石粉对低强度机制砂混凝土和易性的影响.pdf

2 3 0 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 第4 1 卷第 1 期 2 0 1 5年 2月 石粉对低强度机制砂混凝土和易性的影响 杨家伟 ， 李固华， 于春辉， 鲁 浩， 何佳银， 张 良， 孙泽江 ( 西南交通大学土木工程学院， 四川 成都6 1 1 7 5 6 ) 摘要： 针对目前人工砂生产和使用中丢弃石粉的做法， 本文主要探讨了石粉用量对低强度混凝土和易性的影响。 试验表明， 在低胶凝材料用量的情况下 ， 当石粉含量为 2 4 8 时， 低强度等级混凝土和易性最佳。 关键 词 ： 机制砂 ； 混凝 土 ； 和易性 ； 石粉用量 中图分类号： T U 5 2 8 5 6 文献标志码： B 文章编号： 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 5 ) 0 1 2 3 0 0 4 0 前言 机制砂就是经除土处理， 由机械破碎， 筛分制成 的粒径小于 4 7 5 m m的岩石颗粒 ， 但不包含软质岩 石、 风化岩石的颗粒。石粉是加工碎石时经筛分 后剩 下 的粒 径 小 于 0 0 7 5 m m 的所 有 物 质 的 总 体 。 机制砂与河砂最大的不同就是存在微细级配的 石粉 ， 石粉对机制砂 的性能有很大 的影响 ， 因此制定 标准时都把机制砂 中的石粉含量作为重要内容来对 待。各个 国家考虑石粉含量时往往 出发点不 同， 因 此造成了对石粉含量限值的规定出入比较大。例如 美国标准 A S T M C 3 3 _2 o 0 7是根据混凝 土耐磨性 要求来限制细集料 中最大石粉含量的 ； 英 国标准 B s 8 8 2 ： 1 9 9 2根据混凝土的使用性能来规定其细集料 石粉含量的， 按重载混凝 土路 面和普通混凝土来规 定的； 日本标 准 J I S A 5 0 0 5 -1 9 9 3统一对混凝 土用 机制砂的石粉含量作要求。我国的国家标准、 行业 标准以及各地方标准对机制砂石粉含量的规定大都 是按照混凝土强度等级的不 同规定划分的。不同国 家标准对混凝土用机制砂石粉粒径的界定和石粉含 量的限值不 同， 见表 1 。我 国各行业标准对混凝土 用机制砂石粉含量限值和分类标准见表 2 。 表 1 各国对石粉及石粉含量的界定 收稿 日期 ： 2 0 1 3 1 1 - 2 9 作者简介 ： 杨家伟 ( 1 9 9 3一) ， 男 ， 本科在读 ， 研究方 向为混凝土 。 基金项目： 巴陕一 高速公路有限公司资助项 目( 1 1 0 5 4 3 2 1 1 0 1 0 1 0 9 3 1 ) E m a i l ： 8 3 91 2 5 6 3 4 q q c o rn 表 2我国各行 业标 准规定的石粉含量限值 标准名称代号 石粉含量上限 国标 G B T 1 4 6 8 4 2 0 1 1 建工 J G J 5 2 -2 0 0 6 水工 D L T 5 1 4 4 -2 0 0 1 公路 J T G T B 0 7一 O l 2 o 0 6 铁路混凝土结构耐久性设计规范( T B I O 0 0 52 0 1 0 31 0 51 0 6 2 0 37 5l O 目前建设部标准 、 铁道标准 、 公路标准及国家标 准均对于机制砂石粉含量进行 限制 ， 如建标 中石粉 1 0 ， 显然 ， 没有研究或没有应用机制砂经验的技 术人员， 均可能认 为接近 1 0 的石粉效果最差 ， 石 粉含量为 0效果最好 ， 其实若 机制砂 中石粉含量为 0 ， 这种机制砂在生产中将 出现严重粒级断档， 级配 很差 ， 混凝土工程几乎不能够应用。现行标准容易 使得机制砂的生产者 、 使用者完全误解石粉的作用。 如果机制砂 中石粉为不够或含量太低 ， 配制 的混凝 土和易性很差 ， 影响混凝土结构 的表观质量 。特别 是对于低强度等级的混凝土 ， 由于胶凝材料用量少 ， 更容易出现泌水 、 分层离析。 机制砂在破碎过程中将产生大量 的石粉 ， 全部 采用将不满足混凝土的性 能 ， 石粉含量超标将影响 混凝土强度及其他性能( 包括变形收缩等) ， 如石粉 含量过高 ， 和易性会变差 ， 需要增加减水剂掺量才能 达到泵送要求 ， 会 降低 强度 J 。所 以， 在机制砂 的 生产过程 中都会要 求清除掉机制砂 中 的石粉。但 是， 机制砂生产线中适量的石粉是对混凝土有益的， 可弥补机制砂配制混凝土和易性差的缺 陷。