岩性对机制砂特性及其混凝土性能的影响.pdf

2 0 1 1年 第 1 2期 (总 第 2 6 6 期 ) N u mb e r 1 2 i n 2 0 1 1 ( T o t a l No 2 6 6 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATERl AL AND A D M 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 9 岩性对机制砂特性及其混凝土性能的影响 唐凯靖 ，刘来宝 1 l 2 ，周应 ( 1西南科技大学 四川省非金属复合与功能材料重点实验室一 省部共建国家重点实验室培育基地，四川 绵阳 6 2 1 0 1 0 2 东南大学 材料科学与工程学院，江苏 南京 2 1 l 1 8 9 ) 摘要： 研究了不同母岩岩性对机制砂自身特性及其配制的机制砂混凝土性能的影响。 结果表明： 不同岩性的机制砂在表观密度、 堆积 密度、 细度模数、 石粉含量及微观结构等物性差异较大。 不同岩性机制砂对 C 5 0 混凝土的工作性影响明显， 形貌和级配差异是导致工作性 下降的原因； 玄武岩机制砂混凝土的 3 d 抗压强度仅为河砂混凝土的 6 1 3 ， 但 2 8 d 龄期时两者接近相同， 河砂、 石英质机制砂及峨眉山 玄武岩机制砂混凝土 2 8 d 抗压强度分别为 5 9 2 、 5 8 5 、 6 0 8 MP a 。 关键词： 机制砂；混凝土；特性； 石粉 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 1 ) 1 2 0 0 6 2 0 2 Ef f ec t s o f l i t hol og y on pr op er t i e s o f m a nu f a ct u r ed s a nd a nd t he per f or manc e of t he c onc r e t e w i t h manu f a ctur e d s and T ANGKa i -j i n g ， L I UL a i b a o 1 , 2 ， Z HOU Y i n g ( 1 S t a t e Ke y L a b o r a t o r y C u l t i v a t i o n Ba s e f o r N o n me t a l C o mp o s i t e s a n d F u n c t i o n a l Ma t e r i a l s ， S o u t h we s t Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y Mi a n y a n g 6 2 1 0 1 0 ， C h i n a ； 2 De p a r t me n t o f Ma t e ri a l s S c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g ， S o u t h e a s t U n i v e r s i ty， N a n j i n g 2 1 1 1 8 9 ， C h i n a ) Ab s t r ac t ： I t wa s d i s c us s e d t h a t t h C e f f e c t o ft h e l i t h o l o g y o f p a r e n t r o c k s t o t h e i r o wn f e a t u r e s o ft h e ma n u f a c t u r e d s a n d a nd o n t h e p e r f o r ma n c e o f c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d fl u i d i t y o f t h e c o n c r e t e w h i c h ma d e b y i t T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e a p p a r e n t d e n s i ty， p a c k i n g d e n s i ty a n d fi n e n e s s mo d u l