优质河砂供不应求, 而粗砂单独使用时会影响混凝土的性能。粒形圆整、质量稳定的机制砂与粗砂混合使用, 可以改善混凝土的和易性。

关键词：粗砂,机制砂,混用,混凝土性能,改善

参考文献

[1]洪锦祥, 等.石屑代砂在混凝土中的研究与应用.混凝土, 2002, 6:56

[2]廉慧珍.砂石质量是影响混凝土质量的关键.混凝土世界, 2010, 9:32

全机制砂混凝土 篇4

随着建筑业的发展以及对生态环境的重视,天然砂已不能满足建筑工程和预拌混凝土的需要,使用机制砂代替天然砂已经成为形势所需。机制砂是一种通过机械破碎、筛分或通过水洗形成的粒径小于4.75mm的岩石颗粒,一般含有较多石粉,颗料表面粗糙,尖锐多棱角,细度模数可调。通过试验,使用机制砂完全能够代替天然砂,生产坍落度大于200mm以上,强度C60以下的泵送混凝土,此次试验为坍落度200mm,设计强度为C50的泵送混凝土。

1 原材料[1]

水泥选用唐山冀东水泥厂生产的盾石牌P·O42.5水泥,性能指标见表1。

粉煤灰选用绥中热电厂的Ⅰ级粉煤灰,质量指标见表2。

粗集料:主要控制指标为最大粒径、针片状含量和级配。根据泵送混凝土施工技术规范,最大粒径与输送管管径之比为:泵送高度<50m时,≤1:3,泵送高度在50～100m时,宜为1:3～1:4,泵送高度>100m时,宜为1:4～1:5。为此确定采用5～25mm连续级配地产石灰石碎石,表观密度为2700Kg/m3,松散堆积密度为1550Kg/m3,压碎值为14.7%。

细集料:采用粗骨料同厂家生产的机制砂,各性能指标见表3。对比天然砂采用绥中地产河砂,细度模数2.7,含泥量0.5%

外加剂采用XL1730聚羧酸高效减水剂,固含量20%,减水率35%。

2 配合比设计

配合比设计的主要依据为《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011、《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB/T50080-2002、《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081-2002,主要控制指标为强度、凝结时间、拌合物和易性及坍落度经时损失等。

配合比确定:混凝土设计强度等级为C50,按照《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011中公式fcu.0≥fcu.k+1.645σ计算配制强度为60MPa(因无统计资料,σ按标准规定取值为6.0MPa),根据天然砂配合比设计经验选择取水泥用量为470Kg/m3,粉煤灰用量为70 Kg/m3。

根据集料最大粒径25mm、泵送坍落度要求及原材料等情况综合水灰比及材料用量,考虑机制砂的棱角性及石粉含量等特点对混凝土和易性的影响,首先按理论配合比参数选用不同的砂率(分别为40%、39%、38%、37%、36%、35%、34%、32%、30%)及水灰比(分别为0.39、0.37、0.35、0.33、0.31、0.29)进行试拌。通过对拌合物性能及混凝土强度等方面的比较,确定砂率为37%,水胶比为0.31,各原材料每m3用量见表4(单位:Kg)[2]。

3 试验

混凝土拌合物的工作性按《普通混凝土拌合物质性能试验方法标准》GB/T50080-2002进行检测,抗压强度按《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081-2002进行检测,试件尺寸为150mm×150mm×150mm,长期性能和耐久性能按《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082-2009进行检测,试件尺寸按标准尺寸。成型室实测温度为19～22℃之间,实测湿度为70%,养护方法为标准养护,养护龄期为28天。

按表4试拌混凝土各项指标检测结果如下:混凝土拌合物的坍落度220mm,扩展度550mm,经时1小时损失后坍落度为210mm,扩展度为500mm,7d强度达到46.8MPa,28d强度达到71.4MPa,完全符合C50泵送混凝土要求。

按表4同配合比用天然砂拌制的混凝土各项指标检测如下:混凝土拌合物的坍落度230mm,扩展度560mm,经时1小时损失后坍落度为220mm,扩展度为510mm,7d强度达到45.6MPa,28d强度达到68.0MPa,同样完全符合C50泵送混凝土要求,但塌落度略好,强度略低于机制砂混凝土[3]。

4 调整及注意事项

按表4配合比用量其他材料不变,外加剂用量调整为12.2后,各项指标检测结果如下:混凝土拌合物的坍落度240mm,扩展度580mm,经时1小时损失后坍落度为220mm,扩展度为520mm,7d强度达到48.9MPa,28d强度达到73.4MPa。

用机制砂拌制的混凝土,凝结时间比天然砂拌制的混凝土长约1～2小时,坍落度比天然砂所拌机的混凝土小10mm～20mm,但适当增加外加剂用量后,其工作性能及强度等指标优于天然砂所拌制的混凝土[4]。

