骨料品质对混凝土性能影响的研究.pdf

2 0 1 3 年 第 1 期 (总 第 2 7 9 期) Nu mb e r l i n 2 O 1 3 ( T 0 t a l No 2 7 9) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATER】 A I AND ADM I NI CLE 骨料品质对混凝土性能影响的研究 冯士全 。王维忠 ，金琼 ，杨天生 z ( 1 南水北调中线干线工程建设管理局 天津直管建管部 ，天津 3 0 0 1 3 4 ；2 中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 3 0 0 2 2 2 ) 摘要： 探讨骨料的含泥量超标 、 石子超逊径超标对混凝土性能的影响， 按 L ( 4 4 x 2 ， ) 正交表进行混凝土试验设计， 利用直观分析 和方差分析等手段 ， 进行定性和定量分析砂子含泥量 、 石子含泥量、 石子超逊径对混凝土拌合物 、 抗压强度 、 抗渗性及抗冻性的影响。 关键词： 混凝土性能；骨料 ；含泥量 ；超逊径 中图分类号： T U5 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 3 ) O 1 0 0 8 0 0 7 S t u d y o n e ffe c t o f t h e p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e wi t h a g g r e g a t e q u a l i t y F E NGS h i q u a n ， WANG We i - z h o n g ， J 1 N Qi o n g ， Y ANGT i a n s h e n g ( 1 Mi d d l e R o u t e o f t h e S o u t h t o No r t h Wa t e r T r a n s f e r P r o j e c t C o n s t r u c t i o n a n d Ma n a g e me n t B u r e a u T i a n j i n P i p e H o u s i n g D e p a r t m e n t ， T i a n j i n 3 0 0 1 3 4 ， C h i n a ； 2 C h i n a Wa t e r R e s o u r c e s B e i f ang I n v e s t i g a t i o n ， D e s i g n a n d R e s e a r c h C o ， L t d ， T i a n j i n 3 0 0 2 2 2 ， C h i n a ) Abs t r act ： Ex p l or e d o n the c l a y c on t e n t o f a g g r e g a t e a nd o v e r s i z e - a nd - u nd e r s i z e of c o a r s e a g g r e g a t e e x c e e d s t a n d a r d i n flu e n c e o n c o n c r e t e p e r f o r ma n c e A c c o r d i n g tot h e o r t h o g o n a l e x p e r i me n t s L 1 6 ( 4 4 x 2 ) w e r e d e s i gne d f o r c o n c r e t e u s e d t h e i n t u i t i v e a n a l y s i s a n dv a r i anc e an a lys i s me t h o d s， q u a l i t a t i v e a n d q uan t i t a t i v e a n a l y s i s o f c l a y c o n t e n t o f a g g r e g a t e ， o ve r s i z e a nd u nd e r s i z e o f c o a r s e a g gre g a t e e ffe c t o n c o nc r e t emi x tur e， c o mp r e s s i v e s t r e ng t h，i mpe r me a b i l i t ya n dfro s t r e s i s t a nt o fc o n c r e t e Ke y wor ds ： p r o p e r t y o f c o n c r e t e； a g gre g a t e； c l a y c o n t e n t ； o v e r s i z e - -a n d - u n d e r s i z e o f c o a r s e a ggre g a t e ( 】 引言 骨料是混凝土的重要组成部分 ， 一般 占混凝土体积的 8 0 ， 在混凝土中起到刚性骨架作用， 因此， 骨料的种类和性 质决定 昆 凝土强度性能和耐久性能 。 