机制砂比表面积对混凝土性能的影响.pdf

2 0 1 1年 第 2期 (总 第 2 5 6 期 ) Nu mb e r 2 i n 2 01 1 ( To t a l No 2 5 6) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材料及辅助物料 MATERI AI AND ADM I NI CLE d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 2 0 2 4 机制砂比表面积对混凝土性能的影响 季韬 ，李锋，庄一舟 ，梁咏宁 ，朱荣军 ，左国庆 ，周丰 ( 福州大学 土木工程学院 ，福建 福州 3 5 0 1 0 8 ) 摘要： 测定原河砂和原机制砂及其每个筛分区间砂的比表 面积 ， 验证砂比表面积测试仪器和计算方法的可靠性 。 配制了同批而不 同比 表面积的河砂和机制砂 ， 设计 了河砂混凝土和机制砂混凝土各 3组 ， 分别测试其坍落度和 2 8 d 抗 压强度。 研究表明 ： 对于相同级配河砂和 机制砂 ， 机制砂具有较大的比表面积 ； 机制砂 比表面积对混凝 土拌合物的坍 落度有显著影响 ， 随着机制砂 比表面积的增大 ， 混凝土拌合物 的坍落度减小； 但机制砂比表面积对混凝土抗压强度的影响较小。 建议给出机制砂比表面积控制指标， 以体现机制砂的粒形和表面特征。 关键词 ： 机制砂 ；混凝 土；比表面积 ；抗压强度 ；坍落度 中图分 类号 ： T U 5 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 ) 0 2 0 0 8 0 0 3 E ffe c t of s pe c i f i c s uac e ar e a o f m a nu f a c t ur e d s and on c on c r e t e be ha vi or s T a o ， L I F e n g ， Z HU A NG Y i z h o u ， L I ANG Y o n g - n i n g ， Z HURo n g -j u n ， Z UO Gu n q i n g ， Z H OUF e n g ( Co l l e g e o f C i v i l E n g i n e e ri n g ， F u z h o u Un i v e r s i t y ， F u z h o u 3 5 0 1 0 8， C h in a ) Abs t r a c t ：Th e s p e c i fic s urfa c e a r e a s o f p r i m a ry r i v e r s a n d a nd p rima r y ma n u f a c t ur e d s a n d， a n d t h e i r s i e v e s i z e d r e g i o n s a n d s we r e me a s u r e d， a n d t h e va l i dit y o f t h e t e s t i ng d e v i c e a n d c a l c ul a t i o n me t h o d of s a n d s p e c i fic s u r f a c e a r e a h a s b e e n v e r i fie d M e a n whi l e， t h r e e g r o up s o f r i v e r s a n d c o nc r e t e s wi t h t h e p r e p a r e d r i v e r s a n d s a n d t h r e e gro u p s o f m a n u f a c t ur e d s a n d c o n c r e t e s wi t h t h e p r e pa r e d m a n u f a c tu r e d s a n d s we r e d e s i g n e d a n d m ixe d Al s o， t h e i r s l u m p a n d 28 d a y c o mp r e s s i v e s t r e n g t h we r e t e s t e d Th e s t u d y r e s u l t s r e ve a l t h a t ， f o r t h e riv e r s a n d a n d ma n u f a c tur e d s a n d wi t h t h e s a m e g r a d i n g， t h e ma nu f a c t u r e d s a n d h a s l a r g e r s p e c i fic s ur f a c e a r e a ； t ha t