机制砂石粉和泥粉含量对C50箱梁混凝土性能的影响.pdf

1 32 铁道建筑 Ra i l wa y En g i ne e r i n g 文章编 号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 3 ) 1 0 0 1 3 2 O 4 机制砂石粉和泥粉含量对 C 5 0箱梁 混凝 土性能的影响 刘慈军 ， 陈方 东 ， 占 文 ， 秦明强 ， 徐 文冰 ( 1 宁波市高等级公路建设指挥部 ， 浙江 宁波3 1 5 1 9 2 ； 2 浙江省交通规划设计研究 院 ， 浙江 杭州3 1 0 0 0 6 ； 3 中交武汉 港湾工程设计研究院有限公司 ， 湖北 武汉4 3 0 0 4 0 ； 4 长大桥梁建设施工技术交通行业重点实验室 ， 湖北 武汉4 3 0 0 4 0 ) 摘 要 ： 通 过分 析机 制砂 的特 点 ， 研 究机 制砂 中不 同石 粉 和泥 粉含 量 对 C 5 0箱粱 混凝 土 的工作 性 、 不 同龄 期的抗压强度及 2 8 d 、 5 6 d抗渗性能的影响规律 ， 并探究其作用机理。研 究表明： 机制砂 中石粉和泥粉 含 量对 C 5 0箱梁 混凝 土的 工作 性 、 力 学性 能 和耐 久性 能均 有 明显 影 响 ； 机 制 砂 C 5 0箱 梁混 凝 土 中石 粉 的最佳含 量 为 8 1 2 ； 泥粉含 量 限制在 2 以下 为宜 ( MB值 1 2 ) 。 关键 词 ： 机制 砂石粉 泥粉 箱梁混凝 土 中图分 类号 ： T U 5 2 8 文 献标识 码 ： A D O I ： l 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 3 1 9 9 5 2 0 1 3 1 0 4 2 由于天然河砂资源 日渐枯竭 ， 机制砂 在我 国工程 中的应 用逐 步 由云贵 、 湘鄂 西部地 区扩展 到东 部地 区 。 对机制 砂 的研 究 也 越 来 越 深 入 。2 0 0 1年 人 工 砂 被 列 入国家标准 建筑用砂 ( G B T 1 4 6 8 4 -2 0 0 1 ) ， 无疑对 人工砂 的应用起 到 了 推 动作 用 。在 国标 的基 础 上 ， 不 少地 方和 部 门相 继 制订 了较 为 详 细 的技 术 规程 ， 经 过 十年的生产和工程实践， 至 2 0 1 1年， 替代 建筑用砂 标准的 建设用砂 ( G B T 1 4 6 8 4 2 0 1 1 ) 出台后 ， 正式 明确 了 以术语 “ 机制 砂 ” 替 代俗 称 的“ 人工 砂 ” ， 并将 机 制砂的石粉含量标准放宽 。 然而， 由于机制砂行业生产技术和管理水平不足 ， 机制砂产品质量 良莠不齐， 阻碍 了机制砂混凝土的推 广应用 ， 特别是在大型、 重点工程 中的应用 。目前 ， 机 制砂在 中低 强度 混 凝 土 中 的应 用 已逐 渐 被 接受 ， 但 在 重大 工程 较高强 度 混凝 土 中应 用 较少 ， 机 制 砂 箱 梁 混 凝土 的应 用鲜见 报道 。 机 制砂 区别 于河 砂 的 两个 特 性 即 石粉 含 量 、 泥 粉 含量 ( M B值 ) 。本文通 过分 析机 制砂 的特 点， 针对 C 5 0箱 梁 混凝 土 ， 研 究 不 同石 粉 和泥 粉含 量 对 C 5 0箱 梁混凝土的工作性、 力学性能和抗氯离子渗透性能 的 影 响规律， 并探究其作用机 理， 选定 C 5 0箱梁混凝土 收稿 日期 ： 2 o 1 3 - 0 8 - l O； 修回 日期 ： 2 o 1 3 0 9 1 o 基金项 目： 宁波市社会 发展重大重点项 目( 2 o 1 3 c 5 1 0 1 1 ) ； 宁波交通运输 委员会科 技 项 目( 2 0 1 2 1 0 )； 浙 江省 交 通 厅 科 技 计 划项 目 ( 2 0 1 3 H 2 8 2 ) 作者简介 ： 刘慈军( 1 9 7 1 一) ， 男 ， 浙江 宁波人 ， 高级工程师 ， 博 士。 中机制砂石粉和泥粉的最佳含量范围。本试验中石粉 为 与母 岩材 质 相 同 的粒径 7 5 m 的颗 粒 ， 而 泥粉 则 为粒 径 7 5 tx m 的颗 粒 中夹 杂 的 与母 岩 材 质 不 同 的 泥 土 。 1 试验材料 与方法 1 1试 验原 材料 水 泥为 亚东 水 泥 厂 生 产 的 P 4 2 5硅 酸 盐 水 泥 ； 粉 煤灰 为武汉 阳逻 电厂生 产 的 I级粉 煤灰 ； 矿粉 为 武汉 黄 陂生 产 的 的 $ 9 5级 矿 粉 ； 粗 骨料 为 武 汉 江夏 5 2 5 m m 连续级 配碎石 ； 河砂 为武 汉本地 河砂 ， 细 度模 数 2 6； 机制砂为宁波象山凝灰岩机制砂 ； 外加剂 为马 贝 聚羧酸 减水剂 ， 减水 率 3 5 6 。 