砂子细度及级配对新拌混凝土性能的影响研究.pdf

2 0 1 5 年 第 1期 (总 第 3 0 3 期 ) Nu mb e r 1 i n 2 0 1 5 ( T o t a l N o 3 0 3 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 NL RI A I A ND ADMI NI CLE d o i ： 1 0 3 9 6 9 0 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 5 0 1 0 3 0 砂子细度 及级配对新拌混凝 土性 能的影响研 究 邢福燕，刘洋， 杨文杰，于磊， 李小磊 ( 北京金隅水泥节能科技有限公司， 北京 1 0 0 0 0 0 ) 摘要 ： 列举了砂子粗细( 以细度模数表示) 和级配对新拌混凝土影响的试验， 结果表明砂子粗细对新拌混凝土砂率、 减水剂掺 量 、 工作性有着显著的影响 ， 但是对混凝土强度影响则不明显 ； 当砂子细度模数 固定时， 砂子的不同级配对混凝土砂率、 减水剂掺 量 、 工作性也有影响， 表明颗粒过分集中分布于某 1 级或相邻2级或颗粒成间断分布时影响较大。 因此细度模数仅是表征机制砂 的粗细程度的宏观指标 ， 无法反映颗粒级配的真实情况 ， 决定砂品质好坏的内在 因素是颗粒级配 ， 生产时应得到严格控制 ， 为提 高混凝土强度及工作性 ， 应尽量使颗粒级配曲线具有骨架密实特征。 关键词： 细度模数 ； 减水剂掺量 ； 砂率 ； 工作性； 强度 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 5 ) 0 1 0 1 1 8 04 S a n d f i n e n e s s a n d l e v e l ma t c hi n g t h e p r o p e r t ie s of f r e s h c o n c r e t e I mp a c t s t u d y ) G F u y a n LI U Y a n g Y ANG We n j i e Y U L e i H X i a o l e i ( B e ij i n g J i n y u C e me n t E n e r g y S a v i n g T e c h n o l o g y ， C o ， L t d ， B e r i n g 1 0 0 0 0 0 ， C h i n a ) Ab etr a ct ： I t e n u me r a t e d t h e s a n d thi c k n e s s( e x p r e s s e d a s a f me n e s s mo d u l u s )a n d f r e s h c o n c r e t e e f f e c t l e v e l t e s t T h e r e s u l t s s h o w tha t the s an d t hi c k n es s o f f r e s h c o n c r e te s and r a ti o， d o s a g e of wa t e rr e du c e r s a g e nt ， wo r k a b i li t y h a s a s i g ni fic a n t e f f e c t ， b u t the i mpa c t o n t he s t r e n g th o fc o n c r e t e i s n o t o b v i o u s V e h e n the s an d fine n e s s mo d ulu s i s fix