另外,机制砂拌制混凝土受石料含量影响较大,应严格控制机制砂中石料含量;由于机制砂中所含石粉较多,混凝土拌合物中浆体增多构件产生裂缝,施工过程中应适当缩短振捣时间,以防产生离析泌水现象;同时因浆体较多容易产生干燥收缩,应在施工过程中加强养护以预防混凝土开裂,一般应养护14d以上[5]。

5 结语

机制砂石生产线已在全国各地广泛投入使用,所产机制砂、石各项性能指标完全符合《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》(JGJ52—2006)或国标《建筑用砂》GB/T14684—2001的要求,在优级选配合比的情况下,用机制砂拌制泵送混凝土中的各项指标均不低于用天然砂拌机的混凝土,完全能够用机制砂代替天然砂。

机制砂与天然砂优越性对比具有质量可靠、可使大量废弃资源再利用、天然资源十分丰富、保护生态环境等优点,有利于机制砂工业就地取材,就地生产,就地供应,既减少运输费用,又减少生产费用,经济效益非常可观。

摘要：机制砂代替天然砂已经成为形势所需,机制砂混凝土的原材料选择,配合比设计与调整,施工及应注意的问题。

关键词：机制砂,代替,天然砂,泵送混凝土

参考文献

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[3]贺图升、周明凯《石粉对机制砂混凝土拌合物泌水率的影响》[DB/OL]中国混凝土网http://www.cnrmc.com/book/list.asp?id=25397&jdfwkey=kqule 2007.4.12

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机制砂混凝土的酸雨中性化 篇5

我国的酸雨主要是硫酸型,三大酸雨区分别为:华中酸雨区,是全国酸雨污染范围最大、中心强度最高的酸雨污染区;西南酸雨区,是仅次于华中酸雨区的降水污染严重区域;华东沿海酸雨区,污染强度低于华中、西南酸雨区。

近年来,随着我国混凝土用量逐年增加,作为混凝土重要组分的天然砂资源却日渐匮乏,特别是在我国石多砂少的云、贵、川等地的交通设施建设中,采用机制砂替代天然砂配制混凝土势在必行。而当地酸雨频率较高,因此,大量混凝土建/构筑物,包括桥梁、大坝等重大工程直接暴露在大气环境中,遭受CO2和酸雨等腐蚀。混凝土耐久性问题十分突出,而酸雨影响下机制砂混凝土中性化的相关文献却鲜有报道。因此,本文通过试验,对比了机制砂混凝土与河砂混凝土在酸雨作用下的中性化过程,为机制砂混凝土结构的耐久性设计及评估提供理论依据。

1 试验

1.1 原材料及混凝土配合比

水泥:贵州盘江海螺牌P·O52.5级水泥,其物理性能参数见表1;Ⅱ级粉煤灰:0.045 mm方孔筛筛余20%,需水量比105%,烧失量2.53%;机制砂:母岩为石灰石,细度模数3.07,石粉含量5.9%,表观密度2760 kg/m3;河砂:细度模数2.4,表观密度2604 kg/m3,含泥量4.0%,细集料级配曲线见图1;外加剂:缓凝超塑高性能减水剂。试验用的混凝土配合比见表2。

kg/m3

1.2 试验方法

1.2.1 碳化试验

碳化试验参照GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》进行。混凝土试块尺寸为100 mm×100mm×100 mm,标准养护26 d后在60℃下烘干48 h。经烘干处理后的试块,留下相对的2个侧面,其余表面采用加热的石蜡密封。然后在暴露侧面上沿长度方向用铅笔以10 mm间距画出平行线,作为预定碳化深度的测量点。本试验分别测试了混凝土加速碳化7 d、14 d、28 d和60 d的碳化深度。

1.2.2 酸雨与碳化复合试验

我国酸雨中最主要的阴离子成份是SO42-,其次是NO3-,阳离子则以H+和NH4+为主。根据典型城市酸雨的离子组成与主要离子浓度,试验以p H值4.0、SO42-浓度为0.15 mol/L的溶液模拟酸雨,试验过程中溶液的SO42-浓度用硫酸铵调节,p H值用硝酸调节。

试验采用边长100 mm的混凝土立方体试件,养护26 d时从标准养护室取出,在60℃下烘干48 h后留下相对的2个侧面,其余表面用环氧树脂密封。试验采用浸烘循环模拟酸雨腐蚀,即试块在酸雨模拟液中浸泡36 h后晾干1 h,再放入60℃烘箱里烘10 h,取出冷却1 h为1个循环,每12 h用酸度计测试酸雨模拟液的p H值,并用硝酸调节溶液的p H值。10次浸烘循环后进行碳化试验。碳化龄期为7 d、14 d、28 d和60 d。

