含石粉的人工砂對混凝土技術(shù)性能的影響研究

李燕軍，李鵬程，劉彥樹

(山西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030006)

含石粉的人工砂對混凝土技術(shù)性能的影響研究

李燕軍，李鵬程，劉彥樹

(山西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030006)

通過試驗(yàn)研究，得出人工砂中石粉含量對混凝土技術(shù)性質(zhì)影響應(yīng)當(dāng)以混凝土的不同強(qiáng)度等級區(qū)別處理，低強(qiáng)度等級的混凝土石粉摻量在16%以內(nèi)時，隨石粉含量的增加，強(qiáng)度、工作性、抗?jié)B能力都逐漸提高，當(dāng)含量為16%時效果達(dá)到最佳，中等強(qiáng)度等級的混凝土，4%～12%的石粉含量使混凝土的工作性和強(qiáng)度呈最佳，對抗?jié)B性能影響不大，高強(qiáng)度等級混凝土的工作性和強(qiáng)度的最佳石粉含量為3%～4%，石粉含量超過7%時，工作性和強(qiáng)度性能劣化。

人工砂；石粉；含量；試驗(yàn)

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

水泥為太原獅頭牌P.O42.5、P.O52.5普通硅酸鹽水泥，粗集料為5～31.5 mm連續(xù)級配碎石，使用的人工砂表面粗糙，細(xì)度模數(shù)為3.0，表觀密度為2.75 g/cm3左右，堆積密度為1.38 g/cm3，孔隙率為43%左右，是從山西省西部地區(qū)呂梁山脈開采出，屬于表層巖石，無風(fēng)化，母巖主要成分為石灰?guī)r，巖石強(qiáng)度在65～100 MPa之間，其它成分象SiO2、Fe2O3、SO3、Al2O3、MgO等含量總共不足3%，化學(xué)成分穩(wěn)定，其顆粒級配分布見表1。減水劑為FDN-1高效萘系減水劑，固態(tài)，減水率為20%。

表1 人工砂各級顆粒級配分布情況表

1.2 混凝土拌和物性能試驗(yàn)

依據(jù)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》JTG E30-2005來試驗(yàn)，坍落度試驗(yàn)采用T 0522-2005試驗(yàn)方法進(jìn)行。

1.3 混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

依據(jù)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E30-2005)進(jìn)行測試，采用T0553-2005進(jìn)行試驗(yàn)，混凝土抗壓強(qiáng)度試件尺寸為150 mm×150 mm×150 mm立方體試件。

1.4 混凝土NEL氯離子擴(kuò)散系數(shù)法快速試驗(yàn)

采用NEL法測試氯離子在混凝土中的擴(kuò)散系數(shù)。試驗(yàn)所用儀器為NEL-PD型混凝土滲透性檢測系統(tǒng)。NEL法的測試步驟如下:首先將混凝土試件切割成100 mm×100 mm×50 mm的試件(被電極接觸的兩個面不應(yīng)為混凝土砂漿富集的表面),并將被測試面打磨光滑;其次將待測混凝土試件進(jìn)行真空飽鹽24 h;最后在低電壓下測試飽鹽混凝土試件的擴(kuò)散系數(shù)。

2 含石粉的人工砂基本性能對水泥技術(shù)指標(biāo)的影響分析

試驗(yàn)首先對含石粉的人工砂在不同石粉摻量條件下，分析了石粉對水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度、凝結(jié)時間、安定性、強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)分析，結(jié)果如表2所示。

表2 石粉對水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度、凝結(jié)時間、安定性、強(qiáng)度的影響

從表2的試驗(yàn)結(jié)果來看，從零摻量開始，直至摻量達(dá)到20%，對膠砂抗壓強(qiáng)度沒有影響，只是在摻量達(dá)到16%以上時，強(qiáng)度降低，分析出機(jī)制砂中的石粉是與母巖成分相同的石灰?guī)r粉末，它不對水泥的凝結(jié)硬化過程產(chǎn)生影響，可以判斷它是一種惰性材料，在水泥凝結(jié)硬化過程中只起到了一個摻合作用，并且摻量在12%以內(nèi)時，對水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、初終凝時間、安定性和抗折、抗壓強(qiáng)度沒有明顯的作用，隨著石粉摻量的逐漸增加，石粉的比表面積加大了整體集料的比表面積，而水泥漿體的數(shù)量沒有發(fā)生變化，對水泥的硬化效果產(chǎn)生影響，摻量達(dá)到20%時，強(qiáng)度明顯降低，初凝和終凝時間延長。