e d， Don t ma t c h at the s a me l e v e l ofthe s and c o n c r e t e s and r a ti o， d o s a g e of wa ter r ed u c i n g a g e n t ， a l s o h a s e f f e c t o n the wo r ka b i l i t y， s h o w tha t p a r t i c l e e x c e s s i v e c on c e n t r a ti o n d i s t ri bu ti o n i n a l e v e l 1 o r l e v e l 2 a d j a c e n t o r p a r t i c l e i n t o d i s c o n t i n u o u s dis t r i b u ti o n i n fl u e n c e T h e ref o re fi n e n e s s modu l u s i s o n l y r e p r e s e n ti n g the d e g r e e o f me c h a n i s m s and t h i c kne s s of ma c r o i n dic a t o r s F a i l t O r e fl e c t the r e al s i t u a ti o n o f g r a i n s i z e dis t r i b u ti o n De c i d e d t 0 s and q u ali ty s t a n d o r f a l l of i nt r i n s i c f a c t o r i s the g r a i n s i z e di s tr i b u do n Pr od u c ti o n s h o u l d b e s t r i c t l y c o n t r o l l e d I n o r de r t o i mp r o v e c o n c r e t e s t r e n g th an d w o r k a b i l i ty， s h o u l d t r y t O ma k e the gra d i n g c u r v e s k e l e t o n de n s e c h a r a c teri s t i c s K e y wo r d s： fi n e n e s s modulu s ； d o s a g e of wa ter red u c e r a g e n t ； s and r a ti o； wo r k a b i l i ty； s t r e n g t h 0 引 言 由于条件不同， 如沙滩在河 道 中的位 置、 采挖地点 在 沙滩的位置 、 采挖 和生产方式不同等 ， 天然砂 的粗细( 以细 度模数表示) 和级配都会不同， 有时差异还很大； 随着西部 大开发战略 的快速推进 ， 以及基础设施建设过程 中节能环 保和水土保持 的需要 ， 天然砂 资源逐渐短缺 ， 开采 限制 也 日趋严格 ， 因此 ， 应用机制砂替代 天然砂 已成为混凝 土行 业可持续发展 的一种趋势 。 为掌握机制砂 的特 性 ， 扩大 其在混凝土工程中的应用范围， 广大研究工作者对机制砂 生产工艺、 混凝土配制技术及其 性能做 了大量研 究工作 ， 并在多项重要工程中得到成功应用 “ 。 机制砂 的主要性 能参数包括颗粒形状 、 级配、 细度模 数以及石粉含量 、 含泥 量、 压碎值指标等， 文献 5 8 从不同侧重点分别就这些 主要参数对混凝土性能的影响规律开展了研究， 并提出了 控制标准建 义值。 