2 结果与分析

2.1 试验现象

以JC40机制砂混凝土为例,对比了加速碳化、酸雨与碳化复合试验后混凝土试件的外观形貌,结果见图2。

从图2可以看出,加速碳化试验后,JC40试件表层混凝土较为完好,碳化深度预定网格线清晰可见,而酸雨与碳化复合试验后,混凝土试件表面砂浆层疏松,有一定程度的剥落。

2.2 加速碳化条件下混凝土的碳化深度

不同碳化龄期时,机制砂混凝土和河砂混凝土的碳化深度见表3。

由表3可见,随着碳化龄期的延长,混凝土的碳化深度增大;随着混凝土强度等级的提高,碳化深度减小,尤其是强度等级为C50和C60的混凝土,出现早期碳化深度为0的情况;机制砂混凝土的碳化深度明显小于同强度等级的河砂混凝土。

机制砂混凝土中含有一定量的石粉,具有增黏、润滑、填充和增强水化等多种效应,从而在一定程度上改善了硬化水泥石的孔隙结构,提高了机制砂混凝土抵抗碳化的能力。

2.3 加速碳化和酸雨复合条件下混凝土的碳化深度(见表4)

由表4可知,酸雨与碳化复合作用时,混凝土的碳化深度表现出与加速碳化一致的规律,即随着碳化龄期的延长,混凝土的碳化深度增大;随着混凝土强度等级的提高,碳化深度减小。与单纯加速碳化相比,酸雨与碳化复合作用下,混凝土的碳化深度均有不同程度的提高,表明酸雨加速了混凝土的中性化进程。

以C40混凝土为例,对比了加速碳化、酸雨与碳化复合后的碳化深度,结果见图3。

由图3可见,不论碳化或酸雨与碳化复合,机制砂混凝土的碳化深度均小于相同强度等级(C40)的河砂混凝土,说明机制砂混凝土具有较好的抵抗碳化能力。

酸雨的腐蚀机理可以表述为:

由式(1)可知,酸雨对混凝土的影响与CO2所引起的碳化过程相似,且由于反应生成的盐是可溶盐,它们的溶出对混凝土结构的破坏与CO2所引起的碳化作用也相似。因此,将酸雨过程称作混凝土的类碳化作用[1]。研究表明[2],酸雨对硅酸盐水泥基材料的破坏主要是H+和SO42-共同作用的结果:一方面,H+使硬化水泥石中的Ca(OH)2、CSH、CxAHy等物质发生分解、转化而引起结构溃散性腐蚀;另一方面,SO2-与水泥石作用,生成膨胀性的Ca SO4·2H2O,进而引起膨胀性腐蚀。也就是说,酸雨腐蚀机理是一种由分解腐蚀与膨胀性腐蚀共同构成的复合型侵蚀破坏。

结合本文的试验结果,酸雨模拟溶液的主要酸性成分是H2SO4和HNO3,它们是强酸电解质,在水溶液中能够完全电离。即

在浸烘循环作用下,酸雨模拟溶液中的H+和SO42-进入混凝土表面或孔隙中,其中H+会和混凝土中的水泥水化产物发生强烈的中性化反应[3,4,5,6,7,8]。此过程使得混凝土孔隙液体中的H+浓度迅速增加,因而对H2CO3的离解有抑制作用,进而对由CO2引起的混凝土中性化进程有减弱的趋势,但是随着浸烘次数的增加,强电解质离解出的H+浓度增加,增强了混凝土的类碳化作用,在宏观上表现为混凝土的碳化深度大于单一碳化的情况。这与文献[3-4,8]的研究一致。此外,进入混凝土孔隙液的SO42-与水泥石作用,生成膨胀性的Ca SO4·2H2O晶体以及无胶结性的Si O2·n H2O和A12O3·n H2O胶体等,导致材料发生由表及里的侵蚀破坏,并伴随内部结构的损伤,外观表现为最初材料表面出现软化、浆化现象(见图2),随后逐渐产生许多微裂缝,为后期碳化过程中CO2的侵入提供了通道。因此,酸雨与碳化复合作用下,酸雨加速了混凝土中性化进程。

但有研究认为[9,10,11],由于酸雨侵蚀的参与,混凝土中性化问题减弱,相对于单独碳化作用,酸雨和碳化复合作用对混凝土中性化起到一定的抑制效果。

本文以C40机制砂混凝土为例,按照CECS 220:2007《混凝土耐久性评定标准》的方法计算了混凝土内钢筋开始锈蚀的时间t1,依此进一步对比碳化、酸雨与碳化复合作用的影响。混凝土28 d抗压强度为53.45 MPa。

碳化导致混凝土内钢筋开始锈蚀的时间t1按公式(2)计算:

式中:d———混凝土保护层厚度,取30 mm;

k——碳化影响系数,按式(3)计算,其中参数取值见表4;

x———碳化残量,按式(4)计算;

m———局部环境系数,一般大气环境取为1.2,酸雨与碳化复合作用下取4.2。

当d≤28 mm时,Dc=d;

当d>28 mm时,Dc=d+0.066(d-28)0.47k(k≥1.0,且当k≥3.3时取k=3.3)。

碳化系数计算取值见表4,钢筋开始锈蚀的时间计算见表5。

通过上述计算结果可知,对于保护层厚度30 mm的机制砂混凝土构件内的钢筋,单独碳化作用下约63.81年开始出现锈蚀,而酸雨与碳化复合作用时,钢筋开始锈蚀的时间提前到37.82年,说明酸雨与碳化复合作用加速了混凝土的中性化进程,对混凝土耐久性能的劣化影响更大。