同时， 它的掺人对完善混凝土特细骨料 的级配 、 提高混凝 土密实性都有益处， 进而起到提高混凝土综合性能 的作用。然而石粉的含量一定要控制在一定的范围 内， 石粉含量合理的话 ， 对水泥强度有一定的增长作 用 。 根据除尘或除石粉 的方式不 同， 制砂工艺分为 干法和湿法。干法工艺粉尘污染 ， 不利于环保 ， 真空 杨家伟 ， 等： 石粉对低强度机制砂混凝土和易性的影响 2 3 l 吸尘及完全封闭生产 ， 将增加较大的成本。 目前 ， 国 内采用湿法生产 的较多。在 湿法生产工艺 中， 机制 砂生产线上采用水洗法制砂。不论采用螺旋洗砂机 还是斗轮式洗砂机， 在水洗的过程中机制砂中的石 粉被大量洗去， 含量极低。水洗的结果一是浪费， 不 符合节能减排的要求； 二是破坏了人工砂的自然级 配 ， 不利于达到骨料的最大密实 。 本文在机制砂混凝土中， 采用低的水泥用量 、 较 低的胶凝材料用量 的条件下 ， 配制不同石粉用量 的 全机制砂混凝土的试验研究 。 1 试验原材料 1 ) 水泥 ： 采用某 品牌 4 2 5级普通硅酸盐水泥。 密度 3 0 6 g c m ， 比表面积 3 8 0 I n k g ， 性能见表 3 。 表 3 水 泥性 能指标 2 ) 粗骨料 ： 试 验用粗集料为碎石。碎石为 5 1 6 mm和 1 6 2 5 m m两种粒级碎石掺配使用 ， 掺配 比例分别为 4 0 、 6 0 。掺配后 的混合粗集料 为 5 2 5 In m连续级配碎石， 筛分后的级配曲线见图 1 。 符合 G B 1 4 6 8 5 -2 0 0 1 建筑用卵石 、 碎石 规定的 类骨料 。粗骨料 的各项性能指标见表 4 。 3 )级粉煤灰 ： 细度 ( 0 0 4 5 m m 方孔筛筛余 ) 1 4 6 ， 需 水 量 比 1 0 1 ， 烧 失量 4 0 7 ， 含水 量 0 3 ， 三氧化硫 含量 2 5 7 ， 氧化钙含量 5 2 3 ， 氯离子含量 0 0 0 6 。 1 20 1 00 80 撰6 0 母 蟥 4 0 2 0 0 表 4 粗骨料的各项性能指标 26 5 1 6 4 7 5 2 3 6 筛孔尺寸 mm 图 1 碎石级配 曲线 4) 聚羧酸 高 效减 水剂 ： 减 水率 2 5 ， 掺 量 为 量。 0 66 。 5 ) 细骨 料 ： 花 岗岩 机 制砂 ， 表观 密 度 为 2 6 8 k g m ， 堆积密度 1 4 5 k g m。 ， 细度模数为 2 6 7， 亚 甲蓝值 MB值为 1 0 ， 石粉含 量 1 2 7 ， 级配如 图 2 所示 。 l O0 8 0 籁 鑫 。 饕4 o 蠢2 0 0 图 2 机 制砂 级配 曲线 2配合比计算原则 1 ) 降低水 泥用量 、 减 小收缩 ， 满足节 能减排 的 要求。 2 ) 用水量 尽量 少 ， 可 降低水 泥及 胶凝 材料 用 3 ) 采用体积法计算粗、 细骨料用量， 应按下列 公式计算 ： + + + + +0 01 =1 P Pg Ps Pw 卢 m s O1 。 。 3 试验 方法 混凝土采 用强 制式 搅拌 机拌 和 ， 搅拌 时 间为 3 rai n ， 高效减水 剂采用后掺法。试件采用振动台振 动成型 ， 时间为 2 mi n 。 配制混凝土拌和物为高流动性混凝土 ， 混凝土 的流动性则用坍落度与坍落扩展法测定。混凝土粘 聚度和保水度定性的观察描述： 试验时将拌好的混 凝土分三层装入标 准圆锥筒 中， 每层用捣棒沿螺旋 方向在截面上由外向中心均匀插捣2 5 次， 插捣筒边 混凝土时， 捣棒可以稍稍倾斜， 插捣底层时， 捣棒应 贯穿整个深度 。插捣第二层和顶层时， 捣棒应插透 本层至下一层表面。待装满刮平后 ， 垂直提起坍落 2 3 2 四川建筑科学研究 第4 l卷 筒 ， 量测筒高与落后混凝土试体最高点之间的高度 差， 即为该混凝土拌和物的坍落度值， 拌和物向四周 扩展停止后的最大直径 即为扩展度 ， 如图 3l O所 示 。 图 3 H1 坍落度过程 图 4 H 2坍落度过 程 图 5 H 3坍落 度过程 图 6 H 4坍落度过程 图 7 H 5坍落度过 程 一 一 I I 坍落度过程 厂 一 一一j I I l 图 9 H 7坍落度过程 图 1 0 H 8坍 落度 过程 4试验及分析 4 1 混凝土拌和物的和易性 取水灰比为 0 6 ， 计算配合 比。用水量为 1 7 0 L ， 砂率为 4 3 ， 粉煤灰掺量为 4 0 时 ， 不 同外加石 粉下的配比见表 5 。 