文献 9 对相同级配河砂和机制砂混凝 土工作性与强度特性进行了研究 ， 提出应用 比表面积指标 来表征机制砂的粒形和表面特征。 但是在机制砂主要性能 收稿 日期： 2 0 1 4 - 0 7 - 2 6 1 1 8 参数 中， 颗粒级配作为机制砂作 为质量控制 的关 键指标 ， 其对混凝土性能有着重要影 响， 然而从 目前 的生产现状来 看 ， 常存在级配不 良或超 出级配范 围的情况 ， 有关 机制砂 级配如何合理控制是工程中重点关注的问题之一。 为此本 试验专门对不同细度模数、 同样细度模数不同颗粒级配的 机制砂进行了系统的研究。 1 试验方案与结果 1 1 试 验 材料 ( 1 ) 机制砂 ： 取具有相 同岩质且相 近吸水率的首云机 制砂 ， 作为细度模数和级配试验 的调配用砂 ； ( 2 ) 石子： 选用通州搅拌站 目前使用较好的5 2 5 i n l i l 连续级配碎石 ； ( 3 ) 水泥 ： 琉璃河水泥有限公司 P O 4 2 5水泥 ； ( 4 ) 粉煤灰 ： 天津新路广 I 级粉煤灰， 0 0 4 5 m l T l 筛子 孔筛余 1 0 左右， 需水量比 9 8 ； 京环 I 级高钙粉煤灰 ， 0 0 4 5 1 1 1 1 1 方孔筛筛余 6 左右， 需水量比9 0 左右； ( 5 ) 矿粉 ： 中建翔宇 $ 9 5 级矿粉 ， 比表面积 4 2 0 m2 k g ； ( 6 ) 外加剂： 聚羧酸减水剂， 固含为1 3 ， 其中葡钠2 0 ， 减水率 2 5 。 1 2试验 方案 1 2 1 不同细度模数砂子配制 选取细度模数为 1 4的细机制砂与细度模数为3 0的 粗机制砂， 然后通过不同比例人工搭配， 配制出细度模数 为 1 - 8 、 2 2 、 2 6的机制砂 ， 系统研究不 同的细度 模数对新 拌混凝土的流动性及力学性能的影响规律。 表 1 搭配用砂细度模数及分计筛余 1 2 2 同样细度模数， 不同颗粒级配砂子的配制 取具有相同岩质和相近吸水率的首云机制砂， 作为细 度模数和级配试验的调配用砂； 通过对细度模数 3 0 、 1 4 的砂子按筛孔径筛上物进行分类， 分别筛 出4 7 5 、 2 3 6 、 配 。 具体搭配合 比式如表 2 ( 细度模数 均为 2 3 ， 但 是 四组 搭配的级配各不相 同； 细度模数均为 2 7 ， 但是三组搭配 的 级配各不相同) ， 通过以上不同比例人工搭配， 保持同样的 细度模数 ， 使砂子级配分布不同， 系统研究不同的颗粒级 1 1 8 、 0 6 、 0 3 、 0 1 5 m i l l 、 筛底。 然后根据细度模数进行搭 配对新拌混凝土的流动性及力学性能的影响规律。 表 2 搭配用砂细度模数及分计筛余 1 3试 验 方 法 扩展度， 坍落度测试参照G B T 5 o o 8 o -z o o o ( 普通混凝 混凝土力学性能试验方法标准 测试混凝土抗压强度 ， 混凝 土抗压强度试件为 1 0 0 to n i 1 0 0 n l m 1 0 0 m i l l 立方体。 土拌和物性能试验方法标准 ， 按 G B T 5 0 0 8 1 -Z 0 0 Z 普通 1 3 1 不同砂细度模数混凝土配合比 表 3 不同砂细度模数混凝土配合比 注： C 3 0 ： 砂率 5 0 ， C 6 0 砂率 ： 4 0 。 