3 结语

通过碳化、酸雨与碳化复合试验,对比了不同强度等级河砂混凝土、机制砂混凝土的抗碳化能力,得到以下结论:

(1)不论加速碳化或酸雨与碳化复合作用,机制砂混凝土的碳化深度均小于相同强度等级的河砂混凝土,说明机制砂混凝土具有较好的抵抗碳化能力。

(2)与加速碳化相比,酸雨与碳化复合作用时,由于酸雨中H+和SO42-的共同影响,加速了混凝土中性化进程。因此,酸雨区的混凝土结构物应重视酸雨影响,除了优选混凝土原材料外,提高施工质量和采取表面防护措施是抑制混凝土中性化的有效途径。

摘要：对碳化及酸雨与碳化复合作用下,机制砂混凝土、河砂混凝土的碳化深度进行对比。结果表明,碳化或酸雨与碳化复合作用下,混凝土的碳化深度随强度等级提高而降低,且机制砂混凝土的碳化深度均小于同强度等级的河砂混凝土;与单一碳化相比,酸雨与碳化复合作用时,由于酸雨中H+和SO42-的共同影响,加速了混凝土中性化进程。

关键词：机制砂,酸雨,混凝土,中性化,碳化深度

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机制砂混凝土的耐久性研究 篇6

混凝土的耐久性是指混凝土在硬化后中, 在内外环境变化时保持自身性能的的一种能力。耐久性是一个综合性概念, 包含的内容较广, 其影响因素总的可以分为物理作用和化学作用两大类。物理作用主要包括表面磨损、冻融及空隙中盐类结晶压力引起的膨胀开裂等。化学作用指硫酸盐侵蚀、混凝土结构中钢筋腐蚀等。本文主要研究渗透性和收缩性二方面。

1 原材料与试验方法

1.1 主要原材料

采用强度等级P·O42.5水泥, Ⅱ级粉煤灰, 细度模数3.0机制砂, 5~25mm二级配碎石, 聚羧酸系高性能减水剂。

1.2 试验方法

(1) 机制砂试验方法

机制砂的颗粒级配、细度模数和石粉含量试验按《建设用砂》GB/T14684-2011进行。

(2) 渗透性

机制砂混凝土的渗透性试验按《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》GB/T50082-2009中电通量法评定抗氯离子渗透性能和抗水渗透法评定混凝土抗渗性能。

(3) 收缩性

机制砂的收缩性试验按《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》GB/T50082-2009测定混凝土收缩率。

2 试验结果与分析

2.1 石粉对机制砂混凝土渗透性的影响

2.1.1 石粉含量对机制砂混凝土渗透性的影响

渗透性是衡量混凝土耐久性的重要指标之一, 抗渗性不佳, 外部介质容易向混凝土内部侵蚀, 使混凝土的耐久性降低。混凝土的渗透性与混凝土密实程度及孔特征相关。

选用混凝土为C30泵送混凝土, 采用相同配合比, 选取比表积为498m2/kg的石粉配制得A、B、C、D、E、F、G机制砂, 石粉含量分别为1.1%、2.9%、4.7%、6.8%、9.1%、11.0%, G为河砂, 混凝土电通量试验结果和抗渗结果见表1、表2。

由表1可以看出, 在低标号混凝土中, 机制砂混凝土的电通量值和渗水高度随着石粉含量的增加呈先降后升的趋势, 抗渗等级均大于P8, 石粉含量6.8%时混凝土的抗渗性为最优, B、C、D、E、F机制砂配制的混凝土电通量值和渗水高度均优于河砂配制的混凝土。其主要原因为石粉的存在有效地改善了混凝土的过渡区, 提高了混凝土的密实度;低标号混凝土中水泥用量较少, 水灰比较大, 硬化后, 混凝土中存在大量的孔隙, 致使混凝土的抗氯离子渗透性能不良, 添加石粉能丰富了混凝土的浆量, 使硬化后混凝土中的孔隙减少, 提高了混凝土的密实性和抗渗性能。随石粉含量的继续增加, 机制砂混凝土的电通量值和渗水高度呈递增的趋势, 总量变化不大, 其主要原因为过量石粉的加入, 一部分石粉聚集在骨料表面, 降低了骨料的粗糙程度, 影响了水泥石与骨料之间的胶结能力, 损害了界面的性能, 降低了混凝土的抗渗性。

2.1.2 石粉细度对机制砂混凝土渗透性的影响

试验采用细度分别为401m2/kg、498m2/kg、626m2/kg、748m2/kg配制成石粉含量均为7%的a、b、c、d四种机制砂, 混凝土电通量试验结果见表3。

