复合外掺料对机制砂混凝土性能影响的分析.pdf

2023年第6 期（总第40 4期）Number 6 in 2023(Total No.404)doi:10.3969/j.issn.1002-3550.2023.06.037混凝土ConcretePRACTICAL TECHNOLOGY实用技术复合外掺料对机制砂混凝土性能影响的分析刘保忠1，巩天真？(1.山西职业技术学院建筑工程系山西太原0 3 0 0 0 6；2.山西大学电力与建筑学院，山西太原0 3 0 0 1 3)摘要：研究了研制的复合外掺料添加含量对机制砂混凝土工作性能和力学性能的影响，并对比了同比例含量下复合外掺料与粉煤灰对混凝土性能的影响。试验结果表明，采用复合外掺料配制混凝土的工作性能和力学性能要优于粉煤灰混凝土，且混凝土的工作性能和力学性能随着复合外掺料含量的增加而逐渐增大，至1 5%添加含量时接近饱和，继续增加含量，力学性能略有降低。关键词：复合外掺料；混凝土；落度；抗压强度；抗折强度中图分类号：TU528.01Analysis and research on the performance of manufactured sand concrete with composite admixtures(1.Department of Architectural Engineering,Shanxi Vocational and Technical College,Taiyuan 030006,China;Abstract:In this study,the influence of admixture content on the workability and mechanical properties of manufactured sand concreteare investigated.For comparison,the influence of admixture and fly ash with same addition content on the properties of concrete is alsostudied.Experimental results show that the workability and mechanical properties of admixture concrete is better than fly ash concrete.Workability and mechanical properties of admixture concrete is gradually increasing with the increase of admixture content,until contentreaches 15%.Continue increasing the content,mechanical performance slightly reduced.Key words:composite admixtures;concrete;slump;compressive strength;flexural strength文献标志码：ALIU Baozhong,GONG Tianzhen?2.School of Electric Power and Architecture,Shanxi University,Taiyuan 030013,China)文章编号：1 0 0 2-3 5 5 0(2 0 2 3)0 6-0 1 8 0-0 3强度的影响规律。0引言1 试验近年来，随着我国基础设施建设的迅猛发展，建筑业迎来了高速发展的新时期，与此同时，高层、超高层建筑的设计也对混凝土性能提出了新的要求，制备更高性能的混凝土建筑材料成为了混凝土材料研究的新方向。出于环保需要，建筑工程逐步开始使用机制砂取代天然河砂。机制砂由经过机械破碎、筛分的细小岩石颗粒组成（通常粒径 4.7 5 mm)1-2,因此相比天然河砂颗粒表面光滑度要低很多，直接导致混凝土黏聚性、保水性降低，使得混凝土和易性变差，影响混凝土的浇筑效果，从而影响施工质量 3-5 。通过优化设计机制砂破碎方式、改善机制砂级别，获得性能优良的粒度及表面活度，可以实现对机制砂混凝土施工性能、耐久性以及强度的提高。但是其对制砂工艺有着更高的要求，且工艺必然较为繁琐，由此带来的能耗提高也不利于环保要求。相比而言，通过添加外掺料来改善机制砂混凝土性能，不仅工艺上简单易操作，且环保低能耗，具有较高的应用价值。本试验分别研究复合外掺料和粉煤灰对常用强度等级混凝土的影响，分析复合外掺料对机制砂混凝土性能及收稿日期：2 0 2 2-0 3-1 41801.1试验材料水泥：采用P042.5级水泥，符合GB1752020通用硅酸盐水泥的要求，初、终凝时间分别为1 6 5、2 7 5 min，3、2 8 d 抗压强度分别为2 6.4、5 3.3 MPa,3、2 8 d 抗折强度分别为4.9、7.7 MPa，比表面积为3 3 0 m/kg。