机制砂在管桩混凝土中的应用研究.pdf

2 0 1 4年第 2期 2月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI N A C ONCR E T E AND C EME NT P R0DUC T S 2 01 4 No 2 F e b r u a r y 机制砂在管桩混凝土中的应用研究 杨 牧 ，秦 鸿根 ，苟德胜 ，陈芳斌 ， 李斌斌 ( 1 建华建材( 中国) 投资有限公司， 镇江 2 1 2 4 1 3 ； 2 东南大学材料科学与工程学院， 南京 ， 2 1 l 1 8 9) 摘 要 ： 使用机制砂替代一定量的河砂 来制备管桩混凝土 。 根据 不同机制砂 性能参数对管桩混凝 土性 能的影响规 律 ， 提 出了适合 生产 管桩混凝土 生产使 用的技 术参数 ， 并进行 了离心试验 。 实验结果表 明： 当机制砂 细度模数 在 3 5 4 0时混凝土工作性较好 ； 机制砂 中石粉 含量越 高， 混凝土 需水量越 高 ， 导致 强度 偏低 ， 当机 制砂石粉含 量小 于 5 时 ， 对 混凝 土强度没有 太大的影 响； 机制砂 中石粉化 学成分对混凝土性能也有很 大的影响 ， 当 C a O含 量越 高、 S i O2 舍量越 低 时， 对混凝土性能影响越小 ； 机制砂 可以改善 混凝 土集料 的级 配， 对混凝土 离心性能有 明显的改善 d 关键词 ： 管桩混凝 土： 机制砂 ： 高强混凝 土 Ab s t r a c t ： T h e c o n c r e t e p i l e w a s p r e p a r e d b y u s i n g ma n u f a c t u r e d s a n d i n s t e a d o f t h e e q u i v a l e n t c o n t e n t o f r i v e r s a n d t o fi n d o u t t h e i n fl u e n c e o f d i f f e r e n t p e r f o r ma n c e p a r a me t e r s o f ma n u f a c t u r e d s a n d o n t h e p i l e c o n c r e t e a n d a s c e r t a i n s p e rf o r ma n c e p a r a me t e r s wh i c h a r e s u i t a b l e f o r p r o d u c i n g c o n c r e t e p i l e An d f o r t h e s e p u r p o s e s ， t h e c e n t r i f u g e t e s t wa s d o n e Th e r e s u l t s h o w t h a t ： w h e n t h e f i n e n e s s mo d u l u s o f ma n n f a c t u r e d s a n d i s i n 3 5 4 0 。 t h e w o r k a b i l i t y o f c o n c r e t e i s g o o d ； t h e h i g h e r t h e c o n t e n t o f fi n e c o n t e n t i s t h e h i g h e r t h e c o n c r e t e w a t e r d e ma n d wi l l b e wh i c h w i l l r e s u l t i n a l o we r s t r e n g t h o f c o n c r e t e W h e n t h e fi n e c o n t e n t i s l e s s t h a n 5 t h e r e i s n o s i g n i f i c a n t i n fl u e n c e o n t h e p e rf o r ma n c e o f t h e c o n c r e t e ； c h e mi c al c o n s t i