由表3可知, 在石粉含量7%时, 不同细度的石粉对机制砂混凝土电通量影响很小。当掺量分别为5%和9%时, 不同细度的石粉对机制砂混凝土电通量影响仍然很小。石粉细度对混凝土的抗氯离子渗透性能影响不大。

2.2 机制砂对混凝土收缩性能的影响

由于受到钢筋或相邻部分的牵制, 处在不同程度的约束状态下的隧道二衬混凝土内部产生的拉应力, 超过混凝土抗拉强度, 就会很容易开裂, 从而对结构产生不利的影响, 影响混凝土耐久性。

2.2.1 石粉含量对机制砂混凝土收缩性能的影响

采用相同配合比, 选取比表积为498m2/kg的石粉配制得A、B、C、D、E、F、G机制砂, 石粉含量分别为1.1%、2.9%、4.7%、6.8%、9.1%、11.0%的机制砂, G为河砂, 混凝土收缩性能试验结果表4。

从表4可以看出, 机制砂混凝土前期收缩率大于河砂, 而14d后的收缩率则小于河砂混凝土的收缩值, 随着机制砂石粉含量的增加, 收缩率越来越大。其主要原因是在前期机制砂的掺入减少了混凝土内部的吸附水, 毛细孔水和自由水增加, 而混凝土的早期收缩主要受毛细水和自由水的失水收缩;在14d后, 由于混凝土的后期收缩主要来于水泥石的水化收缩, 而混凝土中的骨料对混凝土的收缩起到限制作用, 当混凝土中骨料的弹性模量增加时其限制作用也增加, 机制砂中的石粉增加了骨料的弹性模量, 所以后期收缩有所减小。

2.2.2 石粉细度对机制砂混凝土收缩性能的影响

采用相同配合比, 试验选取细度分别为401m2/kg、498m2/kg、626m2/kg、748m2/kg配制成石粉含量均为7%的a、b、c、d四种机制砂, 混凝土电通量试验结果见表5。

从表5可以看出, 石粉含量均为7%时, 随着石粉细度的增加, 机制砂混凝土的收缩逐渐变小。这是由于石粉均匀的填充在水泥石中, 堵塞了一部分毛细孔, 阻碍了毛细孔中吸附水向混凝土表面迁移的速度, 有效地抑制了干缩, 当石粉的细度越小时, 填充更致密, 这种阻碍吸附水迁移的作用越明显, 故石粉的细度越小, 机制砂混凝土的收缩率越小。

3 结论

(1) 低标号混凝土中, 不同石粉含量的机制砂混凝土的抗渗性均达到P8等级, 渗水高度略有差异;机制砂中适量的石粉有利于改善混凝土的抗渗透性, 石粉含量控制在7%。机制砂中石粉的细度对混凝土的抗渗透性影响不大。

(2) 低标号混凝土中, 机制砂中的石粉有利于改善混凝土后期的收缩性能, 随着石粉含量的增加, 收缩率越来越大;石粉的细度越小, 机制砂混凝土的收缩率越小。

全机制砂混凝土 篇7

在我国, 基础设施建设发展得很快, 其中天然砂的用量也越来越大。然而天然砂资源有限, 不能一味地索取天然砂资源。从保护环境与资源的角度出发, 这就要求我们应该引进一种人工砂能够有效替代天然砂。机制砂是岩石经开采后除土, 用机械进行了粉碎, 然后筛分出的粒径小于4.75mm的颗粒。机制砂能够有效地替代天然砂在工程中的作用, 可以运用到实际建设中[1]。在国家出台的行业标准上, 水工混凝土施工规范最早提出了人工砂的相关要求, 在公路水泥混凝土路面施工技术规范[2]中也指出人工砂 (机制砂) 可做混凝土用砂。这些都说明, 机制砂的推广使用是有根据的, 并且有现实的工程依托[3], 如果人们对机制砂的研究更加深刻, 机制砂能够更好地运用到实际工程中, 机制砂将具有更大的发展前景。

石粉存在于机制砂中, 是机制砂与天然砂一大明显的区别。在天然砂中, 粒径小于75μm的颗粒被称为泥粉, 而机制砂中粒径小于75μm的颗粒被称为石粉。虽然它们大小相似, 可是天然砂中的泥粉对混凝土的性能有着不利的影响, 而石粉并不是这样。石粉是机制砂生产过程中的副产品, 它本质上是和机制砂一样的岩石性质。很多人对石粉的不了解, 使得在机制砂生产过程中产生的石粉被废弃, 造成严重浪费。研究表明石粉能够改善混凝土的孔隙特征, 能够提高混凝土的强度[4], 当石粉含量小于10%时, 机制砂砂浆的耐磨性相比天然砂较好, 反之较差。结合已有研究, 确定合理的石粉含量不仅能够提高混凝土的性能, 而且能够减少石粉资源的浪费, 保护环境。因此, 通过试验研究不同石粉含量的混凝土性能, 得到合理掺量, 可以加深人们对机制砂的了解。

