特细砂配制混凝土的试验研究.pdf

2 0 1 1年 第 1 2期 (总 第 2 6 6 期 ) Nu mb e r 1 2 i n2 0 1 I ( T o t a l N o 2 6 6 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AL AND ADM I NI CLE 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 2 0 1 7 特细砂配制混凝土的试验研究 宓永宁，孙荣华，张玉清，王鑫 ( 沈 阳农业大学 水利学院 ，辽宁 沈 阳 1 1 0 8 6 6 ) 摘要： 为用特细砂取代中砂配制混凝土， 研究了混凝土配合比的砂率、 水灰比、 拌合物和易性等因素对特细砂混凝土的性能和强度的 影响。 结果表明： 用特细砂这种资源可以配制出符合工作性能和强度要求的特细砂混凝土， 特细砂混凝土2 8 d立方体抗压强度和灰水比 之间存在着显著的线性相关关系， 坍落度取值控制的范围不同对强度有不同程度的影响。 此研究成果可为特细砂配制混凝土相关规范的编 写和工程应用提供建议与数据参考。 关键词： 特细砂； 砂率；坍落度；抗压强度 中图分类号： T U 5 2 8 0 6 2 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 1 2 - 0 0 5 6 0 3 Conc r e t e t e s t of t he s upe r - f i n e s a nd pr e par a t i on MI Y o n g - n i n g ， S U NRo n g - h u a ， Z HA NGY u q l n g ， WAN GXi n ( Co l l e g e o f Wa t e r R e s o u r c e s S h e n y a n g Ag ri c u l tu r a l Un i v e r s i t y ，S h e n y a n g 1 1 0 8 6 6 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： I n o r d e r t o u s e t h e s p e c i a l fi n e s a n d t o r e p l a c e s a n d t o c o n fi g u r e c o n c r e t e ， s t u d i e d th e s a n d r a t i o ， w a t e r - c e me n t r a t i o， the wo r k a b i l i ty o f mi x t u r e a n d S O o n o t l l e r f a c t o r s o f t h e s p e c i a l fi n e c o n c r e t e i n fl u e n e e d o n t h e wo r k a b i l i ty and s t r e n g t h o f t h e s u p e r - fi n e s a n d c o n c r e t e T h e r e s u l t s s h o w tha t t h e r e s o B r c e o f t h e s u p e r fi n e s an d c a n b e c o n fi g u r e d t o me e t t h e wo r k p e rfo r manc e a n d s tr e n gth r e q u ir e me n t s o f t h e s u p e r - fi n e s a n d c o n c r e t e， the c e me n t wa t e r a n d 2 8 d c u b e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f the s u p e r fin e s an d c o n c r e t e h a v e the s i g