特细砂在混凝土中的应用研究.pdf

文章编 号 ：1 0 0 7 0 4 6 X ( 2 0 1 3 ) 0 2 0 0 3 4 0 4 生态建材 特细砂在混凝土中的应用研究 R e s e a r c h o n A p p l i c a t i o n o f E x t r a F i n e S a n d i n C o n c r e t e 焦建明，袁玉新 ，孙琳 ( 昆山国产实业混凝土有限公司，江苏 苏州 2 1 5 3 0 0 ) 摘要：随着天然中粗砂资源的 日益短缺 ，采用来源广泛的特细砂配制混凝土已经成为混凝土行业可持续发展的 必经之路。对混凝土中大掺量使用特细砂进行研究，结果表明：特细砂和中粗砂混合使 用，不仅可以改 善混凝土的工作性 ，提高混凝土强度 ，而且可以有效降低混凝土的生产成本。 关键词：特细砂 ；混凝土；性能；成本 中图 分 类 号 ：YU5 2 1 文 献标 志 码 ：A Ab s t r a c t ：As s h o r t a g e o f n a t u r a l me d i u m c o a r s e s i z e d s a n d r e s o u r c e s ， p r e p a r i n g c o n c r e t e wi t h e x t r a fin e s a n d h a v i n g e x t e n s i v e s o u r c e s i s t h e o n l y wa y t o d e v e l o p c o n c r e t e i n d u s t r y s u s t a i n a b l y Ap p l i c a t i o n o f l a r g e v o l u me e x t r a fi n e s a n d i n c o n c r e t e wa s s t u d i e d T h e r e s u l t s s h o w t h a t mi x i n g n a t u r e me d i u m c o a r s e s i z e d s a n d i n e x t r a fi n e s a n d c a n n o t o n l y i mp r o v e t h e wo r k a b i l i t y a n d s t r e n g t h o f c o n c r e t e ， b u t a l s o r e d u c e t h e p r o d u c t i o n c o s t o f c o n c r e t e e f f e c t i v e l y Ke y wo r d s ： e x t r a fi n e s a n d ； c o n c r e t e ； p e r f o r ma n c e s ； c o s t 0 前 言 随着国民经济的持续、快速发展，基础设施建设力度 不断加大，铁路、 公路、水利水电、建筑等对混凝土的需 求与日 俱增，天然中粗砂作为混凝土的重要组成部分，用 量非常巨大。长期以来，因为天然中粗砂来源广泛而不 被重视，随意开采情况严重，不仅造成了环境破坏，而且 引起天然中粗砂供应紧张的局面_2 _ ，价格也不断走高，华 东地区目前已攀升至 5 0元 t 。 特细砂是指细度模数为 0 7 1 5 ，平均粒径在 0 2 5 m m 以下、比表面积大、空隙率大、含泥量较高的砂l 3 l。由于 使用特细砂配制混凝土相对难度较大，因此目 前尚未广泛 应用，价格较低，华东地区目 前市场价格为 1 5元 t 。我国 的长江、黄河、珠江、松花江等流域都蕴藏着大量的特细 砂资源。大规模使用特细砂可以有效降低天然中粗砂的使 用量，具有较好的经济效益和环境效益【 4 J 。 1 原材料 ( 1 ) 水泥：P 0 4 2 5 水泥，2 8 d 水泥强度为 4 9 7 MP a 。 