高石粉含量石灰岩机制砂混凝土性能研究.pdf

2 0 1 5年第 8期 铁道建筑 Ra i l wa y Eng i ne e r i n g 1 1 9 文章编 号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 5) o 8 - 0 1 1 9 - 0 4 高石粉含量石灰岩 机制砂混凝土性能研 究 杨 鲁 ， 谭 盐宾 ， 邱 志雄 ， 李化建 ， 王 钊 ， 谢 永江 ( 1 中国铁道科学研究 院 铁道建筑研究所 ， 北京1 0 0 0 8 1 ； 2 高速铁 路轨道技术国家重点实验室 ， 北京1 0 0 0 8 1 ； 3 中国铁道科学研 究院 研究生部 ， 北京 1 0 0 0 8 1 ； 4 广东潮惠高速公路有 限公 司， 广东 广州 5 1 0 0 0 0 ) 摘要 ： 为 解决潮 惠 高速公路 沿线优 质河砂 资 源 紧缺 问题 ， 减 少石 粉 对环 境 的 不 良影 响 ， 试 验研 究 了高 石 粉 含 量石 灰岩机 制砂 混凝 土 工作性 能 、 力 学性 能、 收 缩 变形性 能和 耐 久性 能 ， 并 与 河砂 混 凝 土进 行 了对 比。结果表 明， 石灰岩机制砂可替代 河砂作为细骨料 ， 并可将石粉含量限值提 高至 9 6 ； 机制砂 混凝 土 可通 过 外加 剂调 整其 工作性 能 ， 使 之 与河砂 混凝 土相 当 ； 机 制 砂 混凝土 的抗 压强 度和 弹性模 量 与河砂 混凝 土相 当， 而机 制砂混 凝 土抗折 强度略 高 ； 机 制砂混 凝 土收缩 变形性能 和 耐久性 能较优 。 关键 词 ： 石灰岩 机 制砂 混凝 土 中 图分 类 号 ： T U 5 2 8 5 9 文献标 识码 ： A D O I ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 3 1 9 9 5 2 0 1 5 0 8 3 4 虽然我 国天然砂产量大 ， 但受到 自然资源分布不 均和政府河砂资源限采政策 的影响 ， 部分地区的天然 砂越来越无法满足 日益增长的混凝 土用量 的需求 。 在建潮惠高速公路沿线天然河砂资源分布较多 ， 但河 砂级配不 良， 细度模 数多超过 3 0 ， 无法满足 工程要 求 ， 且 长距 离 的河砂 运输 造成建 设 成本显 著增 加 ， 甚至 会 影 响工期 。 机制砂是岩石破碎加工而成的人工砂 ， 与天然砂 相比， 机制砂表面粗糙、 多棱角， 含有较多的石粉 ， 且压 碎值 普遍偏 大 ， 机制 砂 这 些 特性 都 会 影 响 到 混凝 土性 能 。 。机制砂在制备过程 中不可避免地会产生 大量 的石粉 ( 粒径 7 5 m的细小颗粒) ， 而我 国机制砂标 准中多要求石粉含量 7 4 - 6 。为 了控 制机制砂质 量， 筛除下来的大量的石粉堆积如山， 给环境带来了较 重 的负担。为解决潮惠高速公路沿线优质河砂资源紧 缺问题 ， 减少机制砂在破碎过程 中产生的石粉对环境 的不 良影响 ， 试验 以石粉含量高达 9 6 的石灰岩机 制砂 为细 骨料 ， 对 比研 究 了公 路 桥梁 用 石 灰 岩 机 制 砂 混凝 土 与 河 砂混 凝 土 的工 作 性 能 、 力 学 性 能 、 收 缩 变 形性 能 和 耐 久 性 能 ， 以期 为 拓 展 高 石 粉 含 量 石 灰 岩 机制砂在东南 沿海 地区公路 工程 中的应用提供理论 支 持 。 1 原材料与试验方法 1 1 原材 料 水泥为北京金隅 P 04 2 5水泥 ， 其性能指标见表 1 ； 矿物掺合料为山东聊城电厂 I 级粉煤灰和山东济南 $ 9 5矿渣粉 ， 其性能指标见表 2和表 3 ； 细骨料分别为 石粉 含量 9 6 、 细度模 数 2 8的 石灰 岩 机 制砂 ， 及 细 度模数 2 6的 区河砂 ； 粗骨料为 52 0 m m连续级 配碎石 ； 减水剂 为减水率 2 9 的非引气 型聚羧酸减 水剂 。 