粗集料强度对混凝土力学性能的影响.pdf

沈嫣秋： 粗集料强度对混凝土力学性能的影响 3 7 粗集料强度对 混凝土力学性 能的影响 沈嫣秋 ( 哈尔滨市第一建 筑工程公司 。 哈尔滨1 5 0 0 3 0) 【 摘要l 研究了粗骨料的种类、 压碎指标等对不同强度等级混凝土力学性能的影响。通过研究发现， 粗集 料种类对低强度等级混凝土的影响不明显， 但对高强混凝土的力学性能有较大影响， 且对抗折强度的影响程度高 于抗压强度， 自身强度较高的玄武岩集料所配制的混凝土强度最高， 可较同条件的石灰石混凝土高一个强度等 级； 对于同种岩性粗集料 ， 压碎指标对高强混凝土抗折强度的和抗压强度影响规律相似 ， 粗骨料压碎指标越大， 混 凝土的强度最低； 采用压碎指标接近的不同岩性集料所配制混凝土的力学性能差别不明显。 【 关键词】 混凝土； 粗集料； 力学性能 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 4 1 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 2 ) 0 6 0 0 3 7 0 3 研究者对集料的关注多偏重于碱活性、 颗粒级配 等， 因为， 如果混凝土发生碱集料反应 ， 则会出现大面 积的损坏 ， 进而会加剧钢筋锈蚀 ， 缩短建筑物的使用 寿命； 而使用级配和粒形不 良的集料会导致混凝土耐 久性变差。而对集料 自身强度的研究相对较少 ， 通常 认为天然石材是坚 固耐久的。近年来， 忽视砂、 石集 料的质量或由于砂、 石集料的不合理使用而导致的工 程事故屡见不鲜。实际上 ， 集料 自身的特性， 比如粗 集料的强度， 对混凝土的强度有着较大的影响， 尤其 是对配制高强混凝土而言， 粗集料 的强度至关重要 ， 应为混凝土设计强度的 1 5 2 倍以上 。 1 原 材料及配合 比 试验 采用 P O 4 2 5普通 硅酸 盐水 泥 ； I 级 粉煤 灰； 区中砂 ， 细度模数 2 8 ， 含泥量 1 0 ， 表观密度 2 6 5 0 k g m ； 石灰岩 、 花岗岩 、 玄武岩碎 石 ， 4 7 52 6 ra m 连续级配， 性能指标见表 1 ； 萘系高效减水剂 ， 减水率 2 0 。配制 C 3 0 、 C 5 0和 C 6 0三个强度等级的混凝土， 配合 比见表 2 。 表 1 岩石性能 强度 水泥 水 粉煤灰 砂 石 减水剂 等级 k g m k g m k g m一 k g m k g m一 相对于岩石抗压强度而言， 压碎值指标的测定简 单易行， 取样方便， 并且可以间接反映岩石的强度， 即 粗集料抵抗破坏的能力 ， 因此， 采用压碎指标来考察 碎石 自身的强度。 2 试验 结果与分析 花岗岩、 石灰岩和玄武岩集料是三种不同岩性的 集料。花岗岩属于深成火成岩， ， 主要 由长石、 石英和 少量云母等矿物组成。其耐磨性好、 抗风化性及耐久 性高、 耐酸性好， 但不耐火 ； 石灰岩属沉积岩， 分布极 广， 主要由方解石组成 ； 玄武岩属于喷出岩 ， 由辉石和 长石组成。强度高、 抗风化性强， 但脆性较大 。 2 1 粗集料种类对混凝土力学性能的影响 配制混凝土前， 先将三种岩石进行筛分， 将针片 状颗粒全部挑出， 各粒级 以相 同的质量进行重新混 合。三种粗集料对不同龄期和强度等级的混凝土力 学性能影响的试验结果见 图 1 和 图 2 。 