试验中通过外掺石粉和泥粉 的方式研究不 同石粉 和泥粉含量( MB值) 对机制砂混凝土性能的影响规律。 试验 中所用 的石粉和泥粉 的性能指标如表 1 所示 。 表 1 石 粉和 泥 粉 的物 理 性 能 1 2试验 过程及 方法 以河 砂配 制 工 作 性 良好 的 C 5 0箱 梁 混 凝 土 。在 此配合比基础上分别使用不同石粉和泥粉含量的机制 砂取 代河 砂 ， 研 究其 对箱 梁混凝 土 的工作性 、 力 学性 能 和抗 渗性 能 的影 响 。试 验 过 程 中通过 适 当调 整砂 率 、 2 0 1 3年第 1 0期 刘 慈军等 ： 机制砂石 粉和泥粉含量对 C 5 0箱梁混凝土性能的影响 1 3 3 外加剂掺量对工作性进行调整 ， 以使配制出的机制砂 混 凝土 工作 性达 到或 接 近河砂 混凝 土 的工作 性 。 混 凝 土工作 性试 验 按 普 通 混 凝 土拌 和 物 性 能 试 验方法 ( G B T 5 0 0 8 0 -2 0 0 2 ) 进行 ； 力学性 能试验按 普 通混 凝 土 力 学 性 能试 验方 法 ( G B T 5 0 0 8 1 2 0 0 2 ) 进行 ； 混凝土的抗氯离子渗透性能按 普通混凝 土长期性能和耐久性试验方法 ( G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 ) 的 R C M 法 相关规 定 进行 。 2结果 与分 析 2 1 石 粉含 量对 C 5 0箱 梁混 凝土 的影 响 2 1 1 工 作 性 采 用 细度模 数 2 8的机 制 砂调 整 石 粉 含 量 ， 参 照 河砂配合 比配制机制砂 C 5 0箱梁混凝土。配制过程 中适 当调 整外加 剂 掺 量 以获 得 较 优 的混 凝 土 工 作 性 。 试 验 配合 比及其 工作 性如 表 2所示 。 表 2不 同石 粉 含 量 C5 0箱 梁 混 凝 土试 验 配 合 比 及 工 作 性 从表 2的试验结果可知 ， 随着石粉含量的增加 ， 机 制 砂 混凝 土 中外加 剂 的掺量 需 随之增 加才 能达 到 与河 砂混凝土相同或相近的工作性 ( 坍 落度和扩展度 ) ， 表 明石粉对外加剂存在一定的吸附作用 ， 并 随着石粉含 量 的增加 外加 剂 吸附量 增 大 。而利用 机 制砂 配制 箱梁 混 凝 土 时 ， 要 达到 与河 砂混 凝土 相 同或接 近 的工作 性 ， 除外加剂的掺量需适当增加外 ， 还需提高砂率。 2 1 2 力 学性 能 各 龄期 不 同石 粉 含 量 的机 制砂 C 5 0箱 梁 混 凝 土 抗 压强 度试 验结 果 如 图 1所 示 。与 河 砂 混凝 土相 比 ， 机 制砂 混凝 土早 期强 度 、 2 8 d 抗 压 强度 和 5 6 d抗 压 强 度 均 明显 高于 河砂 混 凝 土 。 除个 别 龄 期 外 ， 石 粉 含 量 为 8 1 2 时 ， 混 凝 土抗 压强 度 较 高 ， 表 明石 粉 含 量 在 机 制砂混 凝 土 中存 在 一个 最佳 值 。 1 O O 80 室6 o 皆 o 2 0 从表 1可知 ， 石 粉 比表 面 积 比混 凝 土 用 粉 煤灰 和 矿粉 小 ， 在机 制砂 混凝 土体 系 中 ， 适 当含 量 的石粉 可 以 视为胶凝体系中的一种掺合料 ， 增加混凝土体系中的 浆骨比和填充效应 ， 使得浆体与粗细集料之 间充分包 裹 ， 集料之间的骨架孔隙填充更密实 ， 水泥石结构更加 密 实 ， 从 而 提 高 混凝 土 的 强 度 。 。但 当石 粉 含 量 增 大到某极限值时， 由于石粉的大量存在 ， 破坏了混凝土 中最密实堆积结构 ， 或使混凝土的浆骨比偏离最佳值 ， 同时由于石粉的惰性 ， 大量掺入必定降低胶凝材料体 系 中水 泥 或活性 掺 合料 之 间 的反 应 活性 ， 对 混 凝 土 的 强度 发展 不利 。石 粉 的这 种惰 性对 于高 强混凝 土 的抗 压强 度影 响尤 为 明显 。因此 ， 机 制砂 中 的石 粉含 量 存 在一个 最 佳 值。本 试 验 中石 粉 最 佳 含 量 为 8 1 2 。 2 1 3 抗 渗性 能 不 同石 粉含 量 的机 制 砂 C 5 0箱 梁 混 凝 土 各 龄 期 抗 氯离 子渗 透性 能试 验结 果 如 图 2所示 。