摻石粉與石屑砂對(duì)碾壓混凝土工作性和強(qiáng)度的影響

摻石粉與石屑砂對(duì)碾壓混凝土工作性和強(qiáng)度的影響

張勇1董蕓2李響2

(1.新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊830000；

2.長(zhǎng)江科學(xué)院 水利部水工程安全與病害防治工程技術(shù)研究中心，湖北 武漢430010)

【摘要】對(duì)摻有石屑砂與石粉的碾壓混凝土拌和物性能和力學(xué)性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：為保證碾壓混凝土拌和物性能在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，石粉含量每增加4%，需減少0.5%~1%的砂率，混凝土用水量基本不變。石屑砂摻量每增加20%，需增加1%~2%的砂率，同時(shí)用水量也相應(yīng)增加1~2kg/m3。隨著砂中石粉含量的增加碾壓混凝土的強(qiáng)度先增后降，與抗壓強(qiáng)度相比，摻石粉后，碾壓混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的增長(zhǎng)更為明顯，石粉的適宜摻量在8%~16%之間。隨著石屑砂替代天然砂比例的提高，碾壓混凝土的強(qiáng)度不同程度地降低，在相同的石粉摻量下，石屑砂替代比例20%左右對(duì)碾壓混凝土強(qiáng)度影響最小，石屑砂全部替代天然砂時(shí)，碾壓混凝土強(qiáng)度最低。

【關(guān)鍵詞】碾壓混凝土；石粉；石屑砂；VC值；抗壓強(qiáng)度

中圖分類(lèi)號(hào)：TV42+3

Influence of mixed stone powder and stone chip sand on

RCC workability and strength

ZHANG Yong1, DONG Yun2, LI Xiang2

(1.XinjiangWaterConservancyandHydropowerSurveyandDesignInstitute,Urumqi830000,China;

2.YangtzeRiverAcademyofSciences,MinistryofWaterResourcesWaterProjectSafetyandDiseaseControl

EngineeringTechnologyResearchCenter,Wuhan430010,China)

Abstract:Performance and mechanical properties of RCC mixture mixed with stone chip sand and stone powder are studied. The results shows that sand rate should be reduced by 0.5%~1% if stone powder content can be increased by each 4%, and concrete water consumption is basically unchanged in order to ensure that the performance of RCC mixture is within the scope of design requirements. Stone chip sand mixing amount is increased by each 20%, sand rate should be increased by 1%~2%. Meanwhile, water consumption also can be increased by 1~2kg/m3 correspondingly. Concrete strength is increased firstly followed by decrease with the increase of stone powder content in sand. Splitting tensile strength of RCC is increased more apparently compared with compressive strength after stone powder is mixed, and suitable mixed amount of stone powder is between 8% and 16%. The strength of RCC is reduced in different degrees with the increase of proportion of replacing natural sand with stone chip sand. Stone chip sand replacement proportion of about 20% has the minimum impact strength on RCC under the same stone powder content. If natural sand is replaced with stone chip sand completely, RCC has the lowest strength.

Key words: RCC; stone powder; stone chip sand;VCvalue; compressive strength

石粉主要指石灰?guī)r或其他原巖經(jīng)機(jī)械加工后顆粒小于0.16mm的微細(xì)粒[1]。石粉作為砂中的微細(xì)顆粒，對(duì)碾壓混凝土的性能有不容忽視的影響[2]。由于碾壓混凝土的用水量和膠凝材料用量較少，而石粉的細(xì)度和粉煤灰相當(dāng)，可以與膠凝材料一同起到填充空隙和包裹砂粒表面的作用?，F(xiàn)有的研究和工程實(shí)踐表明[3-6]：適當(dāng)增加石粉含量，相當(dāng)于增加了膠凝材料漿體量，能在一定程度上改善灰漿量較少的碾壓混凝土拌和物的和易性，增進(jìn)碾壓混凝土的均質(zhì)性、密實(shí)性、抗?jié)B性，提高碾壓混凝土的強(qiáng)度和斷裂韌性，改善施工層面的膠結(jié)性能。