t h e s p e c i fi c s u rfa c e a r e a o f ma nu f a c tur e d s a n d h a s s i gn i fic an t i n f l u e n c e o n t h e s l u mp o ffle s h c o n c r e t e， wh i c h d e c r e a s e s wi t h t h e inc r e a s e o ft h e s p e c i fi c s u rfa c e a r e a o f ma n u f a c t u r e d s a n d； t h a t t h e e f f e c t o ft h e s pe c i fic s u rfa c e a r e a of man u f a c tur e d s and o n c o n c r e t e c o mp r e s s i v e s t r e n gth c a n be i g no r e dA c o n t r ol i n d e x o f t h e s p e c i fic s u rfa c e are a o f manuf a c t u r e d s a n d s ho u l d b e a d v i s e d i n o r d e r t O r e fl e c t t he s an d gr a i n s h a pe a n d s u r f a c e c h a r a c t e ris t i c s Key wor ds ： ma n u f a c tur e d s a n d； c o n c r e t e ； s p e c i fic s u r f a c e a r e a； c o mp r e s s i v e s t r e n g t h； s l u mp 0 引言 混凝土是最大宗的建筑材料。 目前我国多数地区采用的 是河砂。 河砂是不可再生的资源。 一些地区破坏河道挖砂， 过量 的开采危及江 、 河堤岸 的稳定及桥梁的安全_ l _ 。 随着全球乃至我 国大力提倡 可持续发展 、 低碳经济 、 节 能环保 、 水土保持 以及一 系列政策 、 法规及制度 的建立 ， 其开采量受 到严重制约 ， 寻找河 砂的替代材料是面临的紧迫问题z l 。因此 ， 利用 当地的岩石 资源 或工程弃置的废石( 如尾矿 、 建筑废 弃物 、 工程挖方和隧道弃渣 等) 生产机制砂 ， 全部或部分替代混凝土中的河砂成为必然的 趋势。 国内外 学者对机制砂 混凝土 的研究 主要集 中在机 制砂破 碎方法f 3 、 石粉 、 泥粉6 1 等对机制砂混凝土性能( 强度 、 坍落度 和耐久性 等 ) 的影 响 ， 很少有学者 对机制砂 的比表面积开展研 究。实际上 ， 由于生产机械和工 艺的不 同， 所生产机制砂的粒形 及表面凹凸程度是不 同的 ， 机制砂的比表面积也是不同的。 采用 比表面积较大的机制砂， 达到相同坍落度所需要的浆体量较多， 这增加了混凝土成本 ， 也增加 了混凝土收缩 、 开裂风 险。 本研究从机制砂 比表面积测试 和计算方法人手 ， 设计 了砂 收稿 日期 ：2 0 1 0 - 1 0 1 2 基金项 目：国家 自然科学基金项 目( 5 1 0 7 8 0 9 0 ) 8 0 比表面积不 同的河砂混凝土和机制砂混凝土各 3组 ， 研究 砂比 表面积对混凝土坍落度和强度的影响。 1 原材料 水泥 ： 福建炼石牌 P 0 4 2 5 级水泥 。 原 河砂 ： 闽江 中砂 ， 表观密 度为 2 6 3 2 k g m ， 堆积 密度 为 1 6 0 6 k m ， 细度模数为 2 3 2 ， 级配如表 l 。 表 1 原河砂筛级配 原 机制砂 ： 闽清 山友机 制砂厂生产 的机制砂 ， 表观密 度为 2 6 5 5 k g m ， 堆积密度 为 1 6 9 3 k g m ， 细度模数为 3 2 7 ， 级配如 表 2 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 2 原机制砂级配 粉煤灰 ： 宁德 I I 级粉煤灰。 石子 ： 闽侯苏洋采石场石子 ， 5 2 0 mm连续粒级。 减水剂： 福建省建科院 T w一 4缓凝高效减水剂， 减水率 1 5 一 20 o 。 2 砂 比表 面积试验 根据文献 7 】 自制 砂 比表面积测定仪， 其原理是空气通过 砂柱时受到的阻 力不仅与砂柱的紧实程度有关 ， 而且 也与砂粒 的实际 比表面积有关 ， 即砂粒 的实 际比表面积是砂柱孔隙率和 透气率的函数 。 采用该 仪器测试 了原河砂 和原机制砂及其 每个筛分 区间 砂的比表面积 ， 试验结果见表 3 。 