粉煤灰：II 级，SiOz含量5 2.0%；细度（45 m筛筛余）22.1%,需水量比9 8%。密度2.3 g/cm328d活性指数约7 4%。复合外掺料：以工业用碳酸钙粉为基体材料，添加一定比例的采用钢厂冶炼烧结炉的煤炉渣、硅灰渣粉混合粉磨搅拌制成，同时添加少量FGD石膏作为无机激发剂。其中煤炉渣比例约1 5%,硅灰渣粉比例约2 0%,FGD石膏比例约5%，其余成分为碳酸钙粉基体。经测试其主要性能指标如下：7、2 8 d 活性指数分别为7 6.5%、8 3.3%。Si02含量2.0%，流动度比1 1 0%。粗骨料：5 2 0 mm连续级配玄武岩碎石，骨料类型I 类，表观密度为2 7 0 5 kg/m,堆积密度为1 6 7 0 kg/m,吸水率为1.1%;压碎值8%。细骨料：选用玄武岩机制砂，表观密度为2 6 5 0 kg/m，细度模数2.9 石粉含量8.5%颗粒级配I区中砂，MB值0.9。减水剂：聚羧酸系高性能减水剂,减水率2 8.4%。泌水率比1 9%,1 h落度保留值1 5 0 mm。水：搅拌混凝土用水为自来水，符合标准JGJ632019混凝土拌合用水标准。1.2试验混凝土配合比为研究复合外掺料对混凝土性能的影响规律,分别设置了不同外掺料含量试验组，并与普通粉煤灰混凝土进行对照，具体配合比见表1。其中2#试验组中5%外掺料用量即为1 2 5 kg/m与各试验组中粉煤灰用量相当。表1 不同复合外掺料含量混凝土配合比复合外掺料材料用量/(kg/m)编号用量/%水泥粉煤灰砂石水减水剂1#0253#54105#156#201.3试验方法分别对以上各试验组混凝土试样进行抗压强度、抗折强度等性能进行研究。按照普通混凝土力学性能试验方法标准进行测试，各试验组试件尺寸为1 5 0 mmx150mmx150mm，标准养护至规定时间后进行力学性能测试，加载速度为0.5 MPa/s。混凝土的工作性能参照普通混凝土拌合物性能试验方法标准进行测试。2结果与分析2.1复合外掺料对混凝土工作性能的影响工作性能是混凝土拌合物运输、浇捣、抹面等主要操作工序能够顺利地进行的保证，因而对于其工作性能的要求显得十分重要。通过对添加不同含量复合外掺料后的混凝土进行工作性能试验，得到了混凝土主要工作性能随添加复合外掺料比例的变化结果，如表2 所示。从表中结果可以看出，加人复合外掺料后，混凝土的落度和扩展度具有明显增长，表明复合外掺料的加入明显提高了混凝土的流动性。此外混凝土的黏聚性也在复合外掺料的添加后由一般变为良好。同时，外掺料的加人并未引起混凝土产生离析、泌水等现象，混凝土的保水性能未受影响。表2 不同复合外掺料含量混凝土工作性能测试结果复合外掺料落度扩展度编号黏聚性离析泌水用量/%/mm1#02#53#54#105#156#20进一步分析外掺料含量对混凝土和易性的影响，可见混凝土的落度/扩展度随外掺料含量的变化增长速率并非恒定，如图1 所示，当外掺料含量在1 0%以下时，外掺料含量的增长对提高混凝土落度/扩展度的作用较为明显，当外掺料含量大于1 5%时，继续增加外掺料，对混凝土落度/扩展度的提高并不显著。450wu/4/4003503002502001500图1 不同复合外掺料含量下的混凝土落度/扩展度3831253830383125383125383125383125/mm190400200405205420213430218435220440无粉煤灰无粉煤灰510复合外掺料含量/%743107514074310751405.62743107514074310751405.62743107514074310751405.62一般无无良好无无良好无无良好无无良好无无良好无无6#图3 给出了3、2 8 d龄期下，混凝土抗压强度随复合外掺料含量的变化曲线。图3 中可以看出，不同龄期下的混凝181+扩展度一落度15205.62通过对比1#、2#试验组可以分析研究在其他组分含量相同条件下，添加同比例含量复合外掺料和粉煤灰的混凝5.62土工作性能的差异。由图2 可见，2#试验组混凝土的落度和扩展度较1#试验组均有所提高。由此可见与粉煤灰相5.62比，复合外掺料可以提高混凝土的填充性能，同时降低混凝土的黏度，使其流动性提高，工作性能得到改善。这是因为组成复合外掺料的各组分种类较多，颗粒级配和粒径范围适宜，使得外掺料与水泥形成的复合胶凝体系颗粒级配更接近Fuller曲线 6-7 ,从而使得混凝土的和易性、流动性等工作性能优于同比例添加粉煤灰的混凝土。500扩展度400落度300200上1000图2 同比例含量复合外掺料和粉煤灰配制的混凝土落度/扩展度对比2.2复合外掺料对混凝土力学性能的影响对于混凝土的力学性能，分别研究3、2 8 d龄期下,复合外掺料含量对混凝土抗压强度、抗折强度的影响,结果如表3所示。