u s， s t o n e p o wd e r c o n t e n t a n d mi c r o s t r u c t u r e o f t h e m a n u f a c t ur e d s a n d m a d e b y d i ffe r e n t l i th o l o g y are d i ffe r e n t Th e e ffe c t Di ffe r e n t l i tho l o g Y ma n uf a c t u r e d s a n d for wo r k a bi l i t y o fC5 0 c o n c r e t e wa s o b v i o u s ， t h e d i ffe r e n c e s o fmo r p h o l o gy an d a g g r e g a t e gr a d i ng wa s t h e c a u s e o ft he d e c l i n e i n wo r k a b i l i ty ； t h e 3 d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f B a s a lt me c h a n i s m s a n d c o n c r e t e i s o n l y 6 1 3 o f t h e ri v e r s and s c o n c r e t e and i t c o me c l o s e t ot h e s a m ewh e nthe a g e o f2 8 d， 28 d c o n c r e t e c o mp r e s s i v e s t r e n g t hfor r i v e r s an d s ， q u a zme c h an i s m s an dan d e me i s h an b a s a l tme c h an i s m s a n d we r e 5 9 2， 5 8 5an d 6 0 8M P a Keywor ds ： ma n u f a c t u r e d s a n d； c o n c r e t e； f e a tur e s ； s t o n epo wd e r 0 引言 1 材料与方法 随着环境保护的加强和基础设施建设的迅速发展， 河砂资 源日益匮乏， 价格上涨。 同时砂作为大宗建筑材料， 不适宜远距 离运输， 一般建筑施工均采取就地取材的方式选取原材料。 因 此， 各地在生产机制砂时， 多选用当地产抗压强度较高、 无碱活 性的岩石作为制砂母岩。 我国幅员辽阔， 各种岩性岩石分布广 泛， 其中石灰岩矿分布最为广泛， 但有些地区还广泛的分布着 其他岩性的岩石， 例如我国东南和东北地区花岗岩广泛分布， 而我国西南、 内蒙和南京等地区又是以玄武岩分布为主l l _ 】 。 国 内外学者对集料岩性对混凝土性能的影响做了大量的研究， 多 注重于粗集料影响混凝土性能的研究 ， 且集中于碱一 集料反应 等耐久性方面， 而机制砂岩性对混凝土Jl 生能的影响研究相对较 少 。 因此 ， 笔者从机制砂及其石粉特性着手， 采用不同母岩岩 性的机制砂代替河砂， 研究岩性变化对混凝土性能和微结构的 影响 。 1 1 原料 试验用水泥为北川 I 中联生产的P O 4 2 5 R级水泥， 其密度 为 2 9 5 e J c m ， 比表面积为 4 5 5 m k g ， 主要性能指标见表 1 。 峨 眉山市某矿区玄武岩经破碎制得玄武岩机制砂； 石英质机制砂 来 自四川广安晟通公路检测公司( 四川 I 华蓥山市) ； 河砂取 自绵 阳涪江， 经水洗晒干备用。 表 1 试验用水泥的主要性能指标 1 2试验 方 法 分别按 G B T 1 4 6 8 4 -2 0 0 1 ( 建筑用砂 和 J G J 5 2 2 o 0 6 普 通混凝土用砂 、 石质量及检验方法标准 测定试验用砂 的堆积 密度 、 孔隙率、 级配及细度模数； 分别按 GB T 5 0 0 8 0 - - 2 0 0 2 ( 普 收稿 日期 ：2 0 1 1 - 0 7 _ 0 4 基金项目：先进建筑材料四川省重点实验室开放课题基金( O 9 z x ) ( K O 9 ) ； 四川省非金属复合与功能材料重点实验室 省部共建国家重点实验室培育 基地开放课题基金( 1 0 Z X F K 1 2 ， l 0 Z X F K 0 4 ) ； 西南科技大学青年基金资助( 1 0 Z X 3 1 3 0 ) 6 2 基材料的增强作用也更为明显。 