8 0 量 6 0 翼 4 0 辗 2 0 0 4 8 1 2 1 6 2 O 2 4 2 8 3 2 龄期， d - -t - - C 3 0 ， 石灰岩+ C 3 0 ， 花岗岩一 C 3 0 玄武岩 - - -o - - - C 5 0 , 石灰岩 c 5 0 ， 花岗岩 6 - c 5 o i 玄武岩 + c 6o； 石灰岩 - -w - c 6 o ， 花岗岩+ c 6o； 玄武岩 图1 集料种类对混凝土抗压强度的影响 由图 1 和图2 试验结果可见， 对于 C 3 0混凝土， 不 同岩石所配制的混凝 土抗压强度和抗折强度十分接 近， 即岩石强度对强度等级较低混凝土的力学性能影 响较小 ， 几乎 可以忽略 。 对于 C 5 0混凝土而言， 7 d龄期时， 玄武岩和花 岗 3 8 低温建筑技术 2 0 1 2年第 6期 ( 总第 1 6 8期 ) 岩所配制混凝土比石灰岩混凝土的抗压强度高 3 1 和7 0 ， 抗折强度高出5 9 和 8 9 ； 随着龄期的增 长 ， 混凝土的强度差进一步加大， 2 8 d龄期时， 玄武岩 和花岗岩混凝土强度较石灰岩混凝 土强度高出5 9 和 9 6 ， 抗折强度高 出 7 1 和 1 0 8 。 善 骥 辖 o 4 8 1 2 1 6 2 O 2 4 2 8 3 2 龄期 d ,- t - C 3 0 ， 石灰岩- -o -C 3 0 花岗岩 一C 3 0 玄武岩 + c 5 0 ， 石灰岩 o - c s o l 花崮岩 6 - c s o l 玄武岩 一 c 6 o ， 石灰岩十 c 6 0 ， 花岗岩 + c 6 o ； 玄武岩 图2 集料种类对混凝土抗折强度的影响 而对于 C 6 0混 凝土 来说 ， 7 d龄期 时 ， 玄武岩 和花 岗岩所配制混凝土 比石灰 岩混凝 土的抗压强度高 4 8 和 1 1 2 ， 抗折强度高 出 8 1 和 1 4 8 ； 2 8 d 龄期时 ， 玄武岩和花 岗岩所配制混 凝 土比石灰 岩混凝 土的 抗压 强 度高 7 5 和 1 3 6 ， 抗 折强 度高 出 1 1 1 和 1 6 7 ； 当石灰岩混凝土2 8 d抗压强度略高 于 C 6 0混凝土设计标准值 ， 而对于相同配合比的玄武 岩混凝土的实际强度已接近 C 7 0的水平， 较强度相对 较低的石灰岩混凝土高出一个强度等级。 粗集料种类对混凝土抗折强度 的影响程度高于 抗压强度 。这是 由 于试验 选 用 三种 岩石母 岩 的抗 压 强度相差较大， 玄武岩 自身 的强度较石灰岩高 出近 5 0 。岩石强度的差别使其压碎指标相差较大， 试验 测得石灰岩集料的压碎值为 9 8 ， 而玄武岩的压碎 值仅为 3 5 。三种岩石的吸水率亦不相同， 吸水率 可以间接反应岩石 自身的密实程度 ， 吸水率越高， 则 开口孔隙含量越大， 密实度越低。试验发现， 低强度 等级混凝土的破坏表现为混凝土和骨料之间剥离， 而 高强 混凝 土则 为溃散 ， 不 仅是 水泥 石破 坏 ， 大量 的石 灰石集料 自身也被压碎 。 可见， 在配合比相同时， 选用高强度的集料， 更容 易满 足高 强混凝 土 的设计 需要 ， 从 另一 角度来 讲 ， 在 配制高强混凝土时， 采用高强度等级集料可以适当提 高水胶比， 有利于降低水泥用量、 节约原料成本。 2 2 粗集料压碎指标对高强混凝土力学性能的影响 挑出玄武岩集料中的针片状颗粒， 再以不同比例 混入到粒型较好的集料 中， 使其压碎指标为 3 5 、 5 0 、 6 5 、 8 0 和 9 5 ， 用其配制 C 6 0混凝土， 以便研究粗集料压碎指标与高强混凝土力学性能之 间 的关系 。试验 结果见 图 3和 图 4 。 