3 4 CoAL AsH 2 2 01 3 ( 2 ) 矿渣微粉：需水量 9 7 ，比表面积 4 0 5 m k g ， 2 8 d活性指数 1 0 2 。 ( 3 ) 粉煤灰：使用 级灰，4 5 m方孔筛筛余 1 5 ， 烧失量 1 8 ，需水量比9 9 。 ( 4 ) 粗集料：5 3 1 5 m m碎石，含泥量 0 5 。 ( 5 ) 细集料：中粗砂，细度模数 2 6 ，含泥量 1 4 。 特细砂，细度模数0 8 ，含泥量 2 7 。 ( 6 ) 水：使用自 来水。 ( 7 ) 缓凝型减水剂：减水率 1 6 。 2 试验方法 试验方法参照 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、G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 普通混凝土力学 试验方法 和G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 2 普通混凝土长期性和 耐久性试验方法标准等有关规定进行， 测试的项目包括 混凝土抗压强度，混凝土的坍落度，3 d 、7 d 、2 8 d 抗压强 度，混凝土的耐久性_5 j 。混凝土配合比见表 1 。 表 1 混凝土试验用配合比 编号 水泥 矿粉 粉煤灰 中 粗砂 米砂 特细砂 分子 瓜子片 水 外加剂 注：A1 为基准，A 2 A1 2 为掺入特细砂的混凝土的配合比。 3 试验结果及分析 3 1 特细砂混凝土对和易性的影响 对掺入特细砂与不掺人特细砂的混凝土进行混凝土和 易性测试。通过表2可以看出，在掺人特细砂之后，与基 准保持一致的 A 2的坍落度显著下降，而采取砂率降低的 方式之后，坍落度显著上升，几乎和基准的坍落度保持持 平状态，主要是因为特细砂的细度模数偏小， 表面积很大， 含泥量也很高，在与中粗砂同等质量的对比下需要的自由 水就要多一些。当用水量相同时，表现出混凝土的流动性 不足。因此特细砂混凝土配制过程中宜采用低砂率。 表 2 混凝土坍落度及强度 当混凝土的砂率逐渐提高时，即使不同比例的中粗砂 与特细砂的混凝土坍落度也是呈整体下降的。当砂率为 3 2 、3 5 、3 8 ，中粗砂与特细砂比例为 4 ： 6时混凝土的 坍落度都是同砂率中最好的；而当砂率为 3 2 与3 5 ，中 粗砂与特细砂的比例为 3 ： 7时，其坍落度都会比5 ： 5的时 候好一些；但是当砂率为 3 8 时，这种情况却不存在，相 反的是 3 ： 7的比例时混凝土的坍落度显著下降。这主要是 因为当低砂率时，特细砂的细度模数偏低，表面积偏大， 颗粒与中粗砂相对较细，可以有效地填充混凝土集料的空 隙，在集料周围形成润滑层；当砂率过高时集料系统中特 细砂偏多，这部分特细砂对混凝土的和易性没有帮助，反 而会起到反作用。所以，在适当的情况下，特细砂比例的 提高有助于混凝土和易性的改善；和易性良好的混凝土有 助于现场施工的顺利进行。 3 2 特细砂混凝土对强度的影响 为了探明特细砂对混凝土强度的影响，本试验对掺与 不掺特细砂混凝土的强度进行了测试。通过图1 可以看出， 掺人特细砂混凝土之后，当选用与基准一样的砂率时，混 凝土的强度无论是早期还是中后期都是显著下降的，所以 特细砂混凝土的高砂率是不可取的。通过表 2也可以发 现，当降低砂率时，随着砂率的降低，混凝土的强度是显 著下降的；当砂率越高时，混凝土的强度越高。当砂率 为 3 2 、3 8 、3 9 ，中粗砂与特细砂比例为4 ： 6时，混 凝土的强度都会高一些。这说明 4 ： 6的中粗砂与特细砂的 2 2 0 1 3 粉煤灰 3 5 ：2 ：2 =3 ：3 ：合 ：2 =3 m 姗 抛 哪 眈 眈 0 枷 椰 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 枷 姗 粥 印 舳 舳 舳 鲫 鲫 舳 舳 舳 鲫 舳 蚰 舳 鲫 舳 M 枷 川 比例是最合理的。