砂中石灰石粉掺量对混凝土性能研究.pdf

2 0 1 1年 第 1 1期 ( 总 第 2 6 5期 ) N u mb e r 1 1 i n 2 0 1 1 ( T o t a l No 2 6 5 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 MATERI AI ，AND ADMI NI CI E d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 1 1 0 2 0 砂中石灰石粉掺量对混凝土性能研究 闫小虎 1 ,2 ,3 杨华全 1 l2 一 。石妍 1 , 2 ,3 ( 1 长江科学院，湖北 武汉 4 3 0 0 1 0 ；2 国家大坝安全工程技术研究中心，湖北 武汉 4 3 0 0 1 0 3 水利部水工程安全与病害防治工程技术研究中心， 湖北 武汉 4 3 0 0 1 0 ) 摘要： 通过研究细骨料中不同石粉掺量在对碾压和常态混凝土工作性能、 力学性能和变形性能的影响， 确定了石粉的最优掺量， 并对 其进行了机理分析。 试验结果表明： 碾压混凝土中石粉最优掺量为 1 6 O 一 1 8 0 ， 常态混凝土用砂石粉含量不宜超过 1 4 0 ， 混凝土的综 合性能最好。 关键词： 石粉含量 ； 试验；工作性能；力学性能；变形性能 中图分类号 ： T U5 2 8 0 4 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 1 1 - 0 0 6 7 0 3 E ffe c t s o f s t one p owder c on t en t i n s t an d on t h e pr op er t i e s of c onc r e t e YAN Xi a o - h u Y ANG Hu a q u a rt1 ,2 ,3 S HI Ya h ， ， ( 1 Ya n g t z e R i v e r S c i e n t i fi c R e s e a r c hI n s t i tu t e ， Wu h a n4 3 0 0 1 0 ， C h i n a ； 2 Re s e a r c hCe n t e ro f Na t i o n a l Da m S a f e t yE n g i ne e r i n gTe c h n o l o g y， W u h a n4 3 0 01 0， Ch i na ； 3 R e s e arc hC e n t e r o f Wa t e r E n g i n e e r i n g S a f e ty a n dDi s a s t e r P r e v e n t i o no f Mi n i s t r yo f Wa t e r R e s o u r c e s ， Wu h a n4 3 0 0 1 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h r o a g h t h e s tud y o f wo r k a b i l i ty， me c h an i c a l p r o p e r t i e s and d e f o r ma t i o n p r o p e rt i e s b e t we e n R C C and n o r ma l c o n c r e t e wi th the d i f - f e r e n t s t o n e p o wd e r c o n t e n t i n fi n e a g g r e g a t e Th e o p t i ma l s t o n e p o wd e r c o n t e n t an d the a c ti o n me c h a n i s m o f s t o n e p