混凝土强度与集料组分试验研究.pdf

第 3 9卷第 5期 2 0 1 3年 1 O月 四川建筑科学研究 S i c h u a n Bu i l d i n g S c i e n c e 2 2 9 混凝土强度与集料组分试验研究 谢建军 ( 湖南文理学院土木建筑工程学院， 湖南 常德4 1 5 0 0 0 ) 摘要： 通过对混凝土集料在不同组分的条件下影响混凝土工作性能试验研究， 重点阐释了混凝土拌和物中粗集 料的品质、 最佳粒径、 砂率等集料在不同组分工作条件下使混凝土抗压强度值发生了明显的改变。试验结果表明： 混凝土拌和物中集料的组成与变化状况对混凝土的抗压强度有着较大的影响。 关键词 ： 混凝土； 和易性 ； 坍落度； 粗集料 中图分类号 ： T U 5 2 8 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 81 9 3 3 【 2 0 1 3 ) 0 5 2 2 9 0 3 Te s t r e s e a r c h o f c o nc r e t e s t r e n g t h a n d c o l l e c t i o n c o mp o s i t i o n X I E J i a n j U l l ( D e p t o f C i v i l a n d A r c h i t e c t u r a l E n g i n e e ri n g ， Hu n a n U n i v e r s i t y o f A r t s and S c i e n c e ， C h ang d e 4 1 5 0 0 0， C h i n a ) Ab s t r a c t ： B y an a n l y z e d t h a t t h e i n fl u n e n c e c o n c r e t e t a s k f u n c t i o n o f c o n c r e t e c o i l e c t i o n ma t e r i a l a t t h e v a r i O U S c o U e e t i o n ma t e r i al c o mp o s i t i o n c o n d i t i o n e x p e ri me n t res e a _r c h I t e mp h a s i z e d t h a t t h e c o n c r e t e mi x ma t e rial c o a r s e ma t e r i al q u Mi t y w i t h b e s t g r a i n d i a me t e r a n d s a n d r a t e c o l l e c t i o n ma t e ri al c o mp o s i t i o n g r a d e c h a n g e t h e c o n c r e t e c o mp r e s s s t r e n g t h ma r k e d a t t h e d i ff e r e n t c o ll e c t i o n ma t e rial c o mp o s i t i o n a n d t a s k c o n d i t i o n i n t h i s p a p e r E x p e ri me n t a l r e s u l t s i n dic a t e t h a t t h e c e r t a i n i r d t u n e n c e c o n c ret e c o mp r e s s s t r _e n h of c o ll e c t i o n ma t e r i al c o mp o s i t i o n and v a r i e t y c o n d i t i o n i n t h e c o n c r e t e mi x - ma t e r i al s t r u c t u r e Ke y wo r d s ： c o n c r e t e； fl u i dit y ； s l u mp； c o a me ma t e r i al 0前言 混凝土是建筑行业中使用最为广泛的主要材料 之一。随着混凝土结构物 中内部构造和外观造型等 日趋扩展化与复杂化， 混凝土结构或构件的工作强 度、 安全陛能及耐久性对建筑物的使用功能影响极 大 。为 了改善混凝土 的工作 强度及 和易性 ， 节约社 会建造成本。