n i fic a n t l i n e a r c o r r e l a t i o n， t h e d i ffe r e n t c o n tro l s l u mp v a l u e t o s t r e n g th h a v e d i ffe r e nt i n t e n s i t y e f f e c t s Th i s r e s e a r c h c a r l b e p r o v i d e d a d v i c e a nd d a t a r e f e r e n c e f o r t h e r e l a t e d p r e p a r a t i o n s p e c i fi c a t i o n a n d e n g i n e e r i n g a p pl i c a t i o n s o f t he u l t r a fin e s a nd c o n fig ur e d for c o n c r e t e Ke y wor d s： s u p e r - fin e s an d； s and r a t i o； s l um p； c o mp r e s s i v e s t r e n g t h 凡砂子细度模数在 1 5以下或平均粒径在 0 2 5 mm以下 者， 称为特细砂。 用这种砂配制的混凝土， 称为特细砂混凝土【 l J 。 目 前在工程中配制混凝土时所使用的细骨料大部分都是中砂、 粗砂， 而现在存在的一个问题就是部分地区中砂资源极度匮乏 ， 特细砂资源丰富， 在这样地区的修建工程， 就要从外地运来的 中、 粗砂， 加上运输费用， 价格比本地特细砂的价格高得多， 且 当地的特细砂资源得不到充分利用嘲 。 从2 0 世纪 6 0 年代开始， 国内对特细砂混凝土在水工大体积混 凝土中的应用进行过不断的试验研究并编制了B J G 1 9 L _ 1 6 5 特细 砂混凝土配制及应用规程 ， 但是现在混凝土中最重要的原材料水 泥的标准已经更换了， 所以在执行这个标准就应该有新的思路。 在 试验过程中， 关于标准中牵涉到水泥的部分条文， 只能参考执行3 】 c 本试验主要研究了混凝土配合 比的水灰比、 砂率 、 拌合物 的和易性 ， 砂的种类的不同等因素对特细砂混凝土的性能及强 度的影响。 1 试验原材料 ( 1 ) 水泥 ： 辽宁山水工源水泥 P s 3 2 5 级水泥， 安定性和细 度等指标均符合 G B 1 7 5 2 o 0 7 通用硅酸盐水泥 的要求。 其 物理力学性能分别见表 1 。 收稿 日期 ：2 0 1 1 _ Jo 6 0 2 56 表 1 胶凝材料的物理力学性能 强度 M P a 靛l 凝结时间 r n i n 抗压强度 MP a 初凝 终凝 3 d 2 8 d 垫 鏖 3 d 28 d 3 2 5 合格 1 0 9 3 5 0 1 1 3 3 8 9 3 3 7 1 ( 2 ) 粗骨料 ： 沈阳产碎石 ， 表观密度为 2 6 8 0 k g m ， 堆积密 度为 1 3 4 4 k g m3 ， 粒径 ： 5 2 0 l n l n 。 ( 3 ) 细骨料： 沈阳浑河河道内中砂， 细度模数为 2 7 ， 松散堆 积密度为 1 5 5 7 k g m3 ， 紧密堆积密度为 1 6 6 7 5 k g m3 o 沈阳浑河 河道内特细砂 ， 细度模数为 0 6 ， 松散堆积密度为 l 3 7 2 k g m ， 紧密堆积密度为 1 6 0 9 k g m3 。 ( 4 ) 外加剂 ： 沈阳盛鑫建材有限公司， S Y 一 1 E引气减水剂。 2 特 细砂 混凝 土的配制 2 1 不同水灰比的特细砂混凝土配合比的选择 按照 普通混凝土配合比设计规程 4 安排试验方案， 不同 水灰比， 不同砂率情况下的特细砂混凝土拌合物的试验情况。 表 2 是坍落度控制在 1 0 3 0 mm， 可以看出， 水灰比为 0 6 0 的试验： 编号为 1 - 1 的混凝土拌合物的坍落度满足要求， 拌合物 的黏聚性及保水性好， 试件成型 良好 ， 满足工作要求。 而编号为 1 2 ， 1 3 随着砂率的减少， 其坍落度和黏聚性满足要求， 而保水 性一般， 编号 1 3 试验时黏聚性表现的一般。 