o wd e r b e tw e e n RCC and n o r - ma l c o n c r e t e we r e a n a l y z e d T h e t e s t r e s u l t s s h o we d tha t the o p t i ma l s t o n e p o wd e r c o n t e n t i n R C C wa s b e twe e n 1 6 0 - 1 8 O a n d n o t mo r e than 1 4 O i nn o r ma l c o n c r e t e Wh e n s t o n ep o wd e r c o n t e n t i n s an dwa sthebe s t t he c o n c r e t e C a l l a t t a i no p t i ma l c o mb i n e dp r o p e r t i e s Key wor ds ： s t o ne p o wd e r c o n t e n t ； e x pe r i me n t ； wo r k i n g p e r f o rm an c e； me c h a ni c a l p r o p e r t y； d e f o rm a t i o n p r o p e r t i e s 0 引言 石粉是指生产人工砂及粗骨料过程 中产生 的粒径小于 0 1 6mm的微细颗粒。 以往， 在国内外大多数水利工程建设中， 都把混凝土骨料中颗粒尺寸 0 0 7 5 0 1 6 m l T l 的微粒冲洗掉， 费 时费力。 然而 ， 研究表明， 砂中含有适当数量的微细颗粒， 可以 增加碾压混凝土的密实性和可碾性， 对碾压混凝土的和易性有 一 定的改善作用， 还可以降低工程造价 1_ 2 】 。 近年来 ， 人们对石粉 的利用问题极其重视， 先后进行了一系列试验研究 ， 并在工程 中得到应用3 -4 1 。 D L T 5 1 4 4 -2 0 0 1 ( 水工混凝土施工规范 规定 ： “ 人工砂石粉含量宜控制在 6 1 8 。 ” 然而根据工程的不同， 对于石粉含量的控制范围， 尚需要通过试验验证。 本试验通过 研究细骨料中不同石粉掺量对碾压和常态混凝土性能的影响。 通过石粉含量的变化对混凝土拌合物工作性能 、 力学性能及变 形性能进行分析。 在试验研究的基础上， 提出混凝土中石粉含 量的最佳范围。 1 试验原材料与配合比设计 ( 1 ) 试验原材料。 水泥为云南丽江 4 2 5级中热硅酸盐水泥， 粉煤灰为宣威发电厂的分选 级粉煤灰， 减水剂为江苏博特聚 羧酸高效减水剂 ， 引气剂为江苏博特 G Y Q引气剂， 水泥、 粉煤 灰、 骨料、 减水剂、 引气剂的品质均满足相应规范的要求。 试验用石灰石粉为石灰岩粉磨加工而成。 化学成分分析结 果见表 1 ， 物理力学性能检验结果见表 2 。 表 1 石灰石粉 的化学成分 ( 2 ) 配合 比设计。 按 S L 3 5 2 -2 0 0 6 ( 水工混凝土试验规程 在室内成型和养护混凝土试件。 试验采用不同石粉掺量、 固定 水胶比、 粉煤灰掺量和砂率， 控制 VC值或坍落度 ， 石子采用二 级配， 中石 J 、 石 = 5 0 ： 5 0 。 不同石粉含量混凝土试验配合比参数 见表 3 。 2 试验结果与分析 2 1 石粉掺量对砂细度模数的影响 表 4 为石粉含量与砂细度模数的关系。 可以看出，随着石 收稿 日期 ：2 0 1 1 - 0 5 _ 2 3 基金项目： 水利部公益性行业科研专项经费项目( 2 o 0 9 0 1 O 6 6 ) ； 长江科学院中央级公益性科研院所基本科研( C K s F 2 O 1 0 0 1 3 ) ； 国家自然科学基金重 点项 目( , 0 5 3 9 0 1 0 ) 6 7 表 3 不 同石粉含量混凝土试 验配合 比 表 4 石粉含量与砂细度模数的关系 粉含量的增加， 砂子的细度模数随之下降， 石粉含量每增加4 O ， 砂子的细度模数降低约 0 1 0左右。 