配合比参数对全机制砂混凝土性能的影响研究.pdf

2 0 1 I N 0 3第1 O 卷总第8 9 期 d o i 1 0 3 9 6 9 j is s n 1 6 7 1 -9 1 0 7 2 0 1 1 0 3 0 3 7 配合比参数对全机制砂混凝土性能的影响研究 I n fl u e n c e s o f P r o p o r t i 0 n i n g P a r a me t e r s u p o n F u n c t i o n s o f Al l Ma c h i n e - Ma d e S a n d - Mi x C o n c r e t e 郑 忠双 ， 李志 坤 。 苏 礼清z f 1 福建省建设工程质量安全监督总站福 建福州3 5 0 0 0 1 2重庆市建筑 科学研 究院重庆4 0 0 0 2 0) 摘要 ： 随着基础设施建设的 日益发展 ， 我 国不 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 ， 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 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 。 关键词 ： 全机制砂混凝土 ： 配合 比设计参数 中图分类号 ： T U5 0 2 文献标识码 ： A文章编号 ： 1 6 7 1 9 1 0 7 ( 2 0 1 1 ) 0 3 0 0 3 7 0 4 Ab s t r a c t ： Wi t h the i nc r e a s i n g d e v e l o p me n t o f t he c o n s t z u c t i o n o fi n f r a s t ruc t u r e ， the n a t u r a l s a nd l C S O U r C e i s g r a d u a l l y r u n ni n g o u t i n mo s t a r e a s o f Ch i n a a n d e v e n h as r u n o u t i n s o me p l ace s On the o the r h and , t he c o n t r a d i c t i o n s b e t we en s u p pl i e s and d e ma n d s o f s a n d i s e s p e c i a l l y c r u c i a 1 Th e r e f o r e ， i t i s a b - s o l u t c l y n e c e s s a r y t o u s e the s a nd wh o l l y ma d e b y ma c hine s t o r e pl ace the n a t u r a l s a n d in the p r o du c t i o n o f c o n c r e t e Ba s e d o n s o me e x pe r i me n t s ， t h i s t h e s i s s t u d i e s t h a t h o w the mi x p r o p o r t i o n d e s i g n p a r a me t e r s ( wa t er- c e ment r a t i o ， s a n d r a t i o ， t h e a mo u n t o f c e me n fi t i o ns ma t e ri a l s a n d p o wd er, g r a d a t i o n o f s a n d ma d e b y mach i n e s ， fi n ene s s mo d u l u s ， a n d e t c ) a ff e ct the n a t u r e and f u n c ti o n o f c o n c r e t e mi x e d wi th s a n d w h o l l y made b y ma c h i n e s Key wor d s： c o n c r e t e mi xe d wi th s a nd wh o l l y ma d e by machine s ； mi x p r o po r t i o n d e s i g n p a r a me t e r s 刖 罱 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 。 目前 ， 全机 制砂 混凝 土的概念 尚未正 式提 出 缺 乏相应 的 设计理 念 ，对一些影响全机制砂 混凝土配制 的敏 感 因素( 级 配、 石粉含量 、 砂率等 ) 缺 少系统性研究 。因此 ， 在配制全机制 砂 混凝 土时 ， 基本沿 袭了天然砂混凝土配 制方法 。 而忽视 了机 制砂与机制砂混凝土的特性 ， 从而使工程技术人员难 以掌握。 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 收疆 日期 ： 2 0 1 1 0 3 0 1 作者简介 ： 郑 忠双( 1 9 7 2 一 ) ， 男 ， 博士 ， 高级工程师。 水 泥 ： 拉 法基P 0 4 2 5 R 水 泥 ， 重庆拉 法基水 泥有 限公 司 生产 。 骨料 ： 细骨料采 用机 制砂 ， 重庆 美心砂石 公司生产 i 粗 骨 料采用 石灰石碎 石 ， 重庆 中梁 山产 ， 性 能指标见 表1 ， 分 为5 1 O mm和1 0 2 0 mm个粒级 ， 二者按照3 ： 7 的 比例搭配使用。 表1试验用粗 骨料 矿物掺合料 ： 粉煤灰采用I I 级粉煤灰 ， 重庆珞璜 电厂生产。 混凝土外加剂 ： GR P 一 5 0 0 型泵送剂 。 重庆市建研 科技有限 责任公司生产。 拌合水 ： 普通 自来水。 2试 验方法与方案设计 2 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( 建筑用 砂 ( G B T 1 4 6 8 4 2 0 0 1 ) 规定方法进行。 2 2混凝土试验方法 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 易性等指标 ， 试验按 照 ( GB T 5 0 0 8 0 2 0 0 2 ) 规定进行。 重庆建筑 Cho n g q i n g Ar c h i t e u r 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 ( 普通 混凝 土力学性 能试验 方法标准) ( GB T 5 0 0 8 1 2 0 0 2 ) 规定进行。 2 ， 3试验方案设计 本试 验所 采用 的混凝土配合 比参照 J G J 5 5 2 0 0 0 ) 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1 9 1 8 年 D u f f A b r a ms 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。 