t u e n t s o f s t o n e p o wd e r i n ma n u f a e t u r e d s a n d a l s o h a v e a g r e a t i n f l u e n c e o n p e rf o rm a n c e o f t h e c o n c r e t e Hi g h e r C a O c o n t e n t a n d l o w e r S i O2 c o n t e n t c a n n o t i n fl u e n c e c o n c r e t e p e r f o rm a n c e s a l o t B e c a u s e o f t h e i mp r o v e me n t o f t h e a g g r e g a t e g r a d a t i o n ， t h e c e n t r i f u g a l o p e r a t i o n o f c o n c r e t e i s o b v i o u s l y b e t t e r Ke y wo r d s ：P i l e c o n c r e t e ；Ma n u f a c t u r e d s a n d ； Hi g h s t r e n g t h c o n c r e t e 中图分类号 ： T U 5 2 8 3 1 文献 标志码 ： A 文章 编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 l 2 0 1 4 ) 0 2 3 0 一 O 3 0前 言 随着我国经济的高速发展 ， 大规模基础设施建 设加快 。预应力混凝土管桩是我国近年来开发的一 种预应力高强混凝土制 品， 生产和使用量每年都有 较快 的增长。砂作为混凝土中重要 的组成部分 ， 在 管桩生产过程 中消耗量较大 ，且受 自然资源的限 制 ， 以河砂为主的天然砂越来越无法满足 日益增长 的混凝土用量需求 ；另外 因过量地开采天然砂源 ， 对 自然环境所造成 的压力也 日益增加。因此 ， 使用 机制砂 替代河砂在国内外已成为混 凝土行业可持 续发展的一种趋势 。 目前的机制砂生产技术 比较成熟 ， 已经在一些 混凝土制 品 中得 到广 泛的使用 】 - -3 ， G B T 1 4 6 8 4 2 0 1 l 建设用砂 已经将机制砂列入建筑用砂标 准 中， 但是在预应力管桩混凝土中使用量不大4 1 。由于 机制砂在颗粒形态 、 细度模数和化学成分等与河砂 有较明显不同 ， G B T 1 4 6 8 4 -2 0 1 1中对机制砂在使 用过程 中也没有明确 的标准参数 ， 主要还是根据用 途确定 ， 所 以在管桩混凝土生产过程 中使用机制砂 就要 了解 机制砂不 同参数对 管桩混凝 土性能 的影 一 3 0一 响5 - 7 。 本文主要是研究机制砂细度模数 、机制砂 中石 粉含量 、 石粉化学成分 、 机制砂 与河砂 的掺 量对管 桩混凝土性能的影响 找出适合管桩生产使用 的机 制砂性能参数 ， 在不影响管桩混凝土强度 的情况下 最大掺量 的使用机制砂。 1 原材料 、 配合比及试验方法 1 1 原材料 水泥为 P I 1 5 2 5水泥 ，净浆流动度 2 4 0 m m， 比 表面积 3 4 6 m 2 k g ， 初凝 1 4 0 m i n ， 终凝 2 0 1 mi n ； 磨细砂 由句容某公司生产 ， 比表面积 4 5 0 m 2 k g ， 水泥和磨细 砂 的化学成分见表 1 ； 减水剂为萘系减水剂 ， 含固量 2 0 ： 机制砂为上海某公司提供 ， 根据试验要求提供 细度模数 3 0 4 0 、 石粉含量 5 7 2 0 、 石粉化学成 分分 别 为 5 8 2 C a O、 2 5 0 S i O 2 ； 2 5 5 C a O、 5 2 9 S i O ： 。石子为 5 2 5 m m连续级配碎石 ， 河砂为细度模 数 2 8 2赣江河砂 。 