这一结果也印证了联合高速研 磨搅拌和超声分散的方法能够使 S i O 纳米颗粒分散的比单独 使用高速研磨搅拌时稍好。 参 考文献 ： 1 】 高濂， 孙静， 刘阳桥名 内 米粉体的分散及表面改性【 M 北京： 化学工业 出版社， 2 0 0 3 2 12 王景贤 ， 王立久 纳米材料在混凝土中的应用研究进展 J J _ 混凝土， 2 0 0 4 ( 1 1 ) 4 何登良， 董发勤， 邓跃全 纳米技术在建筑材料领域的应用 J J 混凝 土 ， 2 0 0 5 ( 8 ) 4 】 季韬， 黄与舟 ， 郑作樵 纳米混凝土物理力学性能研究初探【 J J 混凝 土 ， 2 0 0 3 ( 3 ) f 5 1 林峰， 龚大卫， 王迅 一 二氧化硅超晶格 J l _物理， 1 9 9 8 ( 8 ) ： 4 6 7 上接第 6 3页 角， 因此石粉颗粒需要更多的包裹水。 这也是通常机制砂中含有 大量石粉或掺加石粉时， 混凝土的需水量大幅增加或混凝土的 保水l生明显提高的重要原因。 2 2 机制砂岩性对混凝土性能的影响 为了验证机制砂岩性对混凝土性能的影响， 在相同试验条 件下， 使用不同岩性的细集料配制了 C 5 0强度等级的混凝土试 块， 其工作性和力学性能测试结果见表 5 。 表 5 机制砂岩性对 混凝土性能的影响 从表 5可以看出， 机制砂较河砂而言， 其工作性下降明显， 玄武岩机制砂早期强度下降较多， 但后期可以赶上甚至超过河 砂和石英质机制砂配制的混凝土。 在工作性方面， 石英质机制砂 的坍落度和扩展度均下降， 扩展度下降幅度更大， 达 7 0 ； 玄武 岩机制砂坍落度和扩展度损失更多。 这可能是由以下几个方面 造成的： 首先 ， 玄武岩机制砂石粉含量是石英质机制砂的两倍 ， 在同水灰比条件下， 石粉含量大 ， 细颗粒多， 需水量增大 ， 故其 坍落度下降。 同时， 较大的石粉含量导致玄武岩机制砂颗粒级配 不合理， 最终使配制的混凝土和易性差， 易离析， 这可能是造成 玄武岩机制砂扩展度较大的主要原因。 其次， 玄武岩机制砂颗粒 表面粗糙 ， 裂缝多， 石粉 中较大颗粒多细颗粒的吸附现象更严 重， 这也是机制砂配制混凝土需水量增大的原因。 在强度方面： 石英质机制砂与河砂的成分基本相同， 级配曲线差异较小是石 英质机制砂与河砂配制的混凝土的强度无明显变化的原因； 玄 武岩机制砂混凝土的早期强度明显较河砂混凝土的小 ， 后期强 度几乎相同， 这是由于玄武岩机制砂的细度模数大， 需水量大， 流动度小， 导致密实较差， 早期强度较低 ， 级配不合理是造成玄 武岩机制砂混凝土早期强度下降明显的主要原因； 后期强度的增 长可能是玄武岩中包裹在玻璃体中的活性硅铝质氧化物的溶出， 发生二次水化， 优化了水泥石及界面过渡期的微结构， 同时， 在 一 定程度上加快了水泥水化造成的嘲 。 3结 论 ( 1 ) 采用相同破碎方式制备的机制砂在表观密度、 堆积密 度、 细度模数、 石粉含量等物性差异较大。 表面硬度和机械强度较 6 6 6 L U Z， L OC K WOO D D， B A R I B E A U J Q u a n t u m c o n fi n e me n t a n d l i g h t e mi s s i o n i n S i O , S i s u p e r l a t t i c e s J Na t u r e ， 1 9 9 5 ( 3 7 8 ) ： 2 5 8 7 P AN R， P A N S ， Z HO U J ， e t a 1 S u r f a c e mo d i f i c a t i o n o f i n d i u m t i n o x i d e n a n o p a r t i c l e s Wi t h t i t a n i u md i o x i d e b y a n o n a q u e o u s p r o c e s s a n d i t s p h o t o c a t a l y t i c p r o p e r t i e s 【 J J A p p l i e d S u r f a c e S c i e n c e ， 2 0 0 9( 2 5 