表 3比表 面积试验值 由表 3可知 ， 河砂和机 制砂均满 足“ 集 料粒径与表 面积关 系法 则” ， 即 ： 粒形类似 的 A批集 料的粒径 为 B批集料 粒径 的 1 n ， 则 A批集料的总表面积为 B批集料总表面积的 n倍 。原 砂 比表面积 s 可按式 ( 1 ) 计算 。 S n 十 l S l + n 2 5 2 + a 3 S 们+ 。 + 血 ( 1 ) 式中： a o 、 n l 、 a z 、 啦、 a n 、 a s 、 和 s 5 w l 、 S 2 、 S 、 s 5 mS 分别为 0 、 0 1 5 、 0 3 、 0 6 、 1 1 8 、 2 3 6 、 4 7 5各筛孔 所对应 的分计 筛余率 和各 筛分区问的比表面积。 对于河砂 ： S = O x 5 8 1 + 0 O 0 6 x l 1 6 1 + O 0 2 4 x 2 3 2 2 + 0 -3 1 4 x 4 3 5 4 + O 6 0 2 x 8 3 4 + 0 0 4 4 x l 6 3 4 5 + 0 0 1 x 3 2 6 9 = 7 4 9 7 ， 该计算值与试验值 7 3 3 2 ( 见表 3 ) 仅相差 2 2 5 。 对于机制砂 ： s 0 0 1 6 x 7 4 9 + 0 2 4 4 x 1 4 9 8 + 0 1 8 x 2 9 9 6 + 0 2 7 6 x 4 9 8 1 + 0 1 9 2 1 0 5 4 9 + 0 0 6 2 x 2 1 0 0 3 + 0 0 3 x 4 2 0 0 6 = 6 8 7 9 ， 该计 算 值与 试验值 7 2 2 1 ( 见表 3 ) 仅相差一 4 7 4 。 这验证 了砂 比表面积测试 仪器 和计算方法的可靠性。 3混 凝 土 配 合 比 对原河砂和原机制砂筛分后( 见表 3 ) ， 按不同筛分区间砂 的比例配制同批不同比表面积的河砂和机制砂， 其级配见表 4 。 采用 自制的砂比表面积测定仪及文献 9 J 的方法测定河砂和机 制砂比表面积等性能指标 ， 如表 5所示。 对于第 1 组和第 6组 ， 两者的级配曲线及细度模数相同， 由于第 6组是机制砂 ， 机制 表 4 河砂和机制砂分计筛余百分率 指标细度模数吸水率表观密度 ( k g m ) 比表面积 ( c m。 g ) 砂针片状颗粒较多且表面凹凸不平 ， 因此其 比表 面积较比第 l 组 ( 河砂 ) 的大。 为了研究砂比表面积对混凝土坍落度和立方体抗压强度 的影响 ， 采用表 6 所示 的混凝土配合比 ， 砂采用表 4 所示 的 3种 河砂 和 3种机制砂 ， 分别得 到 3 种河砂 混凝 土和 3种机制砂混 凝土 的试验配合 比。 表 6 混凝土配合 比 k g m 4试 验 方 法及 结 果 混凝土拌合物坍落度试验按 GB T 5 0 0 8 0 -2 0 0 2 ( 普通混凝 土拌合物性能试验方法标准 【 - O l 进行。 混凝土 2 8 d抗压强度试验 按 GB T 5 0 0 8 l 一2 0 0 2 普通混凝土力学性能试验方法标准 进行。 6 组混凝土 的试验数据见图 1 、 2 。 比表面 积 ( c m g ) 图 1 砂 比表面积对混凝土拌合物坍落度的影响 比表面 积 ( c m! g ) 图 2砂比表面积对 混凝 土 2 8 c t 抗压强度的影响 81 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 分析与讨论 从图 1 中可以看出： 比表面积对混凝土拌合物的坍落度有较 大影响， 混凝土拌合物的坍落度随砂的比表面积的增大而减小。 混凝土拌合物的浆体由两部分组成： 一是包裹骨料的浆体， 一 是填充骨料孔隙的浆体。 本次试验 6 组混凝土配合比浆体体 积 和骨 料孑 L 隙率相 同 ， 随着所 用砂 比表 面积的增 大 ， 包裹骨料 的平均浆体厚度减小， 所以坍落度也随之减d t l 2 1 。 采用河砂的第 1 组 和机制砂 的第 6组 ， 虽然砂的级配曲线 相同， 但由于第 6组砂 的比表面积比第 1 组大 ， 所以第 6组的 坍落度比第 1 组的小。 从图 2中可以看 出 ： 所用砂的 比表面积对混凝土的强度几 乎没有太大的影响 。 混凝土的强度主要 由水灰 比决定 ， 这 6 组混 凝土的水灰 比相同， 砂比表面积不同导致骨料平均浆体厚度不 同， 骨料平均浆体厚度的差别对混凝土强度影响不大1 2 1 。 6结 论 ( 1 ) 砂 比表面积测试仪器和计算方法可靠性 得到试验数据 的验证 。 ( 2 ) 对 于相同级配及 细度模数河砂 和机制砂 ， 由于针 片状 颗粒较多且表面凹凸不平 ， 机制砂具有较大的 比表面积 。 ( 3 ) 机制砂比表面积对混凝土拌合物的坍落度有显著影响， 随着机制砂比表面积的增大， 混凝土拌合物的坍落度减小； 机制 砂 比表面积对混凝土强度 的影 响较小。 ( 4 ) 为了控制机制砂的粒形和表面凹凸程度， 在级配曲线 ( 细度模数) 、 表观密度、 堆积密度 、 吸水率等指标基础上， 建议 给出机制砂比表面积控制指标。 