砂粒對(duì)混凝土抗?jié)B性影響的研究

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砂粒對(duì)混凝土抗?jié)B性影響的研究

劉斌

(湖南水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院水利工程系，湖南 長沙410131)

【摘要】本文對(duì)機(jī)制砂與河砂兩種類型的砂粒在不同砂率和不同顆粒級(jí)配條件下進(jìn)行了混凝土的抗?jié)B性比較。研究表明：砂率為40%時(shí)混凝土抗?jié)B性能好，相同砂率情況下機(jī)制砂抗?jié)B性要高于河砂；機(jī)制砂中的石粉含量可提高混凝土的抗?jié)B性。選用最佳砂率按不同顆粒級(jí)配拌制的混凝土其抗?jié)B性能有差異，其中特細(xì)砂混凝土抗?jié)B性差，中砂和細(xì)砂混凝土抗?jié)B性好，粗砂混凝土抗?jié)B性一般。

【關(guān)鍵詞】機(jī)制砂；河砂；混凝土；抗?jié)B性

水利工程建設(shè)中混凝土在應(yīng)具有較高的抗壓強(qiáng)度同時(shí)還要有較好的抗?jié)B性。水工建筑物中的水壩、水渠、港口碼頭等長期浸泡在水中，組成該建筑物的混凝土要能耐受一定的水壓力，防止水體滲入混凝土內(nèi)部將其侵蝕破壞?，F(xiàn)在也有采用外加劑提高混凝土抗?jié)B性的方法，外加劑可以抑制并減少混凝土內(nèi)部孔隙的形成，能起到堵塞滲水通道防止水滲入內(nèi)部的作用。實(shí)際影響混凝土抗?jié)B性的因素是多方面的，但混凝土滲水的實(shí)質(zhì)是混凝土不夠密實(shí)，內(nèi)部孔隙多。其中細(xì)骨料的填充作用會(huì)影響混凝土的密實(shí)度進(jìn)而對(duì)混凝土的抗?jié)B性產(chǎn)生影響?；炷林械募?xì)骨料主要選用河砂和機(jī)制砂，為了使混凝土有良好的抗?jié)B性，試驗(yàn)分別采用了河砂與機(jī)制砂在不同級(jí)配的砂粒和不同砂率下對(duì)混凝土的抗?jié)B性進(jìn)行研究。

1試驗(yàn)材料與方法

1.1　試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選用普通硅酸鹽水泥P.O32.5，并采用潔凈的自來水放置兩天后使用，以排除自來水中的氯離子干擾。粗骨料是從采石場(chǎng)購回的石灰?guī)r，壓碎制成粒徑在25~40mm之間的粗顆粒。細(xì)骨料是從瀏陽河開采的河砂和采石場(chǎng)機(jī)械破碎巖石形成的機(jī)制砂，粒徑在0.15~4.75mm之間。

1.2　試驗(yàn)方法

根據(jù)混凝土各材料用量配合比計(jì)算方法，計(jì)算出C30強(qiáng)度等級(jí)的混凝土各材料用量。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》砂率選擇范圍，試驗(yàn)設(shè)定了4個(gè)不同的砂率，分別為30%、35%、40%、45%，用機(jī)制砂與河砂按不同砂率拌制混凝土進(jìn)行抗?jié)B試驗(yàn)?？?jié)B試驗(yàn)采用工程上普遍應(yīng)用的水壓力法，即我國混凝土抗?jié)B試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中所謂的抗?jié)B標(biāo)號(hào)法。試驗(yàn)中每個(gè)處理組做3個(gè)重復(fù)試驗(yàn)，每組做6個(gè)試塊進(jìn)行抗?jié)B試驗(yàn)，采用6個(gè)高度為150mm的圓臺(tái)形試件從0.1MPa開始施加水壓，然后每隔8h增加一次水壓(0.1MPa)，當(dāng)6個(gè)試件中有3個(gè)試件底部出現(xiàn)滲水時(shí)則停止加壓，記錄數(shù)據(jù)。