5 ) ： 3 6 4 2 3 6 4 7 8 】P AN R， L I E W K， X U L ， e t a 1 A n e w a p p r o a c h f o r t h e d e t e r m i n a t i o n o f t h e i s o - e l e c t r i c p o i n t o f n a n o p a r t i c l e s J C o l l o i d s a n d S u r f a c e s A： P h y s i e o c h e mE n g As p e c t s ， 2 0 0 7 ( 3 0 5 ) ： 1 7 2 1 作者简介 联 系地址 联 系电话 董t 建 苗( 1 9 7 2 一 ) ， 女， 工学硕士， 副教授， 从事建筑材料教学 及科研工作。 广西柳州市东环路 2 6 8 号 厂西工学院教务处( 5 4 5 0 0 6 ) 0 7 7 2 2 6 8 7 6 3 6 高的矿物经破碎得到的机制砂， 其过粗颗粒含量和过细颗粒含 量多于河砂， 级配不合理， 需要通过人工筛分的方法进行调整。 ( 2 ) 河砂石粉的颗粒棱角明显钝化； 表面光滑； 石英质机制 砂石粉颗粒尖锐， 有明显的棱角， 附着有较多的石粉 ， 含有钠长 石( Na A 1 S i ， O ) 等杂质矿物； 玄武岩石粉棱角较多， 且表面粗糙， 需水量大， 主要含钠长石 、 透辉石、 蛇纹石等硅酸盐矿物 ， 并且 含有一定量的玻璃体。 ( 3 ) 不同岩性机制砂对 C 5 0 混凝土的工作性影响不同， 颗 粒形貌的差异和石粉含量的变化是机制砂混凝土工作性下降 的主要原因， 石粉含量对玄武岩机制砂颗粒级配的影响更大； 强 度方面， 峨眉山玄武岩机制砂混凝土早期抗压强度具有较明显 的变化， 其 3 d抗压强度仅为河砂混凝土的 6 1 3 ， 2 8 d时可以 赶上甚至超过河砂、 石英质机制砂配制的混凝土。 ( 4 ) 河砂与石英质机制砂主要矿物均为石英， 其结晶良好， 其石粉为惰性填充料 ； 玄武岩质机制砂 ， 由于其玻璃体包裹的 活性 S i O 和活性 A1 O ， 可以溶出， 并发生二次火山灰反应， 消 耗 C a ( OH) ， 加速水泥的水化速度， 同时， 生成的二次水化产物 填充于 C S H凝胶的孔隙中， 有利于基体强度的发展。因此 ， 在 配制机制砂混凝土时， 具有一定活性的矿物经破碎制得的机制 砂较惰性矿物更有利于混凝土的强度和耐久性。 参考文献 ： 1 】刘崇熙， 等 混凝土骨料性能和制造工艺 M 广州： 华南理工大学出 版 社 ， 1 9 9 9 2 A n n e - Mi e k e P o P P e ， S E HU T T E R G D C e me n t h y d r a t i o n i n t h e p r e s e n c e o f h i g h fi l l e r c o n t e n t s J C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h ， 2 0 0 5 ( 3 5 ) ： 2 29 0 2 2 9 9 3 K A K AL I G， T S I V I L I S S ， A G G E L I E， e t a 1 H y d r a t i o n p r o d u c t s o f C 3 A， C s S a n d p o l a n d c e me n t i n t h e p r e s e n c e o f C a C O 3 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 0 ( 3 0 ) ： 1 0 7 3 1 0 7 7 【 4 】李兴贵 高石粉含量人工砂在混凝土中的应用研究 J J 建筑材料学 报 ， 2 0 0 4 ， 7 0 ) ： 6 6 7 1 5 牟善彬， 孙振亚， 陈雁安玄武岩活性组分的水化及在水泥生产中的 应用【 J J 水泥， 1 9 9 5 ： 1 0 1 2 作者简介 联 系地址 联 系电话 唐凯靖( 1 9 8 5 一 ) ， 男， 硕士在读 ， 主要从事高性能水泥基材 料的研究。 四川省绵阳市涪城区青龙大道中段 5 9 号 西南科技大学 材料学院( 6 2 1 0 1 0 ) 1 3 68 9 6 91 1 3 5