参考文献 ： I I蔡基伟 石粉对机制砂 混凝土性能 的影响及机理研 究 D 】 武汉 ： 武汉 上接第 7 9页 品合成温度 8 O， 合成时间为5 h 时， 所得产品的减水陛能最优。 ( 3 ) 丁基磺酸 纤维 素醚减 水剂 的最 佳掺 量是水 泥用 量 的 1 0 ， 且与各 种水泥 的适应性较好。 ( 4 ) 在最佳掺量时塑化效果良好， 减水性能达到 G B 8 0 7 2 0 0 8中高效减水剂( 缓凝型) 的质量指标。 参考文献 ： 【 l 】宋贤良 ， 温其标 ， 郭桦 以纤维素 为基础的功能材料 J 】 高分子通讯 ， 2 0 0 2 ( 4 ) ： 4 7 5 2 【 2 】P HI L L I P S G O C e l l u l o s e c h e mi s t r y a n d i t s a p p l i c a t i o n M N e w Y o r k ： W i l e y， 1 9 8 5： 1 2 5 1 8 9 3 】3 F E RR I T， P E T R U Z Z E L L I G， P E Z Z AR O S S A B ， e t a 1 S t u d y o f t h e i n fl u e n c e c a r b 0 x y me t h y l c e l l u l o c e o n t h e a b s o r p t i o n s e l e n i u m ( a n d s e l e c t e d me t h a l s )i n a t a r g e t p l a n t J Mi c roc h e m i c a l J o u r n a l ， 2 0 0 3 ， 7 4 ( 3 )： 2 5 7 2 6 5 I 4 】S i mo n e K n a u s ， B i r g i t B a u e r He i m S y n t h e s i s a n d P r o p e r t i e s o f A n i o n i c Ce l l u l o s e E t h e r s： I n fl ue n c e o f F u n c t i o n a l Gr o u p s a n d Mo l e c u l a r We i g h t o n F l o w a b i l i t y o f C o n c r e t P I j C a r b o h y d r a t e P o l y m e r s ， 2 0 0 3 ( 5 3 ) ： 3 8 3 3 9 4 【 5 J o h a n n P l a n k A p p l i c a t i o n s o f b i o p o l y me r s a n d o t h e r b i o t e c h n o l o g i c a l p r o d u c t s i n b u i l d i n g m a t e r i a l s J 1A p p 1 Mi e rob i o 1 B i o t e e h n o ， 2 0 0 4 ( 6 6 ) ： l 一9 6 】 张义顺， 李艳玲， 徐军 ， 等 纤维素醚对砂浆性能的影响 1 J 建筑材料 8 2 理工大学 ， 2 0 0 6 2 杨文烈， 邸春福 机制砂的生产及在混凝土中的应用 J 】 混凝土， 2 0 0 8 ( 6 ) ： 1 1 3 - 1 I 7 3 】G O N( AL V E S J P ， T A V AR E S L M， T O L E D O F I L H O R D， e t a 1 C o mp a r i s o n o f n a t u r a l a n d m a n u f a c t u r e d fi n e a g g r e g a t e s i n c e m e n t mo r t a r s J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h， 2 0 0 7， 3 7 ( 6 )： 9 2 4 9 3 2 【 4 L I B X， WA N G J L ， Z H OU M K E f f e c t o f l i me s t o n e fi n e s c o n t e n t i n m a n u f a e t u r e d s a n d o n d u r a b i l i t y o f l o w a n d h i g h - - s t r e n g t h c o n c r e t e s 叨 C o n S t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e fi a l s ， 2 o o 9， 2 3 ( 8 ) ： 2 8 4 6 2 8 5 0 【 