2 2 石粉 掺 量对拌 合物 性 能的影 响 表 5为石粉含量对混凝土拌合物性能的试验结果， 图 1 为 石粉含量对碾压混凝土 VC值的影响曲线 ， 图2为石粉含量对 碾压混凝土振实密度的影响曲线。 结果表明， 由表 5 观测到， 掺入石粉后碾压混凝土含气量 相应降低 ， 因为微细的石粉颗粒对引气剂有一定的吸附作用， 为达到相同的含气量， 应适当增加引气剂掺量。 从图 l 可以看出， 随着石粉含量的增加， 碾压混凝土的VC值先略微降低然后增 加 ， 也就是说 ， 这里存在一个最优石粉含量 ， 即 1 6 O 1 8 O ， 石粉含量超过最优值时， 为获得同一稠度的碾压混凝土， 其用 水量略有增加。 从图 2可以看出， 石粉含量增加 ， 碾压混凝土 振实密度随之增大 ， 但含量在 1 8 0 之后 ， 振实密度增加幅 度较小， 这也说明 ， 石粉含量在 1 8 0 时， 拌合物更易振动 碾压密实 ， 能够缩短层 问摊铺时间间隔， 提高了施工质量和 施工速 度 。 表 5 石粉含量对混凝土拌合物性能的试 验结果 石粉 含量 ， 图 1 石粉含量对碾压混凝土 VC值 的影响 曲线 鲁 、 稍 林 自 粉 售 量 图2 石粉含量对碾压混凝土振实密度的影响曲线 对于常态混凝土， 由表 5 可以看出， 在单位体积水泥用量 不减少的情况下 ， 随着石粉含量的增加， 常态混凝土泌水率增 加， 并明显大于碾压混凝土， 拌合物外观砂浆明显富余， 混凝土 的含气量变化很小， 但与碾压混凝土相比， 含气量略大于后者。 石粉含量增加， 混凝土拌合物的坍落度逐渐减小 ， 这是凶为石 6R 粉没有被水泥替代 ， ? 昆 凝土的单位体积的粉体材料增加， 不但 补充了混凝土的细颗粒， 增大了粉体的比表面积对水体积的比 例 ， 从而起到一定保水作用， 而且石灰石粉能与水泥和水形成 柔软的浆体 ， 能增加混凝士含浆量 ， 从而改变了混凝土的和易 性。 如果想达到未掺加石灰石粉以前的坍落度 ， 单位体积用水 量需增加。 而单位用水量不变， 粉体材料增加 ， 包裹水泥水量则 相对减少 ， 因此混凝土坍落度损失较大_5 _。 2 3 石粉掺 量对硬化混凝土性能的影响 ( 1 ) 力学性 能。 石粉含量 对混凝土性能试验结果见 表 6 ， 从 抗压强度可以看出， 随着石粉含量的增加 ， 碾压混凝土存在一 个最佳石粉含量范围， 即含量在 1 6 0 1 8 0 时 ， 混凝土抗压 强度值最高。 当石灰石粉掺量为 1 0 1 8 时， 混凝土的早、 后期 抗压强度且随着掺量的增加， 强度提高增加， 这是由石灰石粉 的微集料填充效应、 化学活性以及微晶核效应所决定的。 石灰石 粉颗粒比水泥粒子小的多， 可填充在水泥颗粒和界面的孔隙之 中， 使毛细孔得到细化， 降低了孔隙率， 同时改善了孔结构和水 泥石之间的界面过渡区； 石粉中的 C a C O 能与水化产物 C A生 成碳铝酸盐 ， 所形成的新相晶体尺寸迅速增大， 并且转化为牢 固连生的结晶聚体， 增强了石灰石颗粒与硬化水泥浆体的界面， 使水泥石结构致密 ， 强度提高； 微晶核效应是指， 水化产物中 C S H和 C a ( O H) 生长在 C a C O 颗粒表面， 防止了 C a ( O H) 在水泥石和集料界面生长成大晶体， 增强了界面黏结， 同时降 表 6 石粉含量对混凝土性能试 验结果 低了液相离子浓度 ， 从而加速了 C S的水化， 有利于混凝土强 度的增长嗍 。 而当石灰石粉掺量为 1 8 2 2 时， 石粉的掺量过 多， 其性能不能充分发挥， 混凝土的抗压强度却有降低趋势。随 着石粉含量的增加， 混凝土劈拉强度和轴拉强度逐渐增加， 但当 石粉掺量为 2 2 时强度降低。 对于常态混凝土而言， 石粉含量在 1 0 0 1 4 0 为最优含 量 ， 这是由碾压混凝土和常态混凝土中各材料组成比例的差异 造成的。 