龄期 d 图3 集料压碎指标对混凝土抗压强度的影响 善 暖 鞲 龄期， d 图4 集料压碎指标对混凝土抗折强度的影响 从图3和图4可见， 粗集料压碎指标变化对高强 混凝土抗压强度和抗折强度的影响规律相似， 随压碎 指标 的增 加 ， 混凝 土强 度降低 ， 即集 料 中针 片状 颗粒 含量对混凝土力学性能有着非常不利的影响。 由图3和图 1 、 图4和图2相比较可知， 在压碎指 标相近时， 即压碎指标为 9 5 的玄武岩集料和压碎 指标为 9 8 的石灰岩集料所配制混凝 土 的抗压 强度 和抗折强度相差不大 ， 玄 武岩集料 混凝 土的 强度 仅略 高于石灰岩集料混凝土。 3结语 ( 1 ) 不用种类的粗集料， 对低强度等级混凝 土 力学性 能影 响不 明显 ， 随混凝 土强 度等 级 的提 高 ， 粗 集料 自身强 度对混 凝土力学 性能 的影响 程度 增大 ， 且 对抗折 强度的影响程度高 于抗压强 度 ， 采 用母 岩强 度 较高的玄武岩所 配 制混 凝 土可较 同条件 的石 灰 石混 凝土高一个强度等级 。 ( 2 ) 同种 岩性粗集料 压碎指标 对混 凝土 抗压 强 度和抗折强度影响规律相似， 均为随压碎 指标的增 加， 混凝土抗压强度和抗折强度降低； 采用压碎指标 接近的不 同岩性集料所配制混凝 土的力 学性能接近 。 参考文献 1 陈素梅 粗集料性能对路 面混凝 土抗折 强度 的影响 J 混 凝 土 ， 2 0 0 2， ( 1 2 ) ： 4 7 4 8 2 杨群， 郭忠印， 陈立平， 等 级配碎石分形特征分析及其在路 面工程 巾的应用 J 建筑材料学报 ， 2 0 0 6， 9 ( 4) ： 4 1 84 2 2 嗵出 时宝辉 等： 新型超低掺量 防冻剂混凝 土工程 应用 3 9 新型 超低掺量 防冻剂混凝土 工程应用 时宝辉 ， 张嘉新。 ， 朱广祥 ( 1 哈尔滨长城建筑集团股份有 限公司 。 哈尔滨1 5 0 0 8 6； 2 黑龙江省 寒地建筑科学研 究院。 哈尔滨1 5 0 0 8 0) 【 摘要】 通过研究不同气候条件下某新型超低掺量防冻剂混凝土的强度发展规律 ， 并结合工程实例防冻 剂混凝土的应用效果， 从理论与实践两个角度阐明该新型防冻剂在低温与负温环境下具有 良好 的早强与防冻 效应 。 【 关键词】 超低掺量； 防冻剂； 混凝土； 工程应用 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 4 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 2 ) 0 6 0 0 3 9 0 3 某新型超低掺量混凝土防冻剂 由黑龙江省寒地 建筑科学研究院与宜兴市 ( 江苏) 燎原化工有限公司 联合研究的成果， 其具有掺量极低( 仅为传统防冻剂 掺量的 1 81 1 0 ) 、 微碱含量、 无氯、 早强、 增强等特 性 ， 可 提高混凝 土结 构 的耐久 性 ， 环保 、 无 污染。研究 表明， 其在低温、 低负温条件下早强特性较为显著， 可 提高混凝土3 d 、 7 d 早期强度 1 0 一 3 0 ， 而掺量仅 占 胶凝材料质量的0 0 5 一 0 2 ， 与普通早强剂相 比， 掺量大为降低( 仅为传统早强剂掺量 1 1 01 2 0 ) ， 对 混凝 土后期强度不会 产生 不 良影 响 ， 混凝 土 的力 学性 能也得到提高。当其在 0一一l O c C 条件下作为防冻剂 使用时， 其掺量仅为胶凝材料质量 的0 2 1 0 ， 其防冻性能达到J C 4 7 5 2 0 0 4 ( 混凝土防冻剂 标准规 定要求 。 