l1 9 1 4 混凝土工作性能及力学性能测定 表 5 不同砂细度所配制混凝土工作性能及力学性能 细度模数 图 1 不 同细度模数 c 3 0混凝土工作性能变化曲线 7 0 0 唇 6 0 0 蓑 5 0 o 塞 0 0 3 0 0 2 0 0 1 8 2 2 2 6 3 0 4 6 重 4 5 萋 4 43 1 8 2 2 2 6 3 0 细度模数 图3不同砂细度 G 3 0混凝土 2 8 d抗压强度 细度 模数 细度模 数 图2不同细度模数 C 6 0混凝土工作性能变化曲线 图4不同砂细度 C 6 0混凝土 2 8 d抗压强度 表 6不同砂颗粒级配所配制混凝+- r 作性能及力学性能 1 20 日 龟苣 骥出 量 鞍 害 皑 不同颗粒级配 图 5 不同砂颗粒级配 c 3 O混凝土工作性能变化曲线 篓 多 不 同颗粒 级 配 图6不同砂颗粒级配 C 6 0混凝土工作性能变化 曲线 不 同颗粒 级配 图7不同砂颗粒级配配制的 C 3 0混凝土抗压强度 多 图8不同砂颗粒级配配制的 C 6 0混凝土 2 8 d抗压强度 2 试验 结果与分析 2 1 不 同砂 细度模数 对新拌 混凝土工作性的影响 ( 1 ) 由表 1 、 图 1 、 图 2 工作性试验数据可得 ： 由 1 、 2 的 C 3 0混 凝土试 配可得 ： 细度 模数为 1 8 时 ， 由于细颗粒较多 ， 导致级配不连续 ， 新拌混凝土包裹较 差 ， 容易漏石 ； 由3 、 4 的C 3 0混凝土试配可得 ： 细度模数为 2 2 ， 初始出机扩展良好， 稍微偏黏， 6 0 mi n保留比较良好； 由5 、 6 的C 3 0混凝土试配可得 ： 细度模数为 2 6 ， 初始 出机扩展 良好 ， 包裹性 良好 ， 6 0 m i n保留 良好 ； 由7 、 8 的 C 3 0混凝土试配可得： 细度模数为 3 0 时 ， 初始出机状态 良好 ， 但是 6 0 m i n 损失较大； 由 9 、 1 0 的 C 6 0混凝土试 配可得 ： 细度模数 为 1 8 时 ， 由于细颗粒较 多 ， 新拌 混凝土包裹较 差 ， 容易漏石 ， 且 灰发黏 ； 由 1 1 、 1 2 的 C 6 0 混凝土试配可得 ： 细度模数为 2 2 时， 包裹稍有改善， 但是依然发黏， 6 0 mi n保留比较良好； 由1 3 、 1 4 的 C 6 0 混凝土试配可得： 细度模数为 2 6 时 ， 流速较快 ， 包裹 良好 ， 且 6 0 m i n 保 留良好 ； 由 1 5 、 1 6 的 C 6 0 混凝土试配可得 ： 细度模数为 3 0 时 ， 流速最快 ， 包裹最好 ， 且 6 0 m i n保留最好。 ( 2 ) 由表 5 、 图 3 、 图 4力学性能试验数据可得 ： 针对 C 3 0混凝土， 砂细度模数为2 6时， 混凝土 2 8 d 强度相对最高， 细度模数为2 2次之， 细度模数为 1 8 较差， 细度模数为3 O强度最低， 但是最高与最低仅相差 3 1V I P a 。 针对 C 6 0混凝土， 砂细度模数为2 6时， 混凝土 2 8 d 强度相对最高， 细度模数为 3 0次之， 细度模数为 2 2较 差 ， 细度模数为 1 8强度最低 ， 最高与最低相差 5 4 5 MP a 。 由此可见 ， 砂细度模数为 I I 区中砂 2 6时 ， 强度 表现 最好。 细度模数较低或较高对混凝土的力学性能有不 同程 度的影 响。 2 2 同一砂 细度模数 ， 不同砂级 配对新拌混凝 土工 作性 的影响 ( 1 ) 由表 2 、 图 5可得 ： 从试配 1 一 8 均为 C 3 0 试配可得 ： 在其他原材料保持 不变的情况下 ， 在砂 细度模数均 为 2 3时 ， 基本保证初 始 工作性几乎相同的情况下 ， 且 6 0 m i n保 留较好 ， 不同 的颗 粒级配效果不 同， 1 、 2 属 于各级 均匀分 配 ， 即连续 级配 ， 效果最好 ， 且减水剂使用量最少 ， 为 2 0 ； 两边居多 ， 且特 别是筛底居多 ， 初始 出机效果 最差 ， 减水剂 掺量 3 0 ， 效 果仍然不是 很 理想 ； 7 、 8 相 对 中间级 较 多， 减水 剂掺 量 2 2 ， 效果比较良好； 5 、 6 ， 是粗颗粒相对较多， 其减水剂 掺量为 2 4 。 