1 2 试验 方法 按照 G B T 5 0 0 8 0 -2 0 0 2 ( 普通混凝土拌合 物性 能试验方法标准 测试新拌混凝土的坍落度， 并根据 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 杨牧 ， 秦鸿根 ， 苟德胜 ， 等 机制砂在管桩混凝土中的应用研究 表 1 水泥 和磨 细砂 化学成分表 管桩混凝土生产要求 ， 将制备的混凝 土坍落度控制 在 3 0 4 0 ra m， 观察不同性能的机制砂对混凝土水胶 比的影 响。参照 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 ( 普通混凝土力 学性 能试验方法标准测试混凝土 的力学性 能 ， 成 型 1 0 0 m m 1 0 0 mmx 1 0 0 mm的混凝土试块 ， 将成型好 的混凝土先送 人蒸 养池进行蒸气养护然后再 进高 压釜进行高压养护 ， 养护后冷却到室温分别测其强 度 ： 为了观察机制砂对混凝土强度的影响， 用机制砂 的混凝土强度与全河砂 的混凝土强度的比值来表示 其对混凝土强度的影响。机制砂的石粉含量与细度 模数参照 G B T 1 4 6 8 4 -2 0 1 1 来进行实验。 材料化学 成 分 检 测 使 用 德 国产 x 射 线 荧 光 光 谱 分 析 仪 ( X R F S 4 ) 分 析 得 出 。 2实验 结果 与分 析 2 1 机制砂掺量对管桩混凝土的影响 由于机制砂在石粉含量和级配上与河砂有较大 的区别 。其掺量大小会对混凝土性能带来一定的影 响。表 2为机制砂不 同掺量对管桩混凝土水胶 比和 强 度 的影 响 。 表 2 不 同机制砂掺量对管桩混凝土水胶 比和强度的影响 注 ： 机制砂细度模数 4 o 、 石粉含量 5 7 、 石粉 化学 成分 ： 5 8 2 C a O、 2 5 O S i O 2 。 从表 2中可 以看 出 ，当机制砂掺量 小于 5 0 时 ， 混凝土强度与全河砂制备 的混凝土强度相差不 大 ， 但是掺量超过 5 0 后 ， 混凝土强度 随着掺量提 高而减小。 机制砂在掺量较小 的情况下 ，可以很好地改善 混凝 土中集料 的级配 ， 使混凝土更密实 ； 机制砂 中 的石粉可 以起到填充和滚珠效应 增加了混凝土 的 粘聚性 和流动性 提高了混凝土密实度 。但是 当机 制砂掺量过大时 ， 对混凝土的级配会产生不 良的影 响 ， 同时随着掺量的增加 混凝土中石粉 的含量也增 加 ， 都会对混凝土强度带来不利影响。 2 2 细度模数对管桩混凝土的影响 表 3为不同细度模数的机制砂对管桩混凝土水 胶 比和强度 的影响 ， 其中胶凝材料、 河砂 、 机制砂 、 碎 石配 比及减水剂 、机制砂掺量与表 2编号 2数据一 致 表 3 不 同细度模数机制砂对管桩混凝土水胶 比和强度的影响 注 ：机制 砂石 粉含量 5 7 、石 粉化学成分 ： 5 8 2 C a O、 2 5 0 S i O2 。 从表 3中可以看出：在机制砂掺量一定的情况 下 ， 管桩混凝土强度随着机制砂细度模数增加而增 加。当机制砂细度模数达到 4 0时， 混凝土的蒸养和 高压强度均高于全河砂混凝土 ，但是 当机制砂细度 模数为 3 0时 ，混凝土强度相对于全河砂混凝土强度 有一定的降低 ， 其强度比值在蒸养时最低只有 0 9 2 。 当细度模数较小时， 机制砂中细颗粒含量较多 。 比表面积大 ， 再加上机制砂是经过机械破碎而成的， 在其表面和内部有裂缝 ，对减水剂和拌合水的吸附 较多 ， 导致混凝土 的需水量增加 ， 水胶 比高 ， 混凝土 的强度降低 ； 机制砂在细度模数较大时 ， 改善了混凝 土集料级配和堆积方式 ，减少了包裹砂所需的水泥 用量 ， 在达到所需的坍落度时需水量有一定 的减少。 2 - 3 机制砂石粉含量对管桩混凝土的影响 机制砂在生产过程中会产生一定量石粉 ，表 4 是不同石粉含量的机制砂对管桩混凝土水胶比和强 度 的影响 ， 其中 ， 胶凝材料、 河砂 、 机制砂 、 碎石配 比 及减水剂、 机制砂掺量与表 2编号 2 数据一致。 从表 4中可以看 出：随着机制砂中石粉含量 的 增加 。 混凝土的需水量增加、 强度有明显 的降低。当 石粉含量小于 l 1 4 时 ，混凝土 的强度基本与全河 砂混凝土相 当， 并随着石粉含量的降低 ， 强度有一定 的增加。 2 4 机制砂石粉化学成分对管桩混凝土的影响 一 3】一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m