2試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1　不同砂率機(jī)制砂與河砂對(duì)混凝土抗?jié)B性的影響

表1中1組、2組、3組是同一個(gè)處理中的3次重復(fù)試驗(yàn)，三個(gè)組中數(shù)值均不相同時(shí)取平均值作為本次試驗(yàn)的抗?jié)B強(qiáng)度值，當(dāng)有兩個(gè)數(shù)據(jù)相同一個(gè)數(shù)據(jù)不同時(shí)，將不同值剔除。因此表1 中的試驗(yàn)結(jié)果顯示：機(jī)制砂不同砂率的抗?jié)B強(qiáng)度當(dāng)砂率30%時(shí)為0.6MPa，35%時(shí)為0.7MPa，40%時(shí)為0.8MPa，45%時(shí)為0.8MPa；河砂不同砂率的抗?jié)B強(qiáng)度當(dāng)砂率30%時(shí)為0.5MPa，35%時(shí)為0.6MPa，40%時(shí)為0.7MPa，45%時(shí)為0.7MPa。試驗(yàn)中的砂粒是未經(jīng)過篩分的同一類型砂粒。試驗(yàn)表明：無論是機(jī)制砂還是河砂，隨著細(xì)骨料的含量在混凝土中的增加其抗?jié)B強(qiáng)度不斷增加，當(dāng)砂率為45%時(shí)混凝土抗?jié)B性不再增加。砂率的提高改變了混凝土中細(xì)顆粒的表面積，使混凝土更加密實(shí)。但增加混凝土砂率時(shí)為了保證混凝土的和易性、黏聚性以及坍落度，必須增加用水量，從而水灰比變大。已有研究表明：混凝土水灰比越大其抗?jié)B性越低，混凝土中水量多會(huì)使水泥在水化過程中出現(xiàn)多余的游離態(tài)水，這些游離態(tài)水蒸發(fā)時(shí)，會(huì)在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生大量的孔隙，影響混凝土的抗?jié)B性。因此在對(duì)抗?jié)B性能要求高的混凝土進(jìn)行配合比計(jì)算時(shí)，要選擇合理的砂率，一般選用較高的砂率，但不能超過45%，試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)混凝土抗?jié)B最佳砂率為40%。在對(duì)機(jī)制砂與河砂不同材料的比較中發(fā)現(xiàn)，相同砂率的情況下機(jī)制砂拌和的混凝土抗?jié)B性能要高于河砂配制的混凝土。機(jī)制砂由人工制成，也稱人工砂；河砂在河流中自然形成。與河砂相比，機(jī)制砂中含有一些石粉，適量的石粉可以起到填充混凝土中孔隙的作用，有利于提高混凝的抗?jié)B性。

表1　不同砂率的機(jī)制砂與河砂的抗?jié)B強(qiáng)度　單位：MPa

2.2　機(jī)制砂與河砂顆粒級(jí)配對(duì)混凝土抗?jié)B性的影響

顆粒級(jí)配是砂粒用作混凝土細(xì)骨料的一個(gè)重要指標(biāo)，是指砂粒堆集料中不同粒徑砂粒所占的比例。測(cè)量采用累計(jì)篩余法，根據(jù)每個(gè)篩網(wǎng)剩余量占總量的百分比計(jì)算砂粒細(xì)度模數(shù)。

(1)

式中MX——細(xì)度模數(shù)；

A1、 A2、 A3、 A4、 A5、 A6—— 4.75mm、 2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm篩的累計(jì)篩余百分率。

根據(jù)砂粒的細(xì)度模數(shù)值可將砂粒分為特細(xì)砂、細(xì)砂、中砂、粗砂。試驗(yàn)在砂率為40%最佳抗?jié)B砂率的情況下將河砂與機(jī)制砂進(jìn)行篩分，采用不同粗細(xì)程度的砂粒拌制混凝土進(jìn)行抗?jié)B試驗(yàn)。