2 试验

2.1 原材料

试验材料选用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥;采用粒径在5~25mm的连续级配石灰岩质碎石以及石灰岩质机制砂, 其中机制砂性颗粒级配见表1, 机制砂的各项性能指标如下:石粉含量5%时, 细度模数为3.19, 泥块含量0.1%, 压碎指标18%, 堆积密度1598kg/m3;试验中混凝土外加剂使用JHY-3000萘系高效减水剂, 掺量为水泥用量的0.75%。

2.2 配合比设计

选取机制砂生产过程中产生的一样的石粉, 添加进没有石粉的机制砂中, 制备不同石粉含量的机制砂, 对其性能进行研究。本试验研究了C30等级的机制砂混凝土, 不同石粉含量对混凝土性能的影响, 配合比设计见表2。

2.3 试验方法

按《普通混凝土拌合物机制砂混凝土拌合物性能试验方法标准》 (GB/T 50080-2002) [5]进行机制砂混凝土拌合物工作性能试验;力学性能的试验严格按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》 (GB/T 50081-2002) [6]规定的相关要求进行试验, 其试件尺寸为150mm×150mm×150mm;机制砂混凝土抗冻性能试验按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》 (GB/T 50082-2009) [7]规定的相关要求进行试验。

2.4 结果分析

2.4.1 机制砂混凝土拌合物工作性能

研究机制砂混凝土拌合物的工作性能是为了保证施工效果, 使施工能够正常进行。本试验研究了不同石粉含量下新拌混凝土的坍落度、粘聚性和保水性, 得到了不同的石粉含量下机制砂混凝土拌合物的工作性能, 从而得到了石粉含量的最佳值范围, 试验结果见表3。

由表3可知, 机制砂中石粉含量的变化会对机制砂拌合物的流动性产生影响, 当石粉含量在3%~7%时, 随着石粉含量的增加, 流动性增大, 粘聚性和保水性更好, 从而使机制砂混凝土拌合物的工作性能得到改善。在当石粉含量达到13%时, 随着石粉含量的继续增加, 除保水性更好外, 机制砂混凝土整体工作性能有所降低。这一规律反应了机制砂中石粉含量对混凝土拌合物的影响曲线。所以, 在保持石粉含量为7%~13%时, 机制砂混凝土拌合物能够保持着良好的工作性能。

2.4.2 机制砂混凝土的强度

混凝土的强度是混凝土最重要的力学指标, 它是衡量混凝土承受荷载能力的指标, 也是混凝土抵抗各种作用的基础性能。混凝土的强度主要可以分为抗压强度、抗拉强度、抗折强度, 本试验着重研究了机制砂混凝土的抗压强度和抗拉强度, 分析了不同石粉掺量情况下, 得到混凝土强度的变化规律, 试验结果见图1、图2。

由图1可知, 水泥含量一定, 水灰比保持不变的情况下, 在石粉含量增加时, 机制砂混凝土的轴心抗压强度总体上先增大后减小, 并且在7%时达到最大值, 抗压强度整体维持在一个较为稳定的水平。这是由于石粉能够有效地改善混凝土的孔隙特征, 改善水泥浆和骨料的界面结构, 当石粉含量过大时, 颗粒级配变得不合理, 砂浆和易性变差, 粗颗粒作为骨架结构的作用减弱, 降低了泥浆的强度。所以, 试验表明当石粉掺量在7%时, 混凝土能够获得更好的抗压强度。

根据图2可知, 随着石粉含量的增加, 机制砂混凝土的抗拉强度逐渐增加。这是因为石粉作为机制砂的一部分, 在混凝土中起到了很好的填充效果, 增加了活性。石粉对混凝土中的骨料有很好的包裹效果, 这使得浆体和骨料能够更好的结合, 有利于机制砂混凝土抗拉强度的提高。所以, 试验表明, 石粉含量的增加, 有利于机制砂混凝土抗拉强度的提高。

2.4.3 机制砂混凝土的弹性模量

混凝土的弹性模量能够反映混凝土所受的应力与应变之间的关系, 是研究混凝土在荷载作用下的抗变形能力的重要依据。本试验对机制砂混凝土的弹性模量进行研究, 分析不同的石粉含量对混凝土抗变形能力的影响, 试验结果见图3。

由图3可知, 弹性模量随着石粉含量的增加是一个先增大后逐步减小的趋势。这是由于石粉含量在适当的情况下, 因机制砂表面粗糙, 可以在砂浆中起到了很好的骨架作用, 增加石粉, 优化了填充效果, 使混凝土更加的致密, 但是当石粉含量过多时, 石粉又增加了混凝土浆体的重量, 使机制砂混凝土的弹性模量变小。所以试验结果表明, 适当的石粉含量能够有利于减小机制砂混凝土的弹性变形, 当石粉含量在5%时, 弹性模量最大, 抗变形能力最好。