表 1 水泥的性能指标 收稿 日期 ： 2 0 1 5 0 l 一 2 0； 修回 日期 ： 2 0 1 5 0 3 2 9 基 金项目： 广东交通集 团科研项 目( 1 3 1 2 5 C 4 3 ) 作者简介 ： 杨鲁 ( 1 9 8 8 一) ， 男 ， 山东聊城人 ， 助研 ， 博士研究 生。 1 2试 验 方法 1 ) 坍落度 、 扩展度、 含气量试验按照 普通混凝土 拌合物性能检测标准 ( G B T 5 0 0 8 0 -2 0 0 2 ) 进行。 1 2 0 铁道建筑 A u g u s t ， 2 0 1 5 2 ) 力 学性 能按 照 普 通 混 凝 土力 学 性 能试 验 方 法 标准 ( G B T 5 0 0 8 1 2 0 0 2 ) 进行。 3 ) 收缩变 形性 能 和耐久 性 能 按 照 普 通混 凝 土 长 期性能 和耐久 性 能试 验方 法 标 准( G B T 5 0 0 8 2 2 0 0 9 ) 进行 。 1 3混 凝土 配合 比 潮 惠高 速公 路处 于 沿 海 地 区 ， 混 凝 土采 用 粉 煤 灰 和矿渣粉双掺技术是有效的防腐蚀措施之一。具体配 合 比见表 4 ， 其中 J系列为机制砂混凝土 ， H系列为河 砂混凝土 ； Z表示强度等级为 C 3 5的灌注桩混凝土 ， D 表 示 强度 等 级 为 C 4 0的墩 台混 凝 土 ， L表 示强 度 等 级 为 C 5 0的梁体混凝土。 2结果与讨 论 2 1拌 合物 性能 表 5为 不 同结 构部 位 的混凝 土拌 合物性 能 。采 用 双掺技 术 的石灰 岩 机制 砂 混凝 土 和易 性 良好 ， 并 通 过 调 整减 水剂 和 引气剂 用量 可使其 工作 性能 与河 砂混 凝 土性能 相 当 。结合 表 4和 表 5可知 ， 扩 展 度 和含 气 量 相 当时， 机制砂混凝土减水剂掺量 比河砂混凝土高 出 1 2 0 1 4 1 ， 引气剂掺量则高出4 0 0 7 5 0 ， 这主 要 是 由于石灰 岩机制 砂 中含 有 9 6 的石 粉 ， 虽 然 导致 对减水剂 和引气 剂 的吸 附作 用显著增 大 ， 仍 可通 过外加 剂调整机制砂 混凝土工作性 能与河砂混凝 土相 当。 表 4混凝 土配 合比 k g m 表 5混凝土拌合物性能 2 2 力学 性 能 2 2 1 抗 压 强 度 图 1为不同结构部位机制砂混凝土与河砂混凝土 抗压 强度 对 比结 果 。 由图 可 知 ， 在 相 同 配合 比参 数 条 件下 ， 采 用石 灰岩 机制 砂 制 备 的混凝 土 能满 足 不 同强 度等级要求 ； 灌注桩和梁体石灰岩机制砂混凝土各龄 期抗 压强 度与 河砂 混 凝 土 相 当 ， 墩 台 石灰 岩 机 制 砂 混 凝 土 各龄 期抗 压强 度则 明显 高 于河砂 混凝 土 。这表 明 图 1 不 同结构部位混凝 土抗压强 度对 比 相 同配 合 比条 件 下 ， 使 用 石 粉 含 量 高 达 9 6 的 石 灰 岩 机制砂 对 混凝 土强 度影 响不 大 。而 墩 台河砂 混凝 土 抗 压强 度低 可能 是 由于河砂 混 凝土坍 落 度略 高于 机制 砂 混凝 土 ， 骨料分 布 不均导 致 强度 略低 。 2 2 2 抗折 强度 图 2为 不 同结 构 部位机 制砂 混凝 土 与河砂 混凝 土 抗 折强 度对 比结 果 。 由 图可 知 ， 石 灰 岩 机制 砂 混 凝 土 2 0 1 5年第 8期 杨 鲁等 ： 高石粉含量石灰岩机制砂混凝 土性 能研 究 1 2 l 龄 期， d 图 2 不 同结构部位混凝土抗折强度对 比 2 8 d抗 折 强度均 高 于河砂 混 凝土 ； 而 5 6 d抗 折强 度 除 墩台机制砂混凝土 明显 高于河砂混凝土外 ， 灌注桩和 梁体机制砂混凝土均与河砂混凝土相当。