水工混凝土要求天然砂 的含泥量应不大于 3 ， 石子 的含泥量应不大于 1 ， 超径石 子含量为 0 ， 逊径石子含量不宜大于 2 。 在混凝土工程施工 过程中， 经常会出现原材料的质量波动， 尤其是砂石骨料性 能不稳定 ， 骨料可能会出现含泥量超标及石子超逊径 的问题。 为了探讨骨料的含泥量超标 、 石子超逊径对混凝土质 量的影 响 ， 试验选择 C 3 0 P 6 F 1 5 0 常态混凝土 ， 骨料选择天 然砂含泥量 3 、 3 5 、 4 5 、 5 5 ； 石子含 泥量 1 0 、 1 5 、 2 0 ； 小石超径 0 、 5 、 1 0 、 1 5 ； 中石逊径 2 、 L 。 ( 4 4 -x 2 。 ) 正交表安排进行混凝土抗压强度 、 抗渗及抗冻性 试验 ， 利用直观分析和方 差分析 等手段 ， 进行定性和定量 分析砂子含泥量 、 石子含泥量 、 小石超径 、 小石逊径 、 中石 超径和中石逊径对混凝土拌合物、 抗压强度 、 抗渗性及抗 冻性的影响。 1 试验选 用原材料及试验设计 1 1 试验 选用原材料 试验选用 鼎鑫 P O 4 2 5级水泥 ， 衡水衡冠 I I 级 粉煤 灰 。 外加剂采用马贝建筑材料 ( 上海 ) 有 限公司生产 的聚羧 酸减水剂 S P ， 按 固定掺量 1 0 和 P T C 1 引气剂 ， 按 固定掺 量 0 0 5 o 。 细骨料采 用天然河 砂 ， 细 度模数 2 4 0 ， 含 泥量 2 4 0 ； 粗骨料采用人工碎石 。 试验采用 C 3 0 P 6 F 1 5 0 常态配 5 、 1 0 、 1 5 ； 中石 超径 0 、 5 ； 小石 逊径 F ， 表示因素影响特别显著， 记作“ + ； F 。 F F ， 表示因素影响显著， 记作“ ； F a F F ， 表示因素有一定影响， 记 作“ ( ) ” ； F o 。 F ， 表示看不出因素有较大影响。 大约 6 0 MP a ) ， 从而掩盖含泥量对强度 的影响。 ( 2 ) 影响混凝土7 d 抗压强度因素的主次顺序是 A ( 砂 子含 泥量 ) 一B ( 石子含泥量 ) 一C ( 小石超径 ) 一D( 中石逊 径 ) 、 E ( 中石超径 ) 一F ( 小石逊径 ) 。 影响混凝土 2 8 d 抗压 强度的主次顺序是 A( 砂子含泥量) 一B ( 石子含泥量) 、 D ( 中石逊径 ) 一C ( 小石超径 ) 一E ( 中石超径) 一F ( 小石逊径 ) 。 ( 3 ) 砂子含泥量对混凝土 7 d的抗压强度影 响非常显 著 ， 石子 的含泥量和 中石的超径对 7 d 的抗压强度有一定影 8 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 8 混凝土抗压强度的进一步方差分析 注 ： l司表 7 。 响 ， 中石的逊径和小石超 、 逊径对混凝土 7 d的抗压强度的影 响不显著。 其中中石逊径及小石的超径有相互叠加的可能。 ( 4 ) 砂子含泥量对混凝 土 2 8 d的抗压强度影响非常显 著 ； 粗骨料的含泥量和中石的超、 逊径对混凝土 2 8 d的抗压 强度影响显著 ； 小石的超径对混凝土 2 8 d的抗压强度有一 定影响； 小石的逊径对混凝土 2 8 d的抗压强度有一定影响。 ( 5 ) 混凝土 7 d 抗压强度 和 2 8 d抗压强度 的试验误差 分别为、 了丽= O 5 3 MP a 和、 = 0 3 5 MP a 。 试 验误差 均较小 ， 说 明试验精度较高 ， 这与直观分析结果 是一致的。 2 3 对混凝 土耐 久性 的影响及分析 混凝土的抗冻 、 抗渗性能是耐久性 的主要指标。 按表 1 1 的配合 比成型混凝土的抗冻 、 抗渗试件 。 试件养护 2 8 d 后 进行耐久性试验。 抗冻试验采用快冻法， 抗渗试验采用逐级 加压法， 其混凝土的抗冻、 抗渗试验结果列于表 9 。 表 1 l ， 由表 1 1 中的 直 和临界值 的比较看出， 各因素均无显 著影响 ， 相对 A因素的影响大些 ， 把影响最小 的因素并人误 差 ， 再列方差分析表进一步分析如表 1 2 。 