碾压混凝土石粉含量大于 1 8 0 时， 抗压强度随石粉含 量的增加而呈下降趋势， 由于石粉含量为 2 2 0 时， 增加了混凝 土单位用水量 ， 胶材用量也相应增加 ， 强度有所提高 ， 但仍不及 石粉含量为 1 8 O 的抗压强度。 常态混凝土石粉含量 大于 1 4 0 时 ， 抗压强度也随之降低。 随着石粉含量的增加， 混凝土 劈拉强度先增加后减小， 在掺量 1 4 0 时最大， 轴拉强度随石粉 掺量在 7 、 2 8 、 9 0d 有降低的趋势， 但变化很小。 ( 2 ) 变形性能。 由表 6观察出， 不同石粉含量碾压混凝土 7 d 龄期极限拉伸值在 4 0 x 1 0 -4 7 x l O 之间， 2 8 d龄期在 6 4 1 0 - 7 6 x 1 0 之间， 9 0 d龄期在 7 6 1 0 - 8 4 1 0 之间， 差别不是特别 大， 说明石粉含量对碾压混凝土极限拉伸值影响不明显， 但是 仍然可以看出， 石粉含量在 1 6 0 1 8 O 时， 极限拉伸值最大。 而且， 极限拉伸值与轴拉强度的大小对应， 轴拉强度越高， 极限 拉伸值越大。 不同石粉含量常态混凝土 7 d 龄期极限拉伸值在 6 4 1 0 7 0 1 0 之间， 2 8 d龄期在 7 7 x 1 0 - 8 4 1 0 之间， 9 0 d 龄期在 9 4 x l O - l O 5 x l O 之间， 差异较大， 说明石粉含量过大对 常态混凝土极限拉伸值有明显负面影响。 表 7为不同石粉含量对混凝土干缩率的试验结果， 图 3为 不同石粉含量碾压混凝土干缩率曲线。 结果表明， 随着石粉含量 的增加， 混凝土的干缩率逐渐增大， 但随着龄期增长， 干缩率的 增加幅度渐缓 ， 即增长率渐小。 表 7 石粉含量混凝 土干缩率试验结果 4 3 3 呈2 斟 2 婚 H -1 1 龄期 d 图 3 石粉含量对 混凝土干缩率 曲线 图 3结 语 试验结果表明， 石粉含量对混凝土力学性能影响比较大， 对 碾压混凝土极限拉伸值影响不明显， 但是石粉含量过大对常态 混凝土极限拉伸值有明显负面影响。 随着石粉含量的增加 ， 混 凝土的干缩率逐渐增大 ， 对混凝土抗裂有影响 ， 但随着龄期增 长逐渐变小。 混凝土用砂存在一个最优石粉含量， 碾压混凝土为 i 6 0 1 8 0 ， 常态混凝土用砂石粉含量不宜超过 1 4 0 。 石粉 含量超过或低于最优值时， 为获得同一稠度的碾压混凝土， 其用 水量略有增加。 在最优石粉含量时， 碾压混凝土用水量最少 ， VC值最小 ， 密度和强度较高 ， 极限拉伸值较大。 参考文献 ： 1 方坤河碾压混凝土材料、 结构与性能【 M 】 武汉 ： 武汉大学出版社， 2 0 0 4 2 2 洪锦祥， 蒋林华， 黄卫人工砂中石粉对混凝土性能影响及其作用机 理研究 公路交通科技， 2 0 0 5 ， 2 2 ( 1 1 ) ： 8 4 8 8 【 3 谭克忠 黄丹水电站人工砂石粉限值探讨及使用总结 J 1 四川水力发 电， 1 9 9 8 ( 9 ) ： 4 4 4 6 4 肖延亮， 杨忠义， 李光伟 人工砂中石粉含量对水工混凝土性能的影 响I J 1 水电站设计， 2 0 0 8 ( 9 ) ： 8 4 8 8 5 郭育霞， 贡金鑫， 李晶石粉掺量对混凝土力学性能及耐久性的影l li l I I 建筑材料学报， 2 0 0 9 ( 6 ) ： 2 6 6 2 7 1 6 】 崔洪涛 超磨细石灰石粉掺合料混凝土, Ii i l i 的研究【 D 】 重庆 ： 重庆大 学， 2 0 0 4 【 7 】陆平， 陆树标C a C O ， 对 c s 水化作用的影I ril I 硅酸盐学报， 1 9 8 7 ， 1 5 ( 4 ) ： 2 8 9 2 9 4 作者简介： 闰小虎( 1 9 8 4 一 ) ， 男， 硕士研究生。 联系地址： 武汉市黄浦大街 2 6 9 号长江科学院( 4 3 0 0 1 0 ) 联 系电话 ： 1 5 0 7 2 3 8 7 6 9 8 6 9