5 】杨华山， 方坤河， 涂胜金， 等石灰石粉在水泥基材料中的作用及其 机理I J 1 _混凝土， 2 0 0 6 ( 6 ) ： 3 2 3 5 6 WA N G J L ， YA N G Z F ， NI U K M， e t a 1 I n fl u e n c e o f MB - v a l u e o f a n u f a c t n r e d s a n d o n t h e s h r i n k a g e a n d c r a c k i n g o f h i g h s t r e n gt h c o n c r e t e L 玎 J o u r n a l o f Wu h a n Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y Ma t e r i a l s S c i e n c e E d i t i o n， 2 0 0 9 ， 2 4 ( 2 ) ： 3 2 l 一 3 2 5 7 毛立萍， 姜立贵 原砂比表面积测定仪的试NI J 铸造设备研究， 1 9 9 9 ( 4 ) ： 9 - 1 1 【 8 碍沛兴 比粒匪一种表示砂石粒度的新概 J 建筑材料学报， 2 0 0 6 ， 9 ( 1 ) ： 1 - 5 9 G B T 1 4 6 8 4 -2 0 0 1 ， 建筑用砂【 s 1 0 GB T 5 0 0 8 0 - - 2 0 0 2 ， 普通混凝土拌合物性能试验方法标准 s 】 1 I G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 普通混凝土力学性能试验方法标准 s 】 1 2 J I T， L I N T W ， L I N X J A c o n c r e t e m i x p r o p o rt i o n d e s i g n a l g o r i t h m b a s e d o n a r t i fi c i a l n e u r a l n e t w o r k s J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 6 ， 3 6 ( 7 ) ： 1 3 9 9 1 4 0 8 作者简介 单位地址 联系电话 季韬( 1 9 7 2 一 ) ， 男， 博士， 教授， 博士生导师， 长期从事高性 能混凝土结构研究。 福建省福州市福I 1 H 大学土木工程学院( 旗山校区) ( 3 5 0 1 0 8 ) 1 3 6 0 9 5 9 7 7 5 2 学报， 2 0 0 8 ， 1 l ( 3 ) ： 3 5 9 3 6 2 f 7 1 熊犍 ， 康兰艳 ， 叶君 纤维素醚在干混砂浆中的应用进展f J 1 化工进 展 ， 2 0 0 9 ， 2 8 ( 6 ) ： 1 0 4 3 1 0 4 6 8 罗永会 ， 金树新 ， 杨 惠先控 制坍落度损失的缓 凝剂优选研究 J 混凝 土 ， 2 0 0 0 ( 6 ) ： 3 0 3 2 9 】 蒋正武， 崔宝琦， 孙振平， 等 水下抗分散混凝土的性能研究【J j _ 建筑 材料学报 ， 2 0 0 0 ， 3 ( 2 ) ： 1 2 9 1 3 4 【 l 0 周美茹 ， 张文会 外加剂对干混砂浆J性能的影响 J 1 混凝土， 2 0 0 0 ， ( 6 ) ： 7 1 7 3 f 1 1 VI E I R A M C， KL E MM D， E I N F E L D T L， e t a 1 D i s p e r s i n g a g e n t s f o r c e n l e n t b a s e d o n m o d i f i e d p o l y s a c e h a r i d e s 们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 0 5， 3 5 ( 5 ) ： 8 8 3 8 9 0 1 2 】 哈丽丹 买买提 ， 努尔买 买提 ， 吾满 江 艾力植 物纤 维素聚合度 的测 定i J 1 合成纤维工业 ， 2 0 0 6， 2 9 ( 1 ) 4 0 4 2 1 3 1 ， 彭杰， 赵听南 评价减水剂性能的新方法一 砂浆坍落扩展度叨 硅酸盐学报， 2 0 0 2 ， 3 0 ( 增T U ) ： 1 2 4 1 3 0 1 4 】 朱诚身聚合物结构分析 M 】 - 京： 科学出皈社， 2 0 0 4 作者简介 单位地 址 联 系电话 哈丽丹 买买提( 1 9 6 6 一 ) ， 女， 副教授， 主要研究方向为高分 子材料。 新疆乌鲁木齐市胜利路 1 4号 新疆大学化学与化工学院 ( 8 3 0 0 4 6 ) 0 9 9l 一 8 5 8 5 2 2 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m