由表 1 0 1 2 可见 ： ( 1 ) 在固定水胶 比、 用水量 、 粉煤灰掺量 、 砂率 、 外加剂 品种及掺量 的情况下 ， 1 6 组混凝 土 2 8 d的抗 渗等级均大 于 P 6 ， 能够满足设计要求 的 P 6的抗渗等级 ， 说明骨料 的 品质对混凝土抗渗性能影响没有对其他性能影响明显， 但 不能说明骨料的品质对混凝土抗渗性没有影 响。 主要是 由 于骨料中的含泥量增加 ， 会使混凝土 的坍落度和含气量 大 大降低 ， 要 使混凝 土达 到同样 的坍落度 和含气量 ， 会大 大 增加混凝土的用水量和外加剂掺量 ， 由于这次研究是在用 水量和外加剂掺量不变的情况下进行 的， 甚至有可能少量 的含泥还起一定填充作用 ， 所 以骨料 的品质对混凝土影响 没有 明显地体现出来 。 ( 2 ) 影 响混凝 土 1 5 0次冻融循环 的主次顺 序是 A( 砂 抗冻试验结 果的直观分析 列于表 l 0 ， 方 差分析列 于 子含泥量 ) 一B ( 石子含泥量 ) 一c ( 小石超径 ) 一F ( 小石逊 表 9 混凝土的抗渗、 抗冻试验结果 8 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 1 O 混凝土抗冻试验结果的直观分析 A B C D F E和空列误差 总和 4 03 5 8 3 1 981 8 7 7 7 628 1 7 6- 3 7 31 241 2 0 4 8 7 3 2 3 71 3 3 3 3 1 2 1 5 1 3 4 5- 2 8 6 6 062 25 8 7 6 5 8 7 9 3 1 2-41 2 0 4 8 65 7 0 3 2 2 6 l 2 6 4 ( ) 2 8 7 l 5 2 6 ( ) F n ( 3 ， 2 ) = 9 2 F n ( 3 ， 2 ) = 1 9 2 1( 3 ， 2 ) = 9 9 2 F n l0 ( 1 ， 2 ) = 8 5 F 0 0 5 ( 1 ， 2 ) = 1 8 5 F l ( 1 ， 2 ) - 9 8 5 注 ： 同表 7 。 径 ) 一D( 中石逊径 ) 一E ( 中石超径 ) 。 影 响抗冻性能两个主 要因素砂、 石骨料的含泥量， 与对混凝土拌合物、 混凝土抗 压强度 的影响是一致的。 ( 3 ) 砂石骨料的含泥量对混凝土 1 5 0次抗冻的相对动 弹性模 量影响显著 ， 小石的超 、 逊径对混凝土抗冻 的相对 动弹性 模量有一定影响 ， 中石 的超 、 逊径对 混凝 土 1 5 0 次 8 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 抗冻 的相对动弹性模量 的影 响不显著 。 1 6 组 混凝 土试件 经过 1 5 0 次冻融循环后 ， 对混凝土的质量损失率影响不大 ， 但只有 8 组试件的相对动弹性模量大于 6 0 。 也就是说只 有 8 组混凝土满足 F 1 5 0的要求 。 ( 4 ) 混凝 土的相对动弹性模量 随着骨料含泥量的增加 而下降比较明显。 其中， 砂子含泥量从 2 3 增加到 5 5 ， 其混凝 土 1 5 0 次冻融后 平均相对动 弹性模量从 9 3 1 下 降到 4 9 6 ， 相对动弹性模量平均降低了 4 6 7 ； 石子含泥 量从 0 1 增加到 2 0 ， 其混凝土 1 5 0 次冻融后平均相对 动 弹性模量从 7 8 7 下 降到 4 9 6 ， 相对动弹性模量平均 降低了 3 7 O 。 3结 语 骨料的含 泥量及 超 、 逊径 的变化 对其混凝 土拌 合物 、 强度及耐久性能的产生不 同的影响 ： ( 1 ) 砂子含泥量和石子含泥量无论是对混凝土拌合物 ， 还 是对混凝土强度及耐久性能均产生较大影响 ， 除中石的 超 、 逊径对混凝 土拌合 物和抗压强度有一定影 响外 ， 而小 石超 、 逊径对混凝土的耐久性能产生的影响较小。 所 以现场 施工必须加强对砂石骨料 的含泥量严格控制 ， 其次要控制 骨料的超径 、 逊径 ， 重点控制 中石 的超径。 ( 2 ) 混凝土 中砂石骨料的含泥量综合对混凝土拌合物 的坍落度 、 含气量产生较大影响， 而且随含泥量的增加， 混 凝土拌合物的坍落度和含气量大幅度降低， 砂子含泥量每 增加 1 0 时， 其混凝土坍落度平均减少 2 3 2 ， 含气量平 均减少 1 6 5 ； 石子含泥量每增加 1 0 ， 其混凝 土坍 落度 平均减少 1 8 3 ， 含气量平均减少 1 8 8 。 ( 3 ) 砂子含泥量对 混凝 土 7 、 2 8 d抗压强度影响显著 ， 其次粗骨料的含泥量 ， 石子的超 、 逊径 对混凝 土 7 、 2 8 d 抗 压强度的影响不显著。 其中中石 、 小石 的超逊径也有相互抵 消 的可能 。 