这主要由于 界面 强度 是影 响混 凝 土抗 折 强度 的主 要 因素之 一 ， 机 制砂表面粗糙 ， 其与水泥浆体的机械咬合力高于河砂 ， 同时 ， 适 当 的石 粉含 量可 以提 高水 泥浆 体 的密 实度 ， 因 此， 虽然含有较多石粉 ， 机制砂混凝土早期抗折强度仍 然高 于河 砂混 凝土 。 2 2 3 弹性模 量 梁体 混凝 土要 进行 预 应 力张 拉 ， 因而 需 要 考 虑 其 弹性模量。图 3为梁体混凝土弹性模量 ， 由图可知 ， 石 灰岩 机制 砂混 凝土 弹 性模 量 与河 砂 混 凝 土 相 当 ， 特 别 是早 期 ， 河砂混 凝 土 2 8 d弹性 模 量 为 4 5 1 G P a ， 石 灰 岩机 制砂 混凝 土为 4 4 2 G P a ； 5 6 d河 砂 混 凝 土 弹性 模 量增 长 到 5 0 1 G P a ， 机制 砂 混凝 土则 为 4 7 3 G P a 。梁 体石 灰 岩机制 砂 混凝 土 和 河 砂混 凝 土 弹 性 模 量 相 当 ， 均超过 3 5 5 G P a ， 能够满足桥梁的设计要求 。 2 3收缩 变形 性能 图 4为梁体和墩台混凝土收缩变形性能。由图可 知 ， 石 灰 岩机制 砂对 混凝 土 干缩变 形没 有不 利影 响 ， 石 灰岩 机制 砂混 凝 土干燥 收缩 还略 小于 河砂 混凝 土 。这 主要 是 由于 机 制 砂 中含 有 的部 分 石 粉 产 生 了填 充 效 应 ， 增 大 了浆 体 的 密 实 度 。 同 时 ， 也 反 映 出石 灰 岩 f l 好 u 一 图 4 梁体 和墩 台混凝土 于燥 收缩 变形 机 制砂 石粉 含 量 即便 达 到 9 6 ， 也 不 会 加 剧 混 凝 土 的收缩 变形 ， 这对 于 石 灰岩 机 制 砂 混 凝 土抗 裂 性 能 是 非 常有 利 的。 2 4耐久性 能 图 5为不同结构部位混凝土电通量和氯离子扩散 系数 。由图可 知， 3种结构 用石 灰岩 机制 砂混凝 土 5 6 d 电通量和氯离子扩散系数均低于对应的河砂混凝 土 ， 说 明不 同结 构用 石 灰 岩机 制 砂 混 凝 土抗 氯 离 子 渗 透 能力 均高 于河 砂混 凝土 。采 用相 同配合 比的机制 砂 和 河砂 混凝 土 ， 机 制砂 混凝 土抗 氯 离 子 渗透 能 力 的提 高 主要 是 由于机 制砂 中石 粉 的存 在 ， 石 粉具 有 一 定 的 填充效应 ， 并为水泥水化反应 提供 成核效应 ， 可 以 有效地提高水泥混凝土 的密实度 ， 从而提高了混凝土 的抗氯离子渗透能力。 5 00 4 00 蛐l 3 0 0 卿 2 0O 1 OO O 2 5 岔 o -o 革 籁 。 鬈 s 墉 不同结构 部位混凝土 图 5 不同结构部位混凝土 电通量和氯离子扩散系数 3 结论 1 ) 通 过 对 比石 灰 岩 机 制 砂 混 凝 土 和河 砂 混凝 土 工 作性 能 、 力 学性 能 、 收 缩 变 形 性 能 和耐 久 性 能 可 知 ， 石灰岩机制砂可替代河砂作为细骨料使用 ， 并可将石 粉含量限值放宽至 9 6 。 2 ) 石 灰 岩 机 制 砂 混 凝 土 对 减 水 剂 和 引气 剂 的 吸 附能力明显高于河砂混凝土， 但仍 然可以通过外加剂 调 整其工 作性 能 与河砂 混凝 土相 当。 9 8 7 6 5 4 3 2 O _ 趟嚼鞲 如 如 m 日 吕 咖i 肆 裁歌 l 2 2 铁道建筑 A u g u s t ， 2 0 1 5 3 ) 石 灰岩 机 制 砂 混 凝 土 与 河 砂 混 凝 土 抗 压 强 度 和 弹性模 量相 当 ， 而石 灰 岩 机 制砂 混 凝 土 的抗 折 强度 略高 。 4 ) 试 验制 备 的 梁 体 和 墩 台机 制 砂 混 凝 土 收缩 变 形性 能 和耐久 性能 均 明显 优 于河 砂 混 凝 土 ， 机 制砂 混 凝土可用于公路桥梁各结构部位。 