在天然砂作為細(xì)骨料的碾壓混凝土的配制中，往往會(huì)碰到天然砂含泥量高、級(jí)配不良且砂中細(xì)顆粒較少的情況。為改善碾壓混凝土的工作性，國(guó)內(nèi)相關(guān)研究和工程[7-8]已經(jīng)考慮采用石屑砂代替天然砂，這樣就可以充分利用碎石加工所余石屑，提高骨料加工效率和產(chǎn)量，降低成本，增加工程的經(jīng)濟(jì)效益。本文通過(guò)適當(dāng)摻加人工石粉和石屑砂的技術(shù)，研究摻加石粉和石屑砂對(duì)碾壓混凝土拌和物及強(qiáng)度的影響。

1實(shí)驗(yàn)

1.1原材料

a.水泥為42.5中熱硅酸鹽水泥，其品質(zhì)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

b.粉煤灰為Ⅰ級(jí)粉煤灰，其品質(zhì)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2，膠凝材料的化學(xué)成分組成見(jiàn)表3。

c.砂為兩種：天然砂和石屑砂，其品質(zhì)檢測(cè)和篩分試驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)表4和表5；石為花崗巖人工碎石，其品質(zhì)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表6。

表1　水泥基本性能檢測(cè)結(jié)果

表3　膠凝材料化學(xué)組成　%

表4　砂子品質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

表5　砂子篩分試驗(yàn)結(jié)果

表6　碎石品質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

d.通過(guò)球磨機(jī)對(duì)花崗巖碎石及石屑砂進(jìn)行粉磨加工制成花崗巖石粉，石粉粒徑大部分小于0.032mm，且90%的石粉粒徑小于0.0158mm，其等效直徑平均為0.008236mm，與粉煤灰的粒徑相當(dāng)。

e.外加劑采用緩凝高效減水劑PMS、引氣劑PMS—NEA3，其各項(xiàng)性能指標(biāo)符合《水工混凝土外加劑技術(shù)規(guī)程》(DL/T 5100—1999)分別對(duì)緩凝高效減水劑和引氣劑的要求。

1.2試驗(yàn)方法

混凝土的拌和、成型和養(yǎng)護(hù)均按《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(DL/T 5150—2001)的有關(guān)方法進(jìn)行。采用100L強(qiáng)制式攪拌機(jī)拌和，拌和時(shí)間為干拌30s、再拌120s。二級(jí)配骨料組合比為55∶45，三級(jí)配骨料組合比則采用30∶40∶30?；炷恋囊龤鈩搅恳允购瑲饬窟_(dá)到3.5%～5.5%為準(zhǔn)，設(shè)計(jì)的碾壓混凝土VC值為3～7s。采用絕對(duì)體積法確定碾壓混凝土各組成材料比例，碾壓混凝土配合比參數(shù)列于表7。

表7　碾壓混凝土配合比參數(shù)

2結(jié)果與分析

碾壓混凝土拌和物性能以及力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。

表8　碾壓混凝土拌和物性能和力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

2.1拌和物性能

從表8可以看出，為滿(mǎn)足碾壓混凝土的施工和易性，保持混凝土拌和物的VC值和含氣量在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，石粉含量每增加4%，需減少0.5%~1%的砂率，混凝土用水量基本不變，從拌和物外形可明顯發(fā)現(xiàn)石粉摻量越多，灰漿越飽滿(mǎn)，但由于試驗(yàn)條件限制，拌和物的性狀差別難以通過(guò)拌和物的VC值確切反映；石屑摻量每增加20%，需增加1%~2%的砂率，同時(shí)用水量也相應(yīng)增加1~2kg/m3。當(dāng)全部使用石屑砂時(shí)，三級(jí)配碾壓混凝土的用水量增加到95kg/m3左右，要比全部使用天然砂多8kg/m3左右。使用石屑砂，為使碾壓混凝土達(dá)到相同的含氣量還需相應(yīng)增加引氣劑的用量。

2.2強(qiáng)度

石粉摻量對(duì)碾壓混凝土(不摻石屑砂)抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度的影響規(guī)律分別如圖1和圖2所示。從表8、圖1和圖2中可以看出，隨砂中石粉含量的增加，碾壓混凝土的強(qiáng)度先增加后降低，與抗壓強(qiáng)度相比，摻石粉后，碾壓混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的增長(zhǎng)明顯。這是因?yàn)槟雺夯炷恋拿軐?shí)性對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響甚于對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響，隨著石粉摻量的增加，碾壓混凝土中灰漿/砂漿比增大，抗拉強(qiáng)度提高。但當(dāng)石粉含量過(guò)大時(shí)，碾壓混凝土強(qiáng)度呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。