整体 比较 而言 ： 从砂颗粒级 配考虑 ： 均 匀分 配 ( 连续剂配)中问相对较 多级配 粗颗 粒相对 较多级 配 两级居多级配 ( 特别是筛底居多) 。 ( 2 ) 由表 2 、 图 6可得 ： 从试配 9 一1 4 均为 C 6 0试配可得 ： 在其他 原材料保 持不变 的情况 下 ， 在砂细度模数均 为 2 7时， 基本 保证初 始工作性几乎相同的情况下， 且6 0 m i n保留较好， 不同的 颗粒级配效果不同。 ( 3 ) 从 表 2 、 图 7 、 图 8可得 ： 针对 C 3 0混凝 土 ， 从 其 2 8 、 7 0 d力学性能得出 ： 均匀分配 ( 连续剂 配)两级居多 级配( 特别是筛底居多) 粗颗粒相对较多级配 中间相 对较多级配 ， 最高与最低值相差 4 5 4 MP a ； 针对 C 6 0混凝 土， 从其2 8 d力学性能得出： 粗颗粒相对较多级配 均匀分配 ( 连续剂配 ) 两级居 多级配( 特别是筛底居多) 。 最高与最低值相差3 4 5 MP a 。 下转第 1 3 0页 1 21 蝗 塔 图 1 0 自密实混凝土 U型仪填充高度差与流变参数的曲面拟合图 由式 ( 3 ) 可知 ， 当体系 的塑性黏度为 2 2 9 P a S 时 ， 自 密实混凝土的填充性能达到最优 ， 同时由该式可知 ， 自密 实混凝土达到最优填充性能时理论屈服应力 为1 8 0 5 P a 。 自密实混凝土的填充性能是其工作性的综合体现， 屈服应 力较低时表 明砂浆对混凝土的包裹性不足 ， 而塑性黏度较 高时表明混凝土的流动性不足。 4结论 ( 1 ) 采用坍落扩展度、 T 湖和 u形仪 的综合测试结果可 较好地对 自密实混凝土的工作性进行表征， 工作性符合要求 的 自 密实 昆 凝土硬化后其力学性能和耐久性能均符合要求。 ( 2 ) 在合理范围内利用粉煤灰和矿粉单掺或复掺取代 部分水泥后可提高 自密实混凝土的工作性 ， 其原 因是粉煤 灰或矿粉取代部分水泥后会降低混凝土的屈服应力， 同时 也会增加混凝土的塑形黏度 ， 而屈服应力 的变化时 引起混 凝土流动性能变化的主要原 因。 ( 3 ) 自密实混凝土的扩展度随混凝土的塑性黏度和屈 上接第 1 2 1页 3 结 论 ( 1 ) 砂子细度和颗粒级配对混凝土 的工作性能 、 砂率 、 强度有 明显的影 响 ， 且有 一定 的规律性 ， 而且其 中砂颗粒 级配才是砂 品质好坏的内在决定 因素 ， 生产时应得到严格 的控制 ； ( 2 ) 一般砂细度 模数控制在 2 6左右 ， 试配不 同标 号 混凝土 的工 作性 能 、 力 学性 能均 表 现 良好 。 不 同的细 度 模数在工作性方面 ， 通过混凝土砂率 的调 整 ， 能够 弥补不 同细度模数 对混凝 土带来 的影 响， 但 是整 体表 现为 细度 模数较小 ， 容易导致 新拌混 凝土发 黏 ， 流动性 较差 ， 且 坍 损较大 ， 细度模数较大 ， 则表现为混凝 土浆体包裹性较差 ， 容易离析泌水 ； 在强度方 面 ， 细度 模数较小对低标 号混凝 土影响明显， 细度模数较大对高标号混凝土影响较明显； ( 3 ) 在细度模数相 同， 不 同的颗粒级配对混凝 土 的工 作性 、 力 学性 能影 响也 比较 明显 ， 可见 砂颗 粒级 配才 是 砂 品质好 坏 的 内在决 定 因素 ， 在工 作 性方 面 ， 对低 标 号 混凝土影响较明显 ， 对高标号混凝 土影 响不 明显 ， 在力学 性能方面 ， 对低标号混凝 土影 响较 小 ， 对高标号混 凝土影 响比较 明显 ， 且 粗 颗粒 较多 ， 对混 凝 土的力 学性 能 比较 有利。 1 30 服应力的增加而减少 ， 而 T 随屈服应力和塑性黏度 的增 加而增大， 坍落扩展度和T 。 