提高混凝土结构的耐久性 ， 保证建筑 物结构 的工程质 量 J 。改 善与优化新 拌混凝 土中 的集料性质及成分 ， 在 工程实践 中按照 混凝 土结 构耐久性设计与施工指南 中的要求， 优化选配混 凝土原材料的配合参数与集料成分 ， 提高混凝土结 构 的强度和耐久性。 1 集料组分对 混凝土强度影响试验 1 1 细集料物理性质要求 试验采用细集料为黄砂， 细度模数 M= 2 7 3 ， 砂 的堆积密度 P 。 =1 4 5 0 g e ra ， 级配符合 1 I 区要求。 砂 的含 泥 量 小 于 0 3 6 ， 砂 中氯 离 子 含 量 小 于 收稿 日期： 2 0 1 2 - 0 6 - 0 1 作者简介： 谢建军( 1 9 6 5一 ) ， 男， 湖南常德人 ， 副教授， 主要从事土木 工程材料理论的教学与实验研究。 基金项 目： 湖南省教育厅科技研究计划项 目( 0 9 C 7 0 7 ) Ema l l ： x j j 2 O O 6 2 o 0 6 2 1 c n e o m 0 0 2 。砂的坚固性质量损失率小于8 【 2 J 。 1 2 粗集料品质与强度影响 试验采用4 2 5 普通硅酸盐水泥， 配合比 l ： 1 3 1 ： 2 08， 一 14 =0 4 1 。试验方法参照G B 8 1 - 8 5 普通混 C 凝土拌合物性能试验标准 进行。 从表 1 、 表 2中可以看出， 混凝土拌和物的工作 性能与粗集料的吸水率密切相关。粗集料在 昆 凝土 拌制过程中， 由于 昆凝土中的水化反应过程具有 时 间时效性， 粗集料就会直接吸取拌和物中的拌合水， 在某种程度上减少了 昆 凝土拌和物中的水灰比。这 样导致了混凝土拌和物的坍落度降低 ， 混凝土拌和 物的工作性能逐渐趋于减少。从试验结果的混凝土 2 8 d抗压强度值 中可以看出 ， 石灰岩粗集料配制的 混凝土抗压强度是 1 0 1 7 M P a ， 为最高强度值。而 吸水率最高的辉绿岩， 其2 8 d 的抗压强度值为7 9 2 M P a ， 为最低强度值。 表 1 粗集料基本性能 Ta b l e 1 Co a r s e m a t e r i a l b a s i c f u n c t i o n t a b l e 2 3 0 四川建筑科学研究 第 3 9卷 表 2 粗集料与混凝士强度值 Ta b l e 2 Co a r s e m a t e r i a l a n d c o n c r e t e s t r e n g t h d a t a t a b l e 1 3 粗集料最大粒径对混凝土强度影响 试验选取粗集料最大粒径 3 1 5 I i l i n ， 堆积密度 1 4 5 0 k g m ， 表观密度 2 7 2 0 k g m ， 含 水率 0 2 9 ， 吸水率 2 0 7 ， 含泥量 8 6 5 ， 针片状含量 7 3 ， 压碎指标 7 1 ， 用标准筛在顶级式振筛机上进行 石子 的筛分析试验。石子 的筛分析试验 结果见表 3。 表 3 粗集料的筛分析结果 Ta b l e 3 Co a r s e ma t e ria l s i f t r e s u l t t a b l e 堡 堕 竺 竺 三 ： ： ： ： 垄： ! ： ： 3 1 5 9 9 3 9 2 7 7 9 2 4 0 1 1 1 O O 2 5 0 9 9 2 9 1 6 5 9 3 一 O O 一 2 0 O 9 9 4 9 0 3 6 6 7 7 5 一 一 】 6 O 9 9 9 9 0 4 4 3 8 4 】0 O 一 一 从表 3 、 表4中粗集料的最大粒径值的改变与 混凝土抗压强度值的变化分析可以看出， 粗集料最 大粒径为 2 5 0 m m的混凝土， 无论是 7 d还是 2 8 d 的抗压强度值分别是 6 2 5 M P a 和 7 4 3 M P a ， 均为 最高值。这说明了混凝土的胶凝材料用量在一定的 条件下， 混凝土中的胶凝浆体量值趋于一个限值， 使 得混凝土中的强度效益与粗集料的最大粒径效应相 协同。混凝土成型后的强度工作性能效应趋于接 近 。 表4 混凝土抗压强度与粗集料最大粒径变化 Ta b l e 4 Co n c r e t e c o mp r e s s s t r e n g t h a n d c o a s e ma t e r i al b e s t g r a i n d l a me t e r v a r y i n g t a b l e 垦 垫丝 竺 ： 里 ： ： ! ： 兰 ： 抗压强度 MP a 7 d 6 0 1 6 1 2 6 2 5 5 9 7 5 7 8 2 8 d 7 2 6 7 3 4 7 4 3 6 8 1 6 3 3 1 4 粗集料粒形对混凝土强度影响 试验选取粗集料最大粒径 3 1 5 m m， 堆积密度 1 4 5 0 k g m ， 表观密度 2 7 2 0 k g m ， 含水率 2 0 7 ， 含泥量8 6 5 ， 针片状含量7 3 ， 压碎指标7 1 。 