各试验组混凝土的力学性能测试结果显示了混凝土抗压强度、抗折强度随复合外掺料含量增长逐渐增强的趋势,表明外掺料对于混凝土力学性能具有明显的增强效果。表3 不同复合外掺料含量混凝土力学性能测试结果复合外掺料抗折强度/MPa编号用量/%1#02#53#54#105#15201粉煤灰3d4.955.055.235.315.455.392复合外掺料抗压强度/MPa28d3d7.71277.76287.86307.91318.03347.973328d5455575961607060504030上200图3 3、2 8 d龄期下，混凝土抗压强度随复合外掺料含量的变化土抗压强度变化规律基本相同。随着外掺料含量的增加，起初混凝土的抗压强度逐渐升高，且当外掺料添加量小于15%时，抗压强度增长较快，而当外掺料含量大于1 5%时，抗压强度的增长不明显。甚至当含量增至2 0%时，有略微下降的趋势。对比1#、2#试验组测试结果，如图4所示，可见添加同比例含量时，复合外掺料混凝土的抗压强度要高于粉煤灰混凝土。可见与粉煤灰相比，复合外掺料可以提高混凝土的抗压强度，使其力学性能得到改善增强。60口1 粉煤灰50口2*复合外掺料403020100图43、2 8 d龄期下，同比例含量复合外掺料和粉煤灰配制的混凝土抗压强度对比图5 给出了3、2 8 d龄期下，混凝土抗折强度随复合外掺料含量的变化曲线。与抗压强度变化规律相同,3、2 8 d龄期下混凝土抗折强度随着外掺料含量的增加，呈现先增后略降的变化趋势。当外掺料添加量小于1 5%时，抗折强度增长速率较快。而当外掺料含量大于1 5%时，抗压强度的增长不明显。当含量增至2 0%时，有略微下降的趋势。这与抗压强度试验结果基本一致。对比1#、2#试验组测试结果，如图6 所示，可见添加同比例含量时，复合外掺料混凝土的抗折强度要高于粉煤灰混凝土。可见与粉煤灰相比，复合外掺料对于提高混凝土的抗折强度，同样具有明显的效果。986540图5 3、2 8 d龄期下，混凝土抗折强度随复合外掺料含量的变化通过上述试验结果可以看出，在一定比例范围内（2 0%），添加复合外掺料对于混凝土的力学性能（抗压强度、抗折强度）具有明显的增强作用。且相同条件下，复合外掺料比1828口1 粉煤灰口2 复合外掺料628d强度无粉煤灰3d强度无粉煤灰15复合外掺料含量/%328龄期/d无粉煤灰28d强度-3d强度人无粉煤灰十510复合外掺料含量/%42010151520203图6 3、2 8 d龄期下，同比例含量复合外掺料和粉煤灰配制的混凝土抗折强度对比粉煤灰更能提高混凝土的力学性能。主要是选用的复合外掺料组分、颗粒级配优化合理，显著提高了混凝土浆的密实程度，降低了浆体中出现的气孔率，使得混凝土孔结构明显改善。此外复合外掺料中各组分之间的相互作用，一方面提高了混凝土凝胶的水化速率,另一方面组分中的硅灰渣粉可以降低硬化胶凝体系中Ca(OH)2的含量,在骨料周围形成致密紧凑的C-S-H相,改善了骨料与水泥砂浆之间的界面过渡区的黏结性能,从而使强度得以提高 8-9 。3结论（1)采用复合外掺料配制的混凝土工作性能优于同比例含量粉煤灰混凝土。且在一定添加比例范围内，随着外掺料含量的增加，混凝土的落度、扩展度逐渐提高。当含量大于1 5%时，增长逐渐趋于稳定。(2)采用复合外掺料配制的混凝土力学性能优于同比例含量粉煤灰混凝土。随着外掺料含量的增加，混凝土的抗压强度、抗折强度在早期逐渐增长，当含量大于1 5%时强度不再增加，甚至在2 0%左右时，略微有所降低。参考文献：1蒋正武,任启欣,吴建林，等.机制砂特性及其在混凝土中应用的相关问题研究 J新型建筑材料,2 0 1 0,3 7(1 1):1-4.2 张琨健,机制砂粒型对混凝土性能的影响研究 ,新型建筑材料,2 0 1 5,42(8):1 7-2 0.3孔德明,阎蕊珍,王文婧,等.机制砂混凝士早龄期强度及无损检测研究 J混凝土,2 0 1 7(2):1 2 4-1 2 7.4 刘登贤,桂根生,吴鑫,等.掺特细砂 C30 超高层泵送混凝土的制备及工程应用 J.新型建筑材料,2 0 1 7,44(1 1)：3 5-3 9.5 柯国炬,王佳茜,田波,等.机制砂混凝士可泵性影响因素研究 ,混凝土与水泥制品,2 0 1 6(2)：1 1-1 4.6贺阳.石灰石粉复合胶凝粉体材料的颗粒级配设计研究 D长沙：湖南大学,2 0 1 5.7 董彩霞.石灰石粉复合胶凝材料颗粒级配对混凝土性能的影响 D北京：北京建筑大学，2 0 1 3.8 张波.不同形态硅灰在高强混凝土中的作用机理 D北京：清华大学,2 0 1 5.9冯乃谦.高性能混凝土 M.北京：中国建筑工业出版社,1 9 9 6.第一作者：刘保忠(1 9 7 9-）,男，讲师，硕士研究方向：土木工程。联系地址：山西省太原市小店区长风街寇庄西路文兴苑(底层)小区（0 3 0 0 0 6)联系电话：1 5 8 3 40 7 0 1 1 128龄期/d