表2　不同顆粒級(jí)配的機(jī)制砂與河砂的抗?jié)B強(qiáng)度　單位：MPa

從表2可知機(jī)制砂的不同顆粒級(jí)配下的抗?jié)B強(qiáng)度：特細(xì)砂為0.7MPa，細(xì)砂為0.9MPa，中砂為0.9MPa，粗砂為0.8MPa；河砂的不同顆粒級(jí)配下的抗?jié)B強(qiáng)度：特細(xì)砂為0.7MPa，細(xì)砂為0.9MPa，中砂為0.9MPa，粗砂為0.8MPa。特細(xì)砂與粗砂的抗?jié)B強(qiáng)度要低于細(xì)砂與中砂。特細(xì)砂用于拌制混凝土，水泥漿的流動(dòng)作用增大，易使粗骨料發(fā)生離析作用，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)潰散導(dǎo)致混凝土孔隙增加，使抗?jié)B性變差。粗砂因顆粒較粗，顆粒與顆粒之間就含有空隙，這是造成混凝土成型后孔隙增多的原因。為提高混凝土的抗?jié)B性要求可以選用中砂或細(xì)砂。試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)在同一級(jí)配下使用機(jī)制砂與河砂拌制的混凝土抗?jié)B強(qiáng)度無明顯差異。機(jī)制砂在試驗(yàn)室通過篩分后，其中的石粉含量被過篩掉，而其篩得的粒徑又和河砂一樣，因而最后試驗(yàn)得出機(jī)制砂與河砂的抗?jié)B性相同。

3結(jié)論與討論

試驗(yàn)通過對(duì)混凝土拌制過程中對(duì)所用砂粒需要考慮的兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行分析，得出了以下三個(gè)結(jié)論：

a.混凝土在拌制過程中抗?jié)B性與砂率相關(guān)，并得出配制混凝土抗?jié)B性能好的最佳砂率為40%。

b.機(jī)制砂中的適量石粉含量可有效提高混凝土的抗?jié)B性，相同的砂率下機(jī)制砂配制的混凝土抗?jié)B強(qiáng)度高于河砂配制的混凝土。

c.在混凝土抗?jié)B性能好的最佳砂率條件下，不同級(jí)配砂粒拌制的混凝土抗?jié)B性比較結(jié)果為：特細(xì)砂<粗砂<細(xì)砂=中砂。并且機(jī)制砂將所含石粉清除后相同的顆粒級(jí)配下抗?jié)B強(qiáng)度無差別。

關(guān)于混凝土抗?jié)B性已有一些理論上的研究，很多的理論研究都是從工程經(jīng)驗(yàn)出發(fā)或者采用添外加劑的方法改善混凝土的抗?jié)B性能。本文主要從工程材料中的砂粒角度研究混凝土的抗?jié)B性能。砂粒是填充混凝土孔隙的重要材料，在影響混凝土抗?jié)B性眾多因素中，實(shí)質(zhì)是對(duì)混凝土內(nèi)部孔隙的影響，今后還可從其他方面進(jìn)行研究。

參考文獻(xiàn)

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Study of the impact of concrete anti-permeability by sand

LIU Bin

(DepartmentofHydraulicEngineering,HunanTechnicalCollegeofWaterResourcesand

Hydropower,Changsha410131,China)

Abstract:The concrete anti-permeability of two types of machine-made sand and river sand under the different sand ratios and different grain composition conditions are compared. Research shows that the concrete anti-permeability is good when the sand ratio is 40%. The concrete anti-permeability of machine-made sand is higher than river sand under the same sand ratio. Stone powder content in machine-made sand can improve concrete anti-permeability. The best sand ratio is selected for mixing concrete according to different grain compositions, the concrete anti-permeability is different. The concrete anti-permeability of special fine sand is worse, the concrete anti-permeability of medium and fine sand is good, and the concrete anti-permeability of coarse sand is general.

Key words:machine-made sand; river sand; concrete; anti-permeability

中圖分類號(hào)：TV431

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-8241(2016)01-0044-03

DOI:10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2016.01.013