参 考 文 献 1 徐 健 ， 蔡基伟 ， 王稷 良， 等 人工砂与人工砂混凝土 的研 究现 状 J 国外 建材科技 ， 2 0 0 4 ， 2 5 ( 3 ) ： 2 O 一 2 4 2 李北 星 ， 周 明凯 ， 田建平 ， 等 石粉与粉煤灰对 C 6 0机制砂高 性 能混凝土性 能 的影 响 J 建 筑 材料 学 报 ， 2 0 0 6 ， 9( 4) ： 381 38 7 3 王雨利 ， 王稷 良， 周明凯 ， 等 机制砂及石粉含量对混凝 土抗 冻性能的影响 J 建筑材料学报 ， 2 0 0 8 ， 1 1 ( 6 ) ： 7 2 6 7 3 1 4 中 华 人 民 共 和 国 国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局 G B T 1 4 6 8 4 -2 0 1 1 建筑用砂 S 北京 ： 中国标 准出版社 ， 2 0 1 1 5 中华人 民共 和 国交通 部 J T T 8 1 9 2 0 1 1 公 路工 程水 泥 混凝土用机制砂 s 北京 ： 人 民交通 出版社 ， 2 0 1 1 6 中华人民共和 国建设部 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 S 北京 ： 中国建 筑工 业 出版社 ， 20 06 7 中华人民共 和 国铁 道部 T B 1 0 0 0 2 3 2 O 0 5 铁路 桥涵 钢 筋混凝土和预应力混凝土结构设 计规范 S 北京 ： 中国铁 道 出版 社 ， 2 0 0 5 8 王稷 良， 周 明凯 ， 朱立德 ， 等 机制砂对高强混凝土体积稳 定 性的影响 J 武汉理工大学学报 ， 2 0 0 7 ， 2 9 ( 1 0 ) ： 2 0 2 4 9 刘数华 石灰石粉对 复合 胶凝 材料水化 特性 的影响 J 建 筑材料学报 ， 2 0 1 0 ， 1 3 ( 4 ) ： 2 1 8 - 2 2 1 S t ud y o n p e r f o r ma n c e o f c o n c r e t e wi t h hi g h s t o n e p o wd e r c o n t e n t u s i ng ma n u f a c t u r e d s a n d Y A N G L u ， ， T A N Y a n b i n ， ， Q I U Z h i x i o n g ， L I H u a j i a n ， WA N G Z h a o ， X I E Y o n g j i a n g 。 ( 1 Ra i l w a y E n g i n e e r i n g Re s e a r c h I n s t i t u t e ， C h i n a Ac a d e my o f Ra i l wa y S c i e n c e s ， B e i j i n g 1 0 0 0 8 1 ， Ch i n a ； 2 S t a t e K e y L a b o r a t o r y f o r T r a c k T e c h n o l o g y o f Hi g h s p e e d Ra i l w a y， B e i j i n g 1 0 0 0 8 1 ， Ch i n a ； 3 P o s t g r a d u a t e De p a r t me n t ， C h i n a Ac a d e my o f Ra i l wa y S c i e n c e s ， B e O i n g 1 0 0 0 8 1 C h i n a ： 4 Gu a n g d o n g Ch a o Hu i Hi g h wa y C o L t d Gu a n g z h o u Gu a n g d o n g 5 1 0 0 0 0 C h i n a ) Ab s t r a c t ： Th e p a p e r a i l n s t o r e s o l v e t h e s c a r c