。 与混凝土流变参数间的关系可 用二元一次方程近似表示。 利用工作性测试指标与流变性之 间的关系曲线， 可为混凝土的工作性进行数值模拟建立基础。 参考文献 ： 1 欧阳华林， 苏祖平 C 5 0免振捣自密实混凝土耐久性及长期性 能的试验研究 J 混凝土， 2 o o 6 ( 5 ) ： 6 0 6 2 2 周厚贵 水工自密实混凝土的设计及应用E J 水力发电， 2 0 0 7 ， 3 3 ( 6 ) ： 2 6 2 9 3 李保霞， 赵万华 自密实混凝土配合比设计及试验研究 J 混 凝土 ， 2 0 0 9 ( 7 ) ： 9 4 9 6 4 吕兴军， 丁言兵， 曹明莉 自密实混凝土配合比设计研究进 展 J 混凝土， 2 0 1 3 ( 5 ) ： 1 0 5 1 0 9 I- 5 龙厂成 ， 谢 友均 ， 刘运 华， 等 自 密实混 凝土 工作性 测试 方 法E J 硅酸盐学报， 2 0 0 7 ， 3 5 ( 1 0 ) ： 1 3 5 91 3 6 3 6 陈丽华， 叶燕华， 缪汉良， 等 自密实混凝土工作性能试验 J 南京工业大学学报 ， 2 0 0 8 ， 3 0 ( 3 ) ： 4 7 5 1 7 王国杰、 郑建岚， 李铁慧 新拌自密实混凝土工作性测试方法 的评价与探讨 J 福州大学学报， 2 0 0 5 ， ( s 1 ) ： 1 7 7 1 8 1 8 3黄智山 ， 胡琼 ， 杜卓铮 自密实混凝土工作性评价方法与两个 主要的技术指标C J 混凝土 ， 2 0 1 0 ( 9 ) ： 6 1 3 9 李宁， 叶燕华， 陈丽华， 等 自密实混凝土正交试验及工作性能 测试方法研究 J 混凝土， 2 0 1 1 ( 1 0 ) ： 9 3 9 5 作者简介 ： 联系地址： 联 系 电话 ： 黎鹏平( 1 9 8 0一) ， 男 ， 博士， 高级工程师， 从事海工高 性能混凝土耐久性研究。 广州市海珠区前进路 1 5 7 号 2 0 1 B室( 5 1 0 2 3 0 ) 1 59 2 O 3 O 4 4 2 7 参考文献 ： 1 徐健， 蔡基伟， 王稷良， 等 机制砂与机制砂混凝土的研究现 状 J 国外建材科技， 2 0 0 4， 2 5 ( 3 ) ： 2 0 2 4 I- 2 石新桥 机制砂在高性能混凝土中的应用研究 D 天津： 天津 大学 ， 2 0 0 7 3 王稷良 机制砂特性对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 8 1- 4 李婷婷 机制砂在吉茶高速公路中的应用研究 D 武汉： 武汉 理工大学 ， 2 0 0 9 5 易文， 马健霄 ， 聂忆华 机制砂混凝土性能研究 J 中外公路 ， 2 0 0 8 ， 2 8 ( 3 ) ： 1 5 1 1 5 3 6 李北星 ， 柯 国炬 ， 赵 尚传 ， 等 机 制砂混 凝土 路用 性能 的研 究 J 建筑材料学报 ， 2 0 1 0 ， 1 3 ( 4 ) ： 5 2 9 5 3 4 7 岳海军 ， 李北星， 周明凯 ， 等 水泥混凝土用机制砂的级配探讨 与试验 J 混凝土， 2 0 1 2 ( 3 ) ： 9 1 9 4 8 蒋正武， 潘峰， 吴建林， 等 机制砂参数对混凝土性能的影响研 究 J 混凝土世界， 2 0 1 1 ( 8 ) ： 6 6 7 0 9 季韬， 李锋， J 舟， 等 混凝土， 2 0 1 1 ( 2 ) ： 8 0 8 2 性能的影响 J 作者简介： 邢福燕( 1 9 8 5一) ， 女， 从事混凝土及外加剂应 用研究 方向。 联系地址： 北京房山区琉璃河镇车站前街 1号 北京金隅水泥节 能科技有限公司( 1 0 2 4 0 3 ) 联系电话： 1 5 2 1 0 6 2 3 3 8 2