设计强度为 C 4 5 ， 粗集料中针片状颗粒含量分别为 3 、 6 、 1 0 、 1 2 、 1 5 拌制5 组进行试验分析。 从表 5中粗集料的抗压强度值中可以看出， 昆 凝土的抗压强度值与粗集料的针片状颗粒含量之间 有着直接的影响关系。从表 5中可以得出， 当粗集 料的针片状颗粒含量在 1 O 时， 其混凝土7 d 和 2 8 d的抗压强度值分别是5 9 2 M P a 和7 3 7 M P a ， 均比 其他针片状颗粒含量的混凝土抗压强度高。从 图 1 中可以看 出对于粗集料 ， 只要集料 的颗粒粒形在最 佳的某个区域范围时， 混凝 土中的粗集料含量值 与 混凝土抗压强度值呈线性关系。 表 5 粗集料的粒形与混凝 土强度值 Ta b l e 5 Co a s e ma t e r i al g r a i n f o r m a n d c o n c r e t e s t r e n g t h d a ta tab l e 图 1 粗集料针片状含量与混凝土强度关系曲线 Fi g 1 Re l a t i o n c u r v e s o f t h e e o a s e ma t e r i a l n e e d t e fl a g s t o n e c o n t e n t a n d c o n c r e t e s t r e n g t h 1 5 砂率变化对混凝土强度影响 由于砂率会直接影响到混凝土拌和物的和易 性， 试验表明： 在规定的混凝土配合比条件下 ， 混凝 土中的胶凝材料的胶凝量在一定 的范围 内时 ， 应有 一 个相对较稳定的砂率值 ， 使粗、 细集料之间的胶结 力最大 ， 来保证混凝土的强度设计工作性能。 从表 6中可 以看 出， 当混凝 土 的砂 率在 3 5 时， 混凝土的抗压强度在各个龄期阶段其抗压强度 值均为最高。这说明最佳砂率值与混凝土中的胶凝 量的相互作用和影响， 使混凝土中的水化反应能够 充分顺利完成， 从而使混凝土的抗压强度在这一时 期能达到峰值。 表 6 集料的砂率对混凝土强度影响 Ta b l e 6 Co l l e c t i o n ma t e ria l s a n d r a t e a n d c o nc r e t e s t r e ng t h i nf l ue nc e t a bl e 2 0 1 3 N o 5 谢建军 ： 混凝土强度与集料组分试验研究 2 3l 1 6 粗集料的级配对混凝土强度的影响 试验用粗 集 料 最 大粒 径 2 0 0 m m， 堆 积 密度 1 4 7 0 k g m ， 表观密度 2 6 0 0 k g m ， 含水率 0 6 1 ， 吸水率 1 7 2 ， 含泥量 0 6 1 ， 针片状含量 1 4 3 ， 压碎指标 6 4 。 试验时 ， 通过对粗集料进行筛分析试验 ， 其级配 筛分析结果见表 7 。混凝土试验方法参照 G B 8 1 8 5 ( 普通混凝土拌和物性能试验标准 进行。 表 7 粗集料级配变化前后的筛分析结果 Ta bl e 7 Co as e m a t e r i a l mi x pr op or t i on v ar yi t y a bo ut s i f t r e su l t t a hi e 标准筛 孔 m m 2 5 9 9 1 9 9 5 5 O 9 2 7 9 0 1 l 0 O 5 7 8 6 9 7 2 O O 2 7 7 3 2 5 0 O 0 O O 原始级配累计筛余 变化级配累计筛余 表 8 粗 集料变 化级配与混凝土强度值 Ta b l e 8 Co a s e ma t e r i al v a r r l t y mi x p r o p o r t i o n a n d c o n c r e t e s t r e n g t h d a t e t a b l e 粗 集料 级配 抗压强度 MP a 7 d 2 8 d 从表 8中可以看出， 在其他集料条件不变 的情 形下 ， 改变粗集料 的级配 ， 在一定程度上导致 了混凝 土的抗压强度值有了较为明显的改变。混凝土 2 8 d 的抗压强度值变化了约 1 0 。