2.4.4 机制砂混凝土的抗冻性

气候的变化对混凝土性能有着很大的影响, 尤其在北方寒冷的气候条件下。混凝土路面、挡土墙等结构物经冻融循环后, 会有一定程度的破坏, 增加检测修复的成本。因此, 研究机制砂混凝土的抗冻性是必不可少的。根据要求, 对不同的石粉含量的机制砂混凝土试件进行200次的冻融循环, 试验结果见图4、图5。

由图4和图5可以看出, 随着石粉含量的增加, 在冻融循环后, 机制砂混凝土的质量损失和强度损失均是先减小后增大。这是由于适量的石粉能够改善混凝土的毛细孔结构, 提高混凝土的抗冻性能。但是过犹不及, 在石粉含量在5%~10%时, 机制砂混凝土的抗冻性能最好。当石粉含量过大时, 混凝土的抗冻性能降低。

根据工程经验, 合理的石粉含量使得机制砂混凝土能够发挥它的价值, 在满足工程强度要求的情况下, 可节约大量的资源和成本, 取得良好的社会效益和经济效益。

3 结语

本文研究了不同石粉含量下C30机制砂混凝土的相关性能, 得到了石粉含量与机制砂混凝土性能的关系, 找到了最佳的石粉掺量来提高机制砂混凝土的性能。得到的数据可以为实际工程的应用提供建议, 在实际工程中通过合理的选取机制砂, 可以节约资源, 保护环境, 具有一定的科学性、经济性。

(1) 石粉能够有效地改善混凝土的孔隙特征, 起到很好的填充作用。合理的掺量可以使得混凝土的性能有着较佳的表现。通过综合各试验结果, 石粉含量在7%左右时, 对机制砂混凝土总体性能较好。

(2) 在机制砂生产过程中, 可以将洗出的石粉用在混凝土中, 即可以保护环境, 又可以节约资源。具体的掺量可以根据本文实验结果按实际情况选择。

摘要：石粉是在机制砂生产过程中产生的岩石质细小颗粒, 研究了机制砂中不同石粉含量对C30混凝土性能的影响, 分析了新拌机制砂混凝土的工作性能, 混凝土的力学性能以及抗冻性能, 从而确定合理的石粉掺量。试验表明, 当石粉含量在7%13%时, 混凝土工作性能较好;混凝土抗压强度、抗变形能力、抗冻性能随着石粉含量的增加先提高后降低, 石粉含量在7%时, 混凝土抗压强度最大, 在5%时弹性模量最大, 5%10%左右时抗冻性能较好;抗拉强度随着石粉含量的增加而增大。

关键词：机制砂,混凝土,石粉,力学性能

参考文献

[1]刘文萍.机制砂的浅析与质量控制[J].山西交通科技, 2008 (3) :16-20.

[2]中华人民共和国交通运输部.JTG/T F30-2014公路水泥混凝土路面施工技术规范[S].北京:人民交通出版社, 2014.

[3]龙宇军.浅谈吉罗公路机制砂水泥混凝土路面施工质量监控[J].交通科技, 2003 (3) :56-58.

[4]王雨利, 周明凯, 李北星等.石粉对水泥浆密实度的影响[J].武汉理工大学学报, 2010, 32 (01) :12-16.

[5]中华人民共和国建设部, 国家质量监督检验检疫总局.GB/T50080-2002普通混凝土拌合物机制砂混凝土拌合物性能试验方法标准[S].北京:中国建筑工业出版社, 2002.

[6]中华人民共和国建设部, 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T 50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准[S].北京:中国建筑工业出版社, 2002.

机制砂在混凝土中的应用 篇8

我国从20世纪60年代起, 一些水电和土木建设工程就开始就地取材进行机制砂的生产工艺、产品技术性能和混凝土中应用的研究, 并开始在工程上使用。第一条机制砂生产线创于四川的“映秀湾”电站工程, 66年底建成, 该生产线总产量为60万吨。在建筑上开始应用较早的地区是贵州省, 并于1978年制定了我国第一个人工砂的地方标准, 以后, 云南、河南也相继出台了人工砂地方标准或应用规程, 自90年代以来, 北京、天津、上海、重庆、广东、福建、浙江、河北、山西、四川、江苏等省开展了人工砂的使用研究, 先后建立了少量的专业人工砂生产线。我国的香港地区由于历史和地理环境的原因也是使用人工砂较早的地区, 其执行的英国标准BS882明确人工砂的品种和技术要求至少30年以上。2002年2月1日起实施的国标GB/T14684-2001首次增加了人工砂种类, 确定了人工砂的定义、技术要求和检验方法, 规定了凡经除土处理的机制砂、混合砂都同称为人工砂;由机械破碎、筛分制成的, 粒径小于4.75mm的岩石颗粒, 但不包括软质岩, 风化岩石的颗粒称为机制砂;由机制砂和天然砂混合制成的砂称为混合砂。为解决河道挖砂的废石处理找到了出路, 为合理利用石粉打下了技术基础, 同时, 保证了机制砂的质量。为机制砂的发展开创了新的局面。