总 体 而言 ， 机 制砂 混凝 土抗 渗性 普 遍 不 及河 砂 混 凝 土 ， 但 随 着 石 粉 含量 的增 加 ， 机制 砂混凝 土 的 2 8 d和 5 6 d氯 离子 渗 透系数逐渐降低 。在机制砂混凝 土中， 适 当含量 的石 粉可以视为胶凝体系中的一种掺合料 ， 提高机制砂混 凝土整体的抗渗透性能 。掺入 1 2 石粉的机制砂 混凝 土 的 5 6 d抗 氯 离 子 渗 透 性 能 比同龄 期 的河 砂 混 凝土更优 。即石粉含量一定的机制砂混凝土长期抗渗 O O O O O 5 4 3 2 1 一 E 。 一 )、 糕 蝌璐 傩 2 0 1 3年第 l 0期 刘慈军等 ： 机制砂石粉和泥粉含量对 C 5 0箱梁混凝 土性 能的影响 l 3 5 离 子渗 透 性 能 试 验 结 果 见 图 5 。总 体 而 言 ， 随 着 MB 值 的增 加 ， 机 制砂 混凝 土 的 2 8 d和 5 6 d氯 离子 渗 透系 数逐渐增大。与河砂混凝土相 比， 机制砂混凝 土的各 龄期抗氯离子渗透性能均有所降低。机制砂混凝土中 泥粉 比表面积大 ， 泥粉大量 团聚、 吸附 自由水及体积膨 胀 ， 随着时间的推移 ， 团聚体分散和体积收缩使混凝土 内部 形 成 大量 的微 裂纹 ， 这些 微 裂纹 为 混 凝 土 中的 离 子 扩散 和渗 透提 供 了通 道 。 由此 可 见 ， 机 制 砂 中 的泥 粉对混凝土的抗氯离子渗透性能具有劣化作用 。 龄 期 ， d 图 5 不同 MB值机制砂 C 5 0箱梁混凝土 各龄期抗氯离子渗透性能 3 结 论 1 ) 机制砂石粉和泥粉含量( MB值) 对 C 5 0箱梁混 凝 土 的工作 性 、 力学 性 能和 耐久 性能 均有 明显 的影 响 。 2 ) 机 制砂 C 5 0箱 梁 混 凝 土 力 学 性 能优 于 同龄 期 的河 砂混凝 土 ， 抗 渗 性 能 一般 不 及 河 砂 混 凝 土 。通 过 配合 比优 化 ， 石粉 含量 为 1 2 时 可达 到甚 至 优 于河 砂 混 凝 土抗 渗 性能 。 3 ) 除个 别 龄期 外 ， 石粉 含 量为 8 一1 2 时 ， 混凝 土抗压强度较高； 虽总体上机制砂混凝土抗渗性不及 河砂混凝土 ， 但随着石粉含量的提高 ， 机制砂混凝土抗 氯离子渗透性能随之增强 ， 石粉 的最佳含量 为 8 1 2 。 4 ) 随着 MB值的增大 ， 机制砂箱梁混凝土的强度 逐渐降低。泥粉含量对机制砂箱梁混凝土的耐久性能 劣化作用明显。泥粉含量限制在 2 以下为宜( MB值 1 2) 。 参 考 文 献 1 江京平 人工砂在 高性能 混凝土 中的应用 及技术 指标探讨 J 新 型建筑 材料 ， 2 0 0 1 ( 5 ) ： 2 9 3 1 2 李 兴贵 高石粉含量人工 砂在混 凝土 中的应用研 究 J 建 筑材料学报 ， 2 0 0 4 ， 6 ( 2 ) ： 6 6 7 1 3 Q U I R O G A P N ， F O WL E R D W T h e e f f e c t o f a g g r e g a t e s c h a r a c t e r i s t i c s o n t h e p e rf o r m a n c e o f p o l a n d c e m e n t c o n c r e t e D Au s t i n： The Un i v e r s i t y o f Te x as ， 2 001 4 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 【 5 G L A V I N D M， O L S E N G S ， P E T E R S E N c P a c k i n g c a l c u l a t i o n s a p p l i e d f o r c o n c r e t e m i x d e s i g n J N o r d i c C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 9( 1 3)： 1 2 1 1 3 0 6 秦明强 ， 朱瑶宏 ， 李进辉 ， 等 人工混合砂在轨道交通工程混 凝 土中的应用研究 J 铁 道建筑 ， 2 0 0 9 ( 9 ) ： 7 7 7 9 7 高峰 浅谈宜万线机制砂 混凝 土配合 比技 术研究 J 施工 技术 ， 2 0 0 4 ， 3 3 ( 4 ) ： 4 6 4 8 I n flu e n c e o f m e c ha n i c a l g r o un d s a n d p o wd e r a nd mu d p o wd e r c o nt e n t o n C5 0 c o n c r e t e p e r f o r m a n c e s o f b o x g i r d e r L I U C i j u n ， C HE N F a n g d o n g ， Z HA N We n ， Q I N Mi n g q i a n g ， X U We n b i n g 。 ( 1 N i n g b o E x p r e s s w a y C o n s t r u c t i o n H e a d q u a r t e r s ， N i n g b o Z h e j i a n g 3 1 5 1 9 2， C h i n a ； 2 Z h oi a n g P r o v i n c i a l I n s t i t u t e o f C o mmu n i c a t i o n s P l a n n i n g， D e s i g n R e s e a r c h， Ha n g z h o u Z h e j i a n g 3 1 0 0 0 6， C h i n a ； 3 CCCC W uh a n Ha r b o u r En g i n e e r i n g De s i g n & Re s e a r c h Co ， Lt d ， W u h a n Hu be i 4 3 0 0 40， Ch i n a； 4 K e y L a b o r a t o r y o f L a r g e - s p a n B r i d g e C o n s t r u c t i o n T e c h n o l o g y ， Wu h a n H u b e i 4 3 0 0 4 0 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Th e p a p e r a p p l y s t h e c h a r a c t e r i s t i c o f ma c h i n e ma d e s a n d t o s t u d y t h e me c h a n i s m a n d t h e i n flu e n c e o f d i f f e r e n t d u s t c o n t e n t a n d mu d c o n t e n t i n ma c hi n e ma d e s a n d o n t h e c o n c r e t e p e r f o r ma n c e o f C5 0 b o x g i r d e r ， c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a t d i f f e r e n t a g e a n d t h e i mp e r me a b i l i t y o f 2 8 d a n d 5 6 d T h e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e c o n t e n t d i f f e r e n c e r e s u l t i n v i s i b l e i mp a c t o n wo r k i n g a n d me c h a n i c a l p e rfo rm a n c e o f C5 0， a s we l l a s i t s d u r a t i o n T h e p a p e r u n v e i l s t h a t t h e s u g g e s t e d c o n t e n t f o r d u s t s t a n d s a t 81 2 ， w h i l e for m u d ， t h e l i mi t i s s e t a t 2 0 ( MB v a l u e 1 2 ) Ke y wo r ds： Ma c h i n e ma d e s a n d； Du s t p o wd e r ； Mu d p o wd e r ； Co n c r e t e b o x g i r d e r ( 责任审编葛全红) 0 0 O O O O O 6 5 4 3 2 1 一 ， z g 2 0 一 ) 、 籁懈蝌袋 韫蟥