水灰比为 0 ， 5 5 ： 编号 为 2 - 1 的混凝土拌合物的坍落度满足要求， 拌合物的黏聚陛及保 表 2 不 同水灰比的特细砂 混凝土配制试验 水性好， 试件成型良好 ， 满足工作性能的要求。 编号为 2 - 2的黏 聚性表现的变干， 保水性良好， 坍落度为 1 5 r n r f l ， 编号 2 3的保 水性变得较大。 水灰比为 0 5 0的试验中： 编号为 3 - 2的混凝土拌 合物的坍落度满足要求， 拌合物的黏聚性及保水性良好 ， 试件 成型良好， 满足工作性能要求。 编号为3 - 1 ， 3 - 3的混凝土拌合物黏 聚性变的较小， 编号为 3 3保水性不好， 表现较干。 水灰比为0 4 5 的试验中： 编号为 4 1 的混凝土拌合物的坍落度满足要求， 拌合 物的黏聚性及保水性 良好 ， 试件成型良好， 满足工作要求。 随着 砂率的减少， 编号为 4 2 ， 4 3黏聚f生 表现的变干， 保水性一般。 水 灰比为0 4 0 ： 随着水灰比， 砂率的减小， 拌合物宏观上表现的变 干， 坍落度变小， 不易于施工。 2 2 不同水灰比的特细砂混凝土试验结果分析 由图 1 可以看出， 水灰 比在 0 4 5时， 混凝土 7 、 2 8 d抗压强 度均值出现峰值， 随着水灰比的增大， 强度均值直线下降。 水灰 比一定时， 随着砂率的增加或减少 ， 抗压强度呈现不规则变化 ， 但变化量不大嘲 ； 当砂率一定时 ， 水灰比小的抗压强度较高， 如 水灰比为 0 4和 0 5 5 ， 砂率同为 2 6 ； 水灰比为 0 4 5和 0 6 ， 砂 率同为 2 7 等。 表 3 特细砂混凝土的立方体抗压强度 以下表格均由s p s s 软件嘲 分析得出： 由表 4可以看出， 当水灰比在 0 4 0 6变动， 混凝土各材料 用量按坍落度规定在 1 0 3 0 n m l 范围内配制 ， 砂率为 3 变动时， 2 8 d 抗压强度均值在 3 1 7 M P a ， 7 d 抗压强度均值在 l 8 0 8 MP a ， 砂率 ( a ) 0一 水灰比为0 4 5 一 水灰比为0 5 5 一 水灰比为0 5 0 o 一水灰比为0 6 0 砂率 ， ( b ) 图 1 不 同水灰比的特细砂 混凝土配合 比选择试 验 表 4 砂率、 7 、 2 8 d 抗压强度值计算分析 注 ： 有效的 ( 列表状态) 1 3 。 当水灰比变动 0 0 5时， 2 8 d 抗压强度值约以4 7 MP a变动， 7 d 抗压强度值约变动 1 6 0 MP a 。 由表 5 可以看出， 当砂率为控制变量时， 水灰比与 2 8 d抗 压强度的偏相关系数是一 0 8 8 8 ， 负相关， 其显著性的概率为 0 ， 小于 0 O 1 ； 灰水比与2 8 d强度的偏相关系数是 0 8 4 8 ， 且正相关， 其显著性的概率为 0 ， 小于 O 0 1 ， 说明水灰比， 灰水比与 2 8 d 抗 压强度的相关性极显著。 为进一步确定水灰比， 灰水比与 2 8 d 抗压强度是否存在线 性相关 ， 进行方程检验 ， 如表 6 。 通过逐步最优方程检验， 方程引入变量灰水比时， P =- O ， 说明 2 8 d 抗压强度依灰水比的逐步线性回归达到显著水平。 57 表 5混凝土 2 8 d强度与各因素的相关性分析 控制变量 2 8 d 强度W C C W 7 d 强度 注： 预测变量： ( 常量 ) ， 灰水比； 因变量： 2 8 d 抗压强度。 更进一步进行线性方程系数检验表 7 。 表 7 方程 系数检验表 注 ： 因变量 ： 2 8 d抗压强度 。 从表 7中引入变量灰水比时对应的显著性的概率为 P =- O ， 小于 0 叭， 说明 2 8 d抗压强度对水灰比的偏相关系数达到极显 著的水平， 即通过显著性检验。 则所得最优回归方程为： o= 1 1 6 7 + 1 5 5 1 0 6 IV ( 1 ) 式中i ， 。 混凝土的设计强度， MP a ； c 水灰 比。 表 8 为建立方程已排 除的变量( b) 注： a 模型中的预测变量： ( 常量) ， 灰水比 b 因变量。 2 8 d 抗压强度砂率的偏回归系数没有通过显著性检验， 所 以被剔除。 方程建立后， 进行有效回归检验 ， 见图 2 。 