2 机制砂在高速公路路面混凝土工程中的应用

2.1 市政道路

某城市市政道路一号和二号地下通道, 两座隧道总长568米, 道路宽度20米, 路面结构层厚度30cm, 设计抗折强度5.0Mpa。在隧道混凝土路面施工中, 同样因为河砂料源太远, 费用过高, 同时采用机制砂进行路面混凝土的施工。

2.2 原材料及性能指标

材料情况同6.2.2提到的预制梁所用材料, 石子粒径变为5~40mm连续级配。

2.3 配合比设计

2.3.1 配合比进行试配

检测结果见表1:

说明:材料:水泥为XXP.O42.5;河砂为某河河砂, 细度2.4;山砂为荸荠沟机制山砂, 细度3.1;外加剂为北京产JF-2高效减水剂;石子为10~20mm和20~40mm碎石掺配。

2.3.2 试配数据分析

由表1可以看出, 试验4混凝土工作性、抗压强度、抗折强度均优越于其他配合比, 产生这种现象的原因可能是因为机制砂棱角分明, 嵌固效果好于河砂, 机制砂同河砂掺配后, 既有良好的嵌固效果, 又产生密实级配作用, 因此结构缺陷较少, 抗折强度较高。

2.3.3 最终配合比选定

施工选定4号配合比。

3 施工控制

3.1 混凝土和易性控制

由于机制砂本身的组织特点, 混凝土拌和物粘聚力大, 易成团, 不易振捣密实, 施工中容易分层离析, 表面泌水。为避免此类问题产生, 从配合比及原材料控制入手, 配合比采用机制砂同河砂掺配, 取两种砂的优点, 充分发挥两种砂掺配后的嵌固和密级配作用;掺加高效减水剂进一步改善混凝土和易性, 增加粘聚性, 减少泌水率。严格按标准控制进场原材料质量, 对机制砂要求含粉量小于15%。施工时严格按设计配合比控制, 加强计量制度, 砂石含水量变化时及时调整施工配合比。

3.2 混凝土振实

对于路面混凝土, 施工振捣是非常关键的工序之一, 根据现场实际, 我们采用平板振捣器进行振捣。混凝土铺筑到厚度一半后, 先采用3.0KW的平板振动器振捣一遍, 然后再加高浇筑混凝土到顶面, 等初步平整后换用1.5KW的平板再振捣一遍, 不得漏振、欠振或过振。振动器在每个位置的振动时间为15~20秒, 以混合料泛浆, 不明显下沉, 不冒气泡, 表面均匀为止。对模板边缘、传力杆、合口处及预埋件附件改用高频率插入式振动器振捣, 振捣密实后, 采用三轴整平仪平整, 多余的混凝土应刮走, 底凹处应填料补足, 使混凝土表面平整, 不露石子, 有一层饱满的薄砂浆。

3.3 收水抹面

目的是使表面磨耗层 (2~4mm) 的砂浆层密实、平整, 即在路面砼浇筑成型并经整平后进行的表面处理工艺。由于机制砂普遍属于粗砂, 故表面层有气泡多、不密实等现象, 需要采用收水抹面来解决密实问题。根据现场实际情况, 一般收水抹面3遍:第1遍在砼平整后15min (根据气候掌握进行) , 其目的主要为驱除沁水和压下石子, 并确保路面横坡度, 再用三轴整平仪振捣1遍, 直至表面泛浆平整密实为准;待水分蒸发后, 第2次抹面, 采用泥工粉墙的泥板反复左右来回并向下压抹, 使砼中部分空气随之排出;当砼表面处于初凝状态, 表面尚湿润时, 进行第3次抹面, 使表面砂浆进一步平整。采取以上方式施工监控后, 混凝土路面表面平整、洁净、色泽均匀, 无蜂窝麻面, 且密度较好。

3.4 试验数据

根据施工情况, 共制作了混凝土抗压、抗折试件各22组, 结果见表2:

3.5 试验结论

由表2可知, 机制砂河砂掺配混凝土各项试验指标均满足设计要求, 施工的混凝土实体质量内实外美, 路面工程最终被评为了优质工程。说明机制砂在路面混凝土工程中的应用也是成功的。

4 结语

利用河砂混凝土、机制砂加特细砂混凝土、机制砂混凝土, 进行拌合物性能、强度、硫酸盐侵蚀、干缩、抗渗、抗折、碳化、压汞对比试验, 充分证明了机制砂高性能混凝土不弱于河砂混凝土, 甚至在强度等方面比河砂混凝土还要优良的性能和微观机理。机制砂在高性能混凝土的应用有非常好的前景, 且势在必行。本文只是公路工程混凝土试验, 为推广和使用机制砂做了一些技术指标研究和实践经验数据。在今后的工程建设中, 还需更多的技术和科研人员投入到如此环保经济且能保证工程质量的机制砂研制和应用中去, 因为还有好多难关和课题需要我们共同研究和探讨。

参考文献

[1]江京平.C60级机制山砂高性能泵送混凝土的试验研究[J].混凝土工程结构裂缝控制与混凝土新技术交流会论文集, 1999.