单从抗压强度来看 ， 似乎影响不大 ， 主要是 因为 含泥量提高后， 大大降低了混凝土的含气量。 一般地 ， 混凝 上接第 7 9页 看 ， 难 以区分不 同保水率的水泥与墙体材料 的黏结性能 ， 应 结合破坏型式进行分析。 无论是灰砂砖还是加气混凝土砌块基底 ， 不同水泥测 得 的拉伸黏结强度 多介 于 0 1 5 0 2 0 MP a 之间 ， 均无法满 足 J G J T 2 2 0 - - - 2 0 1 0 抹灰砂浆技术规程 中预拌抹灰砂浆 的拉伸黏结强度值不小 于 0 2 5 MP a 的要求 。 这一方面与 试验的相对湿度较低 、 水 泥失水较快有关 ， 另一方面也与 抹灰的力度较小有关。 因此， 水泥与灰砂砖的拉伸黏结强 度合格标准取不低于0 1 5 MP a 。 3结论 通过上述试验研究 ， 可 以得出以下结论 ： ( 1 ) 较高的保水率是保证水泥和新型墙体材料有良好 黏结强度 的关键 因素 ， 水泥的保水率不宜低于 9 5 。 ( 2 ) 与加气混凝土砌块相比， 采用灰砂砖作为基底能够 更好的反映不同保水率的水泥与墙体材料黏结强度的差异。 86 土的含气量每降低 1 ， 混凝土的抗压强度要提高 5 ， 掺人 高含泥量的骨料后， 能使混凝土的含气量最大降低 3 3 ， 初步估算 提高 1 5 左 右( 即大约 6 0 MP a ) ， 从而掩盖含泥 量对强度的影响。 ( 4 ) 在 固定水胶 比、 用水量 、 粉煤灰掺量 、 砂率 、 外加剂 品种及掺量的情况下 ， 骨料 的品质对混凝土抗渗性能影 响 没有对其他性 能影响明显 ， 但不能说 明骨料 的品质对混凝 土抗渗性没有影 响 。 主要是 由于骨料中的含泥量增加 ， 会 使混凝土 的坍落度和含气量大大降低 ， 要使混凝土达到同 样的坍落度和含气量 ， 会大大增加混凝土的用水量和外加 剂掺量 ， 由于这次研究是在用水量 和外加剂掺量不变的情 况下进行 的， 甚至有可能少量的含泥还起一定填充作用 ， 所 以骨料的品质对混凝土影响没有 明显地体现出来 。 ( 5 ) 砂石骨料的含泥量对混凝土的抗冻性能影响显著 ， 小石 的超 、 逊径对混凝土 的抗冻性能有一定影响 ， 中石的 超 、 逊径对混凝土的抗冻性能影响不显著。 混凝土 的抗冻性 能随着骨料含泥量的增加而下降比较明显。 其中 ， 砂子含泥 量每增加 1 0 ， 其混凝土 1 5 0 次冻融后的相对动弹性模量平 均降低 了 1 5 6 ； 石子含泥量每增加 1 0 ， 其混凝土 1 5 0 次 冻融后的相对动弹性模量平均降低了 1 9 5 。 综上所述 ， 骨料的含泥量对混凝土拌合物及混凝土的抗 压强度 、 抗冻性能有显著影响 ； 中石 的超 、 逊径对混凝土 的 性能对混凝土的性能有一定影响 ， 小石的超 、 逊径影响不显 著。 混凝土中砂石骨料的含泥量对混凝土拌合物的坍落度、 含气量产生较大影响 ， 而且随含泥量的增加 ， 混凝 土拌合物 的坍落度和含气量大幅度降低 ， 从而影响混凝土的施工性能 和混凝土的性能 ， 尤其会影响混凝土的抗冻耐久性能。 作者简介 联系地址： 联系电话 ： 冯士全( 1 9 7 4 一 ) ， 男 ， 高级工程师， 研究方向 ： 工程建设 管理。 天津市北辰区环瑞北路2 号瑞景中学院内( 3 0 0 1 3 4 ) 02 2 -8 6 6 8 3 25 1 ( 3 ) 本研究提出的普通预拌砂浆专用水泥与新型墙体 材料拉伸黏结强度的试验方法是可行的 ， 应采用灰砂砖作 为基底 ， 一组 6 块灰砂砖 ， 每块灰砂砖上钻取 1 个试样 ， 干 燥龄期取 1 4 d ； 水泥与灰砂砖 的拉伸黏结强度合格标准取 不低于 0 1 5 MP a 。 参考 文献 ： 【 l 1杨 医 博 ， 梁 松 ， 莫海 鸿 ， 等 一 种 新 型砌 筑 水 泥 ： 中 国 ， Z L 2 0 0 6 1 0 0 3 5 1 1 3 0 P 1 2 0 0 9 0 1 - 2 8 2 1巩晓健， 杨医博， 朱磊， 等预 拌砂浆拉伸黏结强度检测新方法 的试验研究fJ 1 混凝土 ， 2 0 1 2 ( 1 ) ： 1 0 0 1 0 2 I 3 】杨医博， 郭文瑛， 王恒昌， 等 一种砂浆面层与基体拉伸黏结强 度检测夹具及检测方法 ： 中国， 2 0 1 1 1 0 4 6 0 3 5 9 3 P I 2 0 1 1 - 1 2 3 1 作者简介 联系地址 联系电话 陈彬彬( 1 9 9 0 一 ) ， 男。 通讯作者： 郭文瑛。 广州市天河区五山华南理工大学土木与交通学院土 木工程系( 5 1 0 6 4 0 ) 02 0 8 71 1 1 5 6 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m