通过试验表明当中粗砂与特细砂的比例 为 4 ： 6时的孑 L 隙率是最低的，所以这种比例的细集料相对 来说也就更加密实一些，有助于混凝土强度的提高。 4 2 4 2 3 2 3 2 3 2 3 5 3 5 3 5 3 8 3 8 3 8 4 1 一 。 砂率 图 1 混凝土的强度 3 - 3 特细砂混凝土对耐久性及成本的影响 为了探究特细砂混凝土对塑性收缩的影响，本试验特 别通过非接触法做了普通混凝土与加入特细砂之后的混凝 土的收缩率对比，试验龄期为7 d 。通过图2与图3可知， 加入特细砂之后的混凝土收缩率为3 4 1 5 1 0 6 ，而普通混 凝土的收缩率为 3 0 5 2 1 0 一，可见，加入特细砂之后混凝 土的收缩率变大。这是由于特细砂粒径小、比表面积大， 与中粗砂相比，混凝土在硬化时位于混凝土表面的特细砂 会散失掉更多的水分，所以造成混凝土表面水分挥发过快、 局部脱水而形成干裂层，结果导致特细砂混凝土体积收缩。 图 2 中粗砂与特细砂 4 ： 6时的混凝土收缩率 2 槲 嫘 采样个数 图 3 普通混凝土的收缩率 3 6 coAL AsH 2 2 1 1 1 3 本试验通过加入钢纤维可防止混凝土的塑性收缩和裂 缝，见表 4 。 通过表4可知，当钢纤维的掺量提高时，裂缝的最大 宽度降低；在同掺量条件下，砂率降低，裂缝最大宽度亦 降低。由于混凝土早期反应中水分多，蒸发速率很快，随 着水泥水化和水分蒸发的进行， 混凝土中自由水越来越少， 蒸发速率不断减小【 6 J 。虽然掺入纤维后混凝土的水分蒸发 速率变化不是很大，但随纤维掺量提高，水分蒸发速率明 显降低。显然，这是纤维隔断混凝土毛细管，阻碍了水分 迁移的结果。 表 4 混凝土钢纤维的掺量 编号 砂率 中粗砂 特细砂纤维掺量 裂缝宽度 m m 裂缝面积 A1 4 2 基准0 0 A3 3 2 5 ： 5 O O 5 O 2 2 8 1 5 6 A4 3 2 4 ： 6 0 1 O 0 1 6 5 9 8 4 A5 3 2 3 ： 7 0 1 5 0 O A6 3 5 5 ： 5 O O 5 O 1 8 7 1 2 A7 3 5 4 ： 6 O 1 O O 1 5 5 5 1 2 A8 3 5 3 ： 7 0 1 5 0 0 A9 3 8 5 ： 5 0 O 5 0 1 8 6 9 8 A1 0 3 8 4 ： 6 O 1 O 0 1 1 3 5 1 A】 】 3 8 3 ：7 0 1 5 O 0 混凝土浇注后，由于泌水作用会在混凝土内部形成许 多毛细通道，当混凝土表面水分的蒸发速度 泌水速度 时，混凝土的失水将由表及里向深处发展，所以毛细孔内 水的弯液面的曲率也将随之逐渐增大。根据毛细原理，毛 细管内水的张力作用将使凹液面有缩小的趋势，这种趋势 造成的孔内负压将使毛细管壁受到持续增长的压缩作用。 这种压缩作用受到约束时，混凝土的表面将会因处于受拉 状态而开裂。这是混凝土产生收缩并最终发展为裂缝的微观 原因 7 1 。纤维的掺人因极大地改变了混凝土内部的毛细通 道，影响水分迁移， 从而产生明显的阻裂作用。 通过表 5 可知， 在普通混凝土中加入特细砂之后，混 凝土的生产成本是大幅下降的，混凝土的成本最多可节省 1 7 2元，而最少也可以也可以节省 8 2元。节约成本对企 业来说是意义重大的，也可以让企业在未来的市场竞争中 立于不败之地。 ( 下转第 4 O页 ) 如 加 m & 酿 湖 湖咖湖 姗0姗 3 3 1 2 l 1 _l 糌 姆 咖 姗 姗 0 酸盐侵蚀能力。加人防腐剂砂浆的9 0 d 抗蚀系数达到 1 3 0 ， 抗硫酸盐侵蚀能力较好。不同比例粉煤灰 ( 2 0 、2 5 )、 磨细矿粉 ( 4 0 、5 0 、 6 0 、7 0 ) 的掺人可显著提高砂 浆的抗硫酸盐侵蚀能力。当单掺磨细矿粉掺 5 0 、6 0 ， 共掺粉煤灰2 0 +磨细矿粉 3 0 时，砂浆的抗蚀系数比抗 硫酸盐水泥砂浆高，体现出了较好的抗硫酸盐侵蚀能力。 ( 2 ) 按 A S T M C 1 0 1 2 0 3 测定砂浆抗硫酸盐侵蚀的白 由膨胀率结果表明，当砂浆在硫酸盐溶液中浸泡至 9 1 d ， 掺人 2 5 粉煤灰的砂浆在硫酸盐溶液中产生的膨胀较基 准砂浆降低了2 3 。粉煤灰与磨细矿粉共掺后，随着共掺 量的增加，抗硫酸盐侵蚀性能提高。当共掺量为 6 0 ( 粉 煤灰掺量为 1 0 ，磨细矿粉掺量为5 0 ) 时，砂浆膨胀率 较基准砂浆减少了5 8 ，较单掺 2 5 粉煤灰降低了4 5 。 在单掺磨细矿粉组中，随着磨细矿粉掺量的增加，其抗侵 蚀能力不断提高。当磨细矿粉掺量为4 0 ，其膨胀率较基 准砂浆降低 3 5 ，较大幅度超过单掺 2 5 粉煤灰混凝土 的抗侵蚀能力。由此可见，大掺量磨细矿粉混凝土具有较 优的抗硫酸盐侵蚀性能。 参考文献 1 莫海鸿， 梁松 抗海水腐蚀混凝土在外砂桥闸重建工程中的应用 J 1 人 民珠江， 2 0 0 5 ( 2 ) ： 3 0 3 2 2 】杨医博， 梁松 抗海水腐蚀混凝土在吴川市低埔水闸闸门重建工程 中 的应用【 J 水利水 电技术， 2 0 0 4 ， 3 5 ( 1 1 ) ： 5 3 5 5 3 洪定海 大掺量矿渣微粉高性能混凝土应用范例 J 】 建筑材料学报， 1 9 9 8 ， 1 ( 1 ) ： 8 2 8 6 4 】俞海勇， 徐强 矿物掺合材料在高性能海工混凝土中的应用 J 】 粉煤 灰， 2 0 0 3 ( 5 ) ： 2 1 2 5 作者简介：袁春波( 1 9 8 1 一) ， 男， 汉族， 工程师 现从事混凝土性能研究及 水利工程施工工作 通讯地址： 天津市河西区友谊路6 0 号( 3 0 0 0 6 1 ) 收稿 日期： 2 0 1 2年 1 0月 1 1日 ( 上接第 3 6页) 表 5 加入特细砂后混凝土的成本 4 结 论 ( 1 ) 混凝土中掺入特细砂之后，适宜的砂率 ( 3 2 一 3 5 ) 不仅提高强度还可以保持混凝土坍落度基本不下降， 在同砂率下，适当的中粗砂与特细砂的比例 ( 4 ： 6 ) 不仅可 以增大坍落度， 并可以提高强度。 4 0 COAL ASH 2 20 1 3 ( 2 ) 混凝土中加入特细砂之后，混凝土的塑性收缩增 大；但是钢纤维的加入，可以有效改变这一现象。 ( 3 ) 混凝土中掺人特细砂可以有效降低混凝土的生产 成本。 参考文献 1 李飨民， 李宝忠 特细砂在混凝土中的应用 J 山西建筑， 2 0 0 0 ( 2 )： 1 3 2 1 3 4 2 刘武军， 张向斌 水工特细砂泵送混凝土施工技术 J 人民长江， 2 0 1 l ( 4 2 ) ：8 7 - 8 8 3 】李光伟 水工特细砂混凝土性能试验 J 水利水 电科技进展， 2 0 0 6 ， 2 6 ( 4 1 ：3 8 - 3 9 4 CH UNG D D L C e me n t R e i n f o r c e d wi t h S h o r t Ca r b o n F i b e r s ： a Mu l t i f u c t i o n a l Ma t e r i a l s J C o mp o s i t e s ： 2 0 0 0 - 3 1 ： 5 l l - 5 2 6 5 】李保亮， 徐洪伟 Na S 0 对低硫水泥及其混凝土性能 的影响 J 】 商 品混凝土， 2 O 1 2 ( 3 ) ： 4 2 4 4 6 黄士元， 蒋家奋， 杨南如， 等 近代混凝土技术 M 西安： 陕西科学技 术出版社， 1 9 8 8 【 7 蔡贵生 特细砂混凝土塑性收缩裂缝研究 D 】 重庆： 重庆大学， 2 0 0 4 作者简介：焦建明( 1 9 7 9 一) 男， 工程师， 从事商品混凝土的生产和研究工作 通信地址： 江苏省苏州市昆山 市正仪镇娄江工业1 ( 2 1 5 3 0 0 ) 收稿 日期： 2 0 1 2年 9月 4日