该新 型超低掺 量 混 凝 土防冻 剂 在通 过科 学 技术 鉴定后 ， 已在国内外几十项工程 中进行了应用， 其防 冻技术效果均满足相应施工技术要求与标准、 规范的 规定。以下结合哈尔滨某工程实例总结新型防冻剂 的应用技术效果 。 1 掺 新型 防冻剂 混凝土在 自然气候环 境下 的强度发 展 规律 为考查新型超低掺量混凝土防冻剂在 自然气候 环境下对混凝土强度的影响规律， 2 0 0 6年 5月 一2 0 0 7 年 1 月 ， 分别在 5月、 8月、 9月、 1 O月、 1 1月、 l 2月、 1 月份采用室外 自然养护的方法养护 F H混凝土， 哈尔 滨室外的自然气温最高时达 3 4 ， 最低时达 一3 6 C， 其中 l 0月份至次年的 1月份作为重点来考察防冻剂 在实际气候环境 中的实体强度发展规律。同时， 在 9 月、 1 O月和 1 1月、 1 2月， 分别采用传统早强剂、 防冻剂 进行平行试验研究， 作为对比件。 新型防冻剂 ( F H ) 的试验掺 量为 0 5 1 5 ， 混 凝土配合 比与原材料按 G B 8 0 7 6 混凝土外加剂 与 j c 4 7 5 ( 混凝土防冻剂 规定进行 ， 其中水泥分别采用了 天鹅牌 P O4 2 5 水泥、 海螺牌 P O4 2 5 水泥、 盘固牌 P O 3 2 5 水泥 、 天 山牌 P C 3 2 5 水 泥、 国家外 加剂检 测用基准水泥 、 美 国 V E R S I D E A S T M P I I V水泥。 试验测试了混凝土的早期、 中期、 后期、 长期抗压 强 度 ， 由于时 间受 限 的关 系 ， 最 长 龄期 为 1 8 0 d 。 以下 是不同气候条件下试验结果。 由图 1 图7各个月份的 F H混凝土强度发展规 律可 以看 出 ： ( 1 ) 在 5月、 8月 自然环境正温条件下 ， 掺 F H 混凝土强度持续增长 ， 早期强度发展速率较快， 2 8 d后 强度仍然增长 ， 其中8月份由于环境气温的提高， 混凝 土的 1 d 、 3 d 、 7 d早期强度 明显 高于 5月份 混凝 土 同龄 期 强度 ； 随着 F H掺量 由0 5 提高 至 1 0 ， 混凝 土的 各 龄期 强度也有所增长 ， 平 均约提 高 5 1 0 ， 说 明 掺 F H混凝土在正常条件下有早强与增强的性能。 ( 2 ) 进入 9 、 1 0月份， 随着哈尔滨市外界环境气 温的逐渐降低 ， 混凝土的各龄期强度相对于 5月、 8月 F H混凝土同龄期强度也有所降低， 但混凝 土的强度 仍持续增长 ， 从 F H与 H型早强剂混凝土各龄期强度 进行对比的结果来看 ， 其早强性能优 良， 0 5 的 F H 掺量与普通早强剂 2 O 掺量的早强效果相近， 并且 中长期强度发展速率好于 H型早强 剂。 ( 3 ) 进人 1 1 月份， 哈尔滨的 日最高与最低气温 o 00 o0 0o oo OO oO o O oO o O 00 o O oo OO OO O o OO oo O0 00 Oo O0 O O O0 oo 00 o 0 oo OO o0 o 0 O0 OO 0O OO O O OO oo 0O OO 0o oo OO o o OO OO 0 3 钱觉时， 宋开伟 ， 杨再富， 唐祖全 粗集料强度对混凝土抗折强 度的影响 J 建筑材料学报， 2 0 0 6 ， ( 4 ) ： 9 2 9 6 4 葛勇 土木工程 材料学 M 北 京： 中国建材工业 出版 社 ， 2 0 0 7 收稿 日期 2 0 1 2 0 4 0 9 作者简介 沈嫣秋( 1 9 7 9一) ， 女 ， 黑龙 江讷河 人 ， 工程师 ， 从 事工程造价 与工程技术研究 工作 。