至今A b r a ms 定律还是指导混凝土配合 比设计的核 心 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 ， 试 验 结果 见 图 1 。 图1水灰比对 混凝土强度的影响 从图1 可 以看 出 ， 对 于天然砂混凝土 ( 图中下 方曲线 ) ， 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 ： 其 ， 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 ： 其二 ， 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 ； 其三 ， 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 ： 其 四 ， 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 。 由上可知 ， 相 比于天然砂 混凝土 ， A b r a ms 的水灰 比定律对 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。 3 2砂率 由于机制砂表 面粗 糙 ， 棱角 多 ， 且 石粉含量普 遍较 高， 从 而导致机制砂混凝土和 易性较易出现极端情况。砂率稍小 ， 就 容易出现离析泌水 现象， 砂率偏大 时则表 现为粘性过大， 流动 性显著降低 ， 因此 ， 砂 率的选择对高性能机制砂混凝土 的重要 性显得尤为重 要。本试验针 对这种情况专 门研究 了砂率对机 制砂 混凝土的影响， 如表2 所示。 表2 砂率对机 制砂混凝土性 能的影响 选择合理砂率 除使 混凝 土获得最 佳的和易性之外 ，还能 使 混凝土结构最密 实化 这样 的混凝 土的强度 与耐久性应该 是比较理想的。图2 和图3 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。 2 0 1 1 N O 3第1 0 卷 总第 配合比参数对全机制砂混凝土性能的影响研究 建筑材料3 9 图2砂率对坍落度 的影响 图3砂率对强度的影响 在水泥浆量一定的情况下，砂率在混凝土中主要影响和 易性 在混凝土配制 中存在最佳砂率 ， 砂率 过低 导致 混凝土浆 体含量 不足 ， 使混凝土 的和 易性变差 ， 砂 率过 大 ， 使 混凝 土需 水量增大 使 混凝 土拌 和物 干涩 ： 砂率 过高又会使 混凝 土的粘 度 过大 ， 影响 混凝土 的流动性能 。在 本试验 中， 可 以看 出砂 率 在3 7 4 3 工作 性较 好。 3 2 o0 1 0 0 坍落度mm 扩展度mm 图4砂率4 1 的机制砂混凝 土与天然砂 混凝土 的对 比 通过 与中砂对 比 ( 见图4) ， 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3 0 MP a 左右 2 8 d 强度保 持在3 7 0 MP a 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 ， 二者 的级 配曲线见 图5 和6 。 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 ( 见表3 ) ， 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。 图5样 品X的级配 区曲线 图6样品Y的级配区曲线 表3不 同级配 的机制砂混凝土的性能 因此 ， 机制砂 的细度模数宜控制在中砂范围。 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C 2 O 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4 。 表4 胶 凝材料用量对机制砂混凝土可泵性的影晌 配合比参数对全机制砂混凝土性能的影响研究 重庆建筑 Ch o n g q i n g Ar c h i t e c tur e 表4 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3 3 0 k g ， m。 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3 3 0 k g m。 。 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7 和图8 。 E E 世 桉 蜜 砸 = 埘 嘎 0 5 1 0 图7石 粉 含量 对 坍 落 度 的 影 响 1 5 石粉 音 量 - ， 0 5 1 0 图8石粉含量对强度的影响 1 5 石 粉 含 量 图中结果显示 ： 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1 O 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。 混凝土拌和物和 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 大干5 ， 以石粉含量7 最 佳 ， 但不应超过1 0 。 4结论 ( 1 ) A b r a ms 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3 7 4 3 。 ( 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3 3 0 k g ， m。 。 ( 5 ) 用于配制全机制砂混凝土 的机 制砂含粉 量宜控制 在 5 1 O 。 参考文献： 【 1 l 朱 俊利 ， 郎学 刚 ， 贾希娥 机制砂 生产 现状与 发展 【 J 矿 冶 2 0 01 ， 1 0 ( 4 ) 【 2 】 周大庆 ， 张道友 ， 赵华耕 ， 周 明凯， 川建平 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 ， 2 0 0 5， 2 6 ( 3 ) 【 3 l 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 ， 2 0 0 1 ， 3 I 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 ， 2 0 0 0 ( 4 ) 【 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 ， 2 0 0 0 ， 4 ) 【 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 ， 2 0 0 4 ， ( 6 ) 责任编辑 ： 余咏梅 抛 瑚 啪 0 O 0 0 0 孢