另从表 6可知 ， HIH 8组中， 只通过加入不同 量 的石粉来改变混凝土 中粉浆体体 积 ， 石粉的量从 9 3 1 51 8 1 9 0 k g 。从试验 中看到 ， 不 同的石粉用 量所表现出的混凝土和易性是不同的。而当石粉用 量为 1 3 1 1 8 k g时， 流动性最好 ， 混凝 土的粘聚性 和 保水性也优良， 混凝土整体塌落。在整组试验 中发 现 ， 混凝土拌和物的粘 聚性随着石粉含量 的增加而 增加 ， 离析现象随石粉含量增加明显改善 ， 保水性增 强 ， 泌水情况得到改善。H 7和 H 8两组试验 ， 所用 的石粉用量较多时混凝土的需水量 明显增大， 加大 减水剂用量 ( 过量 ) ， 流动性提高 ， 但是混凝 土的粘 聚性和保水性变差 ， 整体性能不是最优。 2 0 1 5 N o 1 杨家伟， 等 ： 石粉对低强度机制砂混凝土和易性的影响 2 3 3 表 6 水胶比为0 6时石粉用量不同情况下 混凝土拌和物的性能 石粉是一种惰性掺和料 ， 细度小 ， 它不但补充混 凝土 中缺少的细颗粒 ， 增大粉体总量， 在混凝土单位 体积用水量不变的情况下， 还增加混凝土的浆量和 浆体粘稠性 。石粉增加了水泥浆体含量从而提 高混凝土的流动性， 石粉起到了微滚珠作用， 减少砂 与砂之间磨擦 因而改善混凝土的和易性 J 。随着 机制砂中石粉含量的增 大， 混凝土的需水量 明显 的 增加。C e l i k和 Ma r a r 7 3 提 出， 在不改变粗细集料 比 例的前提下， 集料的比表面积会随着石粉含量的增 加而变大， 他们也将混凝土需 水量 的增加归结于 比 表面积的增加 。 4 2混 凝土抗 压 强度 由表 7可知 ， H1H 6组中 ， 混凝土试件 的抗压 强度没有 明显变化 ， 适量的石粉可以很好地改善混 凝土的工作性 ， 掺人适量的石 粉可 以作为配制低强 度等级泵送混凝土的技术措施 。 表 7混凝土试件的抗压强度 MP a 由表 7可知， H 7 、 H 8两组试件 的 2 8天强度 、 5 6 天强度均有所提高。可能是混凝土强度与和易性的 变化规律有些差异。石粉与适量的减水剂 配合 ， 改 善 了混凝土粘聚性和保水性 ， 在保证和易性的同时， 混凝土强度也有所提高( 图 l 1 ) 。 图 1 1 石粉用量对抗压强度的影响 5 结 论 1 ) 在低强度等级时可以加入石粉， 改善混凝土 的和易性， 但是加入过量石粉时混凝土拌和物的流 动性反而会降低 ， 石粉的用量控制在 2 4 8 左右为 宜 。 2 ) 混凝土拌 和物 ， 需要有一定 的石 粉 ， 现行标 准表示方法欠妥。低强度等级混凝土， 特别是低强 度流态混凝土的石粉含量可以进一步提高， 可控制 在 1 8 一 2 5 左右。 3 ) 石粉含量的提高对低强度流态混凝土的强 度没有明显不利作用， 不会对混凝土构件造成不良 的影 响。 参 考 文 献： 1 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 o 8 ( o 6 ) ： I l 3 - l l 7 2 曹庆玉 机制人 工砂混凝 土石粉含 量试验研究 J 河南 水利 与南水北调 ， 2 0 0 9 ( 0 9 ) ： 1 0 3 - 1 1 2 3 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 ： 武汉理工大学 ， 2 0 0 6 4 陈家珑 合理利用人工砂中的石粉 J 建筑石膏与胶凝材料， 2 0 0 4( o 5 ) ： 4 8 - 5 O 5 刘建刚 粉煤灰及石粉对人工砂高性能混凝土影响研究 J 甘肃科技纵横， 2 0 0 9 ， 3 8 ( 0 3 ) ： 1 0 6 6 王稷良， 牛开民， 刘英， 等 机制砂中石粉对混凝土性能影响 的研究现状 J 公路交通科技： 应用技术版， 2 0 0 8 ， 2 5 ( 9 ) ： 3 0 2 - 3 0 9 7 T a h i r C e l i k ， K h a l e d Ma r a r E ff e c t o f C r u s h e d g t o n e D u s t o n S o me P r o p e r t ie s o f C o n c r e t e J C e m e n t a n d C o n c ret e R e s e a r c h， 1 9 9 6 ， 2 6 ( 7 )： l 1 2 1 1 1 3 0