如图 2 所示 ， 可见 y = 1 5 5 1 0 2 x ， 其中 b = 1 5 5 1 0 2 ， 与最初的 1 O 8 6 0 图2 灰水比变化量与2 8 d 抗压强度变化量回归分析 表 9 特细砂混凝 土的立方体抗压强度 归关系， 并非伪关系。 由表 9进一步分析计算得到表 1 0 。 表 1 0 计算值、 比值计算分析 MP a 注 ： 有效 的 )、 r( 列表状态 ) 1 3 。 由表 1 0 ， 可 以看出 ， 试验值和计算值 比值 的平均值是 1 0 0 7 8 MP a ， 标准差 0 0 6 5 4 1 2 MP a 和变异系数 0 0 6 4 9 0 6 。 可 见 ， 符合程度较好 。 0 = x A( C 一 B) ( 2) 式 中i ，。 混凝土的设计强度 ； 水泥实测强度( 2 8 d实测水泥强度为 3 8 9 MP a ) 。 = 0， 州 x B= b ( 3) 将各值代人得： A = 0 3 9 9 ， 曰 _ _ 0 0 7 5 。 2 3 砂 的种 类对 混凝 土物理 性 能及 抗 压强度 的影 响 按照 普通混凝土配合 比设计规程 l 3 l计算， 不同砂率情况 计算结果相同。 因此可以认为， 此试验中的回归关系属于有效回 下的特细砂混凝土拌合物的试验情况， 见表 1 1 。 表 1 1 水灰 比 0 5 0混凝土的对 比试验 5 8 下转第 6 1页 在 3 0 左右。 3结 论 本试验进行了混凝土不同配合比对混凝土强度影响、 外加 剂对混凝土强度影响和砂率对混凝土强度的影响三个方面的 试验 ， 通过试验结果和分析可以得出以下结论： ( 1 ) 水灰比是影响混凝土强度的主要因素， 适当的降低水灰 比可以提高混凝土强度 ， 但是水灰比太低将影响混凝土的工作 性能， 进而影响混凝土的强度， 另一方面适当提高水泥和粉煤灰 的密度对混凝土的强度也有促进作用， 比根据试验确定水泥、 粉 煤灰、 煤矸石、 砂和水的最优的配合比为水泥： 粉煤灰： 煤矸石： 砂： 水 _ 2 3 ： 1 3 ：2 3 ： 3 O ： 1 0 ， 早强剂和速凝剂的含量分别为O 8 。 ( 2 ) 添加早强剂和速凝剂能够减少养护时间， 加速混凝土凝 结， 提高混凝土的早期强度， 使混凝土满足了充填材料早期强度要 求高的要求， 外加剂的应用是多品种混凝土的个发展方向， 前景 广阔， 大力开展和推广应用混凝土外加剂将推动混凝土制备工艺 和新型混凝土的发展， 也是促进建筑业科学进步的重要途径。 ( 3 ) 提高砂率对混凝土工作性能及强度有所改善 ， 可以使 混凝土填充更加密实， 但过高的砂率也会影响强度 ， 综合试验 结果， 砂率维持在 3 0 左右是最合理的。 ( 4 ) 采用煤矸石作为主要的充填材料 ， 不仅能够代替石子 满足充填体各个阶段的强度要求 ， 而且成本低廉， 具有很高的 经济价值。 上接 第 5 8页 由表 1 1 可以看出， 在材料用量相同的情况下， 特细砂混凝土 的 坍落度要比中砂混凝土的坍落度低 9 1 1 I B m， 在试件成型过程 中， 特细砂混凝土拌合物在振动台上比中砂混凝土拌合物更容 易人模成型， 但成型时需要的振动时间比中砂混凝土的时间要延 长 1 3 mi n ， 其主要因为特细砂颗粒较细， 比表面积较大， 相同水 泥浆量的拌合物中包裹特细砂颗粒表面的水泥浆膜比中砂薄， 导 致其流动生 降低 ， 坍落度要小于中砂混凝土。 同时， 试验表明特细 砂混凝士拌合物的黏聚牲及保水性均良好， 满足工作性能的要求。 表 1 2 特细砂混凝土的立方体抗压强度对 比 特细砂 7 d抗压强度4 2 0 0 5 0 2 6 8 5 1 7 2 1 0 特细砂 2 8 d 抗压 强度4 2 6 0 7 5 2 1 9 3 0 4 8 0 9 中砂 7 d 抗压 强度 4 1 8 3 2 5 2 0 2 5 5 4 1 0 2 中砂 2 8 d 抗压强度4 2 5 1 2 5 2 4 9 3 2 6 2 1 6 注： 有效的 ( 列表状态) 4 。 