因此 ， 粗集料的级配 对混凝土的抗压强度影响显著 。 2 结 语 混凝土强度发展与变化有其自身的客观规律， 由于影响混凝土强度的 因素较多 ， 工程技术人员应 根据工程实际进行具体分析， 研究和探索混凝土的 强度发展规律 。提高混凝土结构或构件的安全性及 耐久性 ， 有效规避混凝土结构出现 的工程质量与 安全风险。 参 考 文 献 ： 1 谢建军 混凝土结构耐久性损伤研究 J 重庆科技学院学报， 2 0 0 8 ( 2 ) ： 4 8 - 4 9 2 湖南大学， 天津大学 土木工程材料 M 北京， 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 0 2： 8 0 - 8 1 3 谢建军 混凝土结构裂缝与温度应变研究 J 重庆科技学院 学报 。 2 0 0 8 ( 1 ) ： 4 8 49 ( 上接第 2 2 8页) 作为水化 的最终产物来判断水化是否结束， 当 c a ( O H) 产物较多， 水化程度较高， 加入水泥助磨剂 有利于试样水化 ， 生成较多的水化产物 ， 使水泥浆体 强度提高， 从而得出与前面强度结果一致。 图 4的 S E M 图更好 的验证 了图 3的结论 ， A 2 出现大量 的细小的六方板状的 C a ( O H) 晶体和 C S H凝胶 ， 从 图中还可 以看出， C ， S正在水化颗粒周 围存在的密实 c s H层常常劈裂， 而在 S E M图中的 反应为固结成花键状或者针状， 这是由于薄片状物 质被挤压 和卷起 的结果 ， 而 A 3样水化不 如 A 2致 密 ， 这主要是大颗粒直接对空隙的填充而转化为 C a ( O H) ： 状物质减少， 导致强度降低。 3 结论 本文以复配改性丙三醇作为助磨剂进行矿渣 一 熟料混合助磨 的性能研究 ， 在性能上有 明显的提高 ， 可对大磨实验提供理论指导， 但是在丙三醇改性实 验 中， 氢氧化钠的用量对混凝土影 响研究还需要进 一 步检验， 在合成方面还可以在丙三醇结构上嫁接 其他基团。 参 考 文 献 ： 1 兰海 利用粒状高炉矿渣和助磨剂提高水泥品质 J 新世 纪水 泥导报 ， 2 0 0 6 ( 3 ) ： 1 5 1 8 2 王君达， 陆厚根， 田秋玉 高炉助磨机理研究 J 同济大学学 报 ： 自然科学版 ， 1 9 9 6， 2 4 ( 6 )： 6 6 0 - 6 6 4 3 E r d o g d u K ， T o k y a y M， T il r k e r P C o m p a r i s o n o f i n t e r g r in d i n g a n d s e p a r a t e s r l n d i n g f o r t h e p r o d u c t i o n o f n a t u r a l p o z z o l a n a n d GB F S - i n c o r p o r a t e d b l e n d e d c e m e n t s J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 9， 2 9 ( 5 ) ： 7 4 3 4 6 4 B o u g a r a A， L y n s d ale C。 Mi l e s t o n e N B R e a c t i v i t y a n d p e rf o r ma n c e o f b l a s t f u r n a e e s l a g s o f d i ff e ri n g o r i g in J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h， 2 0 1 0 ， 3 2 ( 4 ) ： 3 1 9 2 4 5 B r o u g h A R ， A t k i n se n A S o d i u m s il i c a t e b a s e d a l k a l i ， a c t i v a t ed s l a g m o r a l s ： P a r t L S t r e n g t h ， h y d r a ti o n a n d m i c r o s t r u c t u r e J C e me n t a n d C o n c r e t e R e sea r c h， 2 0 0 2 ， 3 2 ( 6 ) ： 8 6 5 -87 9 6 张永娟 ， 张雄 矿渣助磨剂的试验研究 J 水 泥， 2 0 0 3 ( 4 )： 9 1 2