圖1　石粉摻量對(duì)碾壓混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

圖2　石粉摻量對(duì)碾壓混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的影響

結(jié)合碾壓混凝土的強(qiáng)度性能和拌和物性能試驗(yàn)結(jié)果，可以看出適量摻入石粉可以改善碾壓混凝土拌和物的施工和易性，相應(yīng)增加混凝土的強(qiáng)度尤其是抗拉強(qiáng)度，對(duì)混凝土的抗裂有利。石粉的適宜摻量在8%~16%之間，摻量太小對(duì)拌和物施工和易性的改善不明顯，經(jīng)濟(jì)性差，摻量太大則會(huì)對(duì)碾壓混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生不良影響。

圖3　石屑砂摻量對(duì)碾壓混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

固定石粉摻量(16%)，逐步用石屑砂替代天然砂，石屑砂摻量對(duì)碾壓混凝土抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律如圖3所示。從圖3和表8中可以看出，隨著石屑砂替代天然砂比例的提高，碾壓混凝土的強(qiáng)度不同程度地降低，在相同的石粉摻量下，石屑砂替代比例20%左右對(duì)碾壓混凝土強(qiáng)度影響最小，石屑砂完全替代天然砂時(shí)，碾壓混凝土強(qiáng)度最低。因此，如需利用石屑砂，其替代天然砂比例不宜超過(guò)20%。

3結(jié)論

a.為滿(mǎn)足碾壓混凝土的施工和易性，保持混凝土拌和物的VC值和含氣量在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，石粉含量每增加4%，需減少0.5%~1%的砂率，混凝土用水量基本不變。石屑砂摻量每增加20%，需增加1%~2%的砂率，同時(shí)用水量也相應(yīng)增加1~2kg/m3。當(dāng)全部使用石屑砂時(shí)，三級(jí)配碾壓混凝土的用水量增加到95kg/m3左右，要比全部使用天然砂多8kg/m3左右。使用石屑砂，為使混凝土達(dá)到相同的含氣量還需相應(yīng)增加引氣劑的用量。

b.隨著砂中石粉含量的增加碾壓混凝土的強(qiáng)度先增后降，與抗壓強(qiáng)度相比，摻石粉后，碾壓混凝土抗拉強(qiáng)度的增長(zhǎng)明顯。石粉的適宜摻量在8%~16%之間，摻量太小對(duì)拌和物施工和易性的改善不明顯，經(jīng)濟(jì)性差；摻量太大則會(huì)對(duì)碾壓混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生不良影響。

c.隨著石屑砂替代天然砂比例的提高，碾壓混凝土的強(qiáng)度不同程度地降低，在相同的石粉摻量下，石屑砂替代比例20%左右對(duì)碾壓混凝土強(qiáng)度影響最小，石屑砂全部替代天然砂時(shí)，碾壓混凝土強(qiáng)度最低。

參考文獻(xiàn)

[1]劉數(shù)華,閻培渝.石粉作為碾壓混凝土摻合料的利用和研究綜述[J].水力發(fā)電,2013,33(1):69-71.

[2]方坤河.碾壓混凝土材料、結(jié)構(gòu)與性能[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2004:45-55.

[3]蔡勝華,陳文卓,張杰.石粉含量對(duì)大壩碾壓混凝土性能的影響[J].水力發(fā)電,2013,39(6):74-76.

[4]肖開(kāi)濤,董蕓,楊華全.石灰石粉用作碾壓混凝土摻和料的試驗(yàn)研究[J].長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào),2009,26(4):44-47.

[5]Zhou Mingkai,Peng Shaoming,Xu Jian,et al.Effect of stone powder on stone chippings concrete[J].Journal of Wuhan University of Technology(Materials Sciences Edition),1996,(11):29-34.

[6]皇甫拴勞.石灰?guī)r石粉代替粉煤灰在柬埔寨甘再水電站大壩碾壓混凝土中的應(yīng)用[J].西北水電,2011(S2):7-12.

[7]李建,謝友均,劉寶舉,等.石灰石石屑代砂混凝土配制技術(shù)研究[J].建筑材料學(xué)報(bào),2001,4(1):89-92.

[8]李家正,句廣東.三峽工程古樹(shù)嶺石屑砂混凝土性能研究[J].長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào),2001,18(3):53-56.