由表 1 3可见 ， 用特细砂配制的混凝土 7 d 抗压强度均值比 中砂混凝土抗压强度高 1 7 2 5 MP a ， 2 8 d抗压强度均值比中砂 混凝土抗压强度均值高 0 9 5 M P a ， 从试验结果看出， 在总体趋 参考文献 ： 【 1 刘树轮大采高新型高水速凝材料沿空留巷技术研究 c 第五届全 国煤炭工业生产一线青年技术创新文集， 2 0 1 0 2 】 何荣军， 周华强， 郑保才 煤矸石膏体巷旁充填材料的研究 J 源技 术与管理， 2 0 0 6 ( 4 ) 3 3 J G J 5 5 -2 0 0 0 ， 普通混凝土配合比设计规程 s E 京： 中国建筑工业 出版社， 2 0 0 1 4 4 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标准 s E 京 ： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 3 5 5 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 】 E 京： 中 国建筑工业出版社， 2 0 0 3 6 】 吴浩， 管学茂， 李荣军粉煤灰充填胶凝材料复合激发剂试验研究 粉煤灰， 2 0 0 6 ( 4 ) 7 F R A A Y A 1 A， B I J E N J M， D E HA A N Y MT h e r e a c t i o n o f fl y - a s h i n c o n c r e t e a c ri t i c a l e x a m i n a c t i o n J C e me n t& C o n c r e t e C o m p o s i t e s 1 9 8 9 ( 1 9 ) ： 2 3 5 2 4 6 【 8 8 冯巨恩， 郭生茂 粉煤灰作充填胶凝材料的应用研究田 粉煤灰综合 利用， 2 0 0 1 ( 5 ) 9 】 覃维祖利用粉煤灰开发高性能混凝土若干问题的讨论 J 粉煤灰， 2 0 0 0 ( 5 ) ： 3 - 6 1 O 张大伟， 闫伟峰， 原磊 混凝土外加剂的种类及其作用【 J 】 _ 山西建筑， 2 0 0 9 ( 8 ) 作者简介 ： 联 系地 址： 联 系电话 ： 魏应乐( 1 9 6 6 一 ) ， 男， 副教授， 高级工程师。 合肥市东门合马路 1 8 号 安徽水利水电职业技术学院建 工系( 2 3 1 6 0 3 ) 1 3 9 5 5 l 3 2 7 4 7 势上， 特细砂混凝土和中砂混凝十抗压强度基本上一致。 3结 论 ( 1 ) 特细砂混凝土抗压强度随着水灰比的增大而减小， 但 随着龄期的延长而增大。 ( 2 ) 通过对试验数据进行分析， 影响特细砂混凝土抗压强 度的主要参数为灰水比， 这一点与用中砂配置的混凝土的影响 因素相同， 但回归系数一个为正直， 一个为负值。 ( 3 ) 通过用特细砂配制混凝土和中砂混凝土进行对比试验 ， 按规范取各材料用量， 坍落度要求在 4 O 6 0 mn l 时， 特细砂配制 的混凝土拌合物坍落度要比中砂混凝土拌合物坍落度小， 抗压 强度均不同程度的高于中砂混凝土的强度。 参考文献 ： 1 B J G 1 9 6 5 ， 特细砂混凝土配制及应用规程 s 】 中华人民共和国建 设工程部， 1 9 6 5 2 隋慧彬张丽荣 特细沙混凝土在小型水利工程中的应用 J 黑龙江 水利科技， 2 0 1 0 ， 3 8 ( 1 ) ： 2 2 7 【 3 l3 李光瑞特细砂混凝土的力学性能研究【 D 郑州： 郑州大学， 2 0 0 7 【 4 J G J 5 5 2 0 o O ， 普通混凝土配合比设计规程 s 】 中华人民共和国建设 部， 2 0 0 1 【 5 郑学斌 ， 周欣竹， 陈春雷 耐久混凝土抗压强度及其影响因素分析J 1 混凝土 ， 2 0 1 0 ( 1 ) ： 3 0 3 2 【 6 余建英， 何旭宏 数据统计分析与 S P S S 应用 M 】 北京 ： 人民邮电出版 社， 2 0 0 3 ： 2 2 0 2 4 5 作者简介： 宓永宁( 1 9 5 7 一 ) ， 男 ， 博士， 教授， 博士生导师， 主要从事建 筑材料、 岩土工程以及环境水利方面的教学与研究。 联系地址： 辽宁省沈阳市沈河区东陵路 1 2 0 号 沈阳农业大学水利学 院( 1 1 0 8 6 6 ) 联 系电话 ： 1 4 7 4 1 5 2 9 8 3 5 6 1