i t y o f h i g h q u a l i ty f l u v i a l s a n d a l o n g Ch a o h u i h i g h wa y a n d t o und e r m i ne the ne g a ti ve i m p a c t tha t s t o ne p o wde r e x e r t s t o th e s ur r o u nd i ng e nv i r o n m e nt O n t h i s b a s i s ， i t c a r r i e s out e x p e r i me n t a l s t u d y o n the wo r k ing p e r f o r ma n c e ， me c h a n i c al p r o p e r t y， d u r a b i l i ty ， c o n t r a c ti o n a n d d e f o r ma ti o n o f h i g h s t o n e po wde r c o nt e nt c o n c r e t e wi th l im e s t o ne m a n uf a c t u r e d s a nd， the n c o mpa r e s the f i nd i n g s wi th t he pe r f o r m a nc e o f f l uv i a l s a nd c o nc r e t e Th e r e s u l t s i nd i c a t e th a t l i m e s t on e ma n uf a c tur e d s a nd ma y s e r ve a s the r e pl a c e m e nt o f f l uv i a l s a nd a s f i ne a g g r e g a t e， wh i c h r a i s e th e c a p r a ti o of q ua r r y d us t t o 9 6 At th e s a me ti me， the wo r k in g pe r f o rm a nc e o f c o nc r e t e wi th m a n uf a c t u r e d s a nd c a n be alt e r e d b y the me a ns o f a d m i x tu r e， dr a win g o n a pa r wi th tha t o f t h e f l uv i al s a n d c o nc r e t e Tho u g h the t wo c o nc r e t e s t e n d t o s t a nd ne c k t o ne c k in t e r ms of c o m p r e s s i ve s tre n g t h an d e l a s ti c m o du l u s， c o nc r e t e wi th ma nu f a c t u r e d s a n d d i s p l a y s a s l i g ht e d g e in be nd in g r e s i s t a nc e a nd i t s t a n d s o u t f o r i ts p e r f o r ma n c e in d u r a b il i ty a n d r e s i s t a n c e t o c o n t r a c ti o n a n d d e f o r ma ti o n Ke y wor ds： Li m e s t o ne； M a nu f a c tur e d s a nd； Go nc r e t e ( 责任 审 编 周彦彦)