3 石粉含量對混凝土坍落度和強(qiáng)度的影響

在分析對水泥混凝土技術(shù)性質(zhì)的影響時，各項(xiàng)試驗(yàn)根據(jù)混凝土的不同強(qiáng)度等級進(jìn)行分類，這樣便于分別得出針對性的結(jié)論，表3是不同石粉含量對不同強(qiáng)度等級的混凝土坍落度和抗壓強(qiáng)度的影響。

表3 不同石粉含量對水泥混凝土技術(shù)性質(zhì)影響

注：高強(qiáng)混凝土采用P.052.5水泥，外加劑FDN-1高效萘系減水劑，摻量按膠凝材料質(zhì)量的0.3%計(jì)。

在C30和C50混凝土中，較細(xì)顆粒的含量有可加大的空間，填充混合材料的空隙，這時人工砂中<0.075 mm的石粉過來進(jìn)行了補(bǔ)充，這樣正好使得混凝土的坍落度得到了加強(qiáng)，隨著石粉含量的進(jìn)一步增加，拌合物出現(xiàn)坍落度減少的現(xiàn)象，這是因?yàn)槭酆康奶岣邔?dǎo)致，從數(shù)據(jù)看C30混凝土人工砂中石粉含量以不超過16%為佳；對于C50混凝土，拌合物中的石粉含量為4%～12%時坍落度和強(qiáng)度最好；但這一結(jié)論對于C80混凝土來說不適用，隨著石粉用量的增加，工作性基本變化不大，從數(shù)據(jù)知道石粉含量為7%時，工作性減小顯著，隨著石粉用量的加大抗壓強(qiáng)度逐漸下降，石粉含量在4%時抗壓強(qiáng)度最大。從中也可以這樣進(jìn)行分析，中低強(qiáng)度拌合物中水泥漿相對偏少，但這時石粉增加了拌合物的膠凝物的數(shù)量，對拌合物的坍落度改善良好。高強(qiáng)混凝土里膠凝材料自身含量就大，石粉進(jìn)一步增加了拌合物中<0.075顆粒物的總量，導(dǎo)致拌合物中自由水含量減小，從而也就使得拌合物的工作性減小。從抗壓強(qiáng)度角度分析，因?yàn)槭凼嵌栊圆牧?，所以它主要是填充空隙，又因?yàn)轭w粒較小，所以還可以提高產(chǎn)漿量。在高強(qiáng)度混凝土中，石粉除了上述作用外，它在水化的過程中可以與水泥中的鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣發(fā)生反應(yīng)，生成水化碳鋁酸鈣，水化碳鋁酸鹽繼續(xù)又與其他水化產(chǎn)物發(fā)生進(jìn)一步的反應(yīng)，對水泥混凝土強(qiáng)度的提高起到不多的增長。但是隨著石粉含量到達(dá)某個高限點(diǎn)時，使得混凝土的膠骨比偏離最佳值，同時影響水化反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土抗壓強(qiáng)度明顯下降。

4 石粉含量對混凝土抗?jié)B性能的影響

經(jīng)分析(見表4)，在低強(qiáng)度混凝土中，當(dāng)石粉含量>4%時，水泥混凝土抵抗氯離子滲透的能力迅速增強(qiáng)，石粉含量較小時，抗?jié)B能力也小，隨著石粉含量的進(jìn)一步提高，在石粉含量達(dá)到16%時，抗?jié)B能力達(dá)到最大。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因不難理解，石粉含量較小時，膠凝材料產(chǎn)生的水泥漿少，混凝土結(jié)構(gòu)中空隙多，所以抗?jié)B能力弱，隨著石粉的進(jìn)一步提高，結(jié)構(gòu)中密實(shí)度提高，空隙率減少，強(qiáng)度提高的同時，抗?jié)B能力增強(qiáng)。對于C60混凝土，本身強(qiáng)度高，水泥用量大，水泥漿本身就多，需要石粉來填充的空隙不多，水膠比較低，其整體的抗?jié)B性較好，所以石粉對抵抗氯離子滲透性能影響不明顯。對于高強(qiáng)度C80混凝土來說，混凝土抗?jié)B能力本身非常強(qiáng)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)已達(dá)到一個非常密實(shí)的狀態(tài)，隨著石粉含量的提高，影響了原有的致密狀態(tài)，抗?jié)B能力稍有減小，所以對于低強(qiáng)度水泥混凝土，摻入石粉可以提高混凝土的抗?jié)B能力，摻量達(dá)到16%為上限，對于中高強(qiáng)度混凝土來說，石粉的抗?jié)B能力提高空間不大。

表4 石粉含量對混凝土抗?jié)B性能的影響

5 結(jié) 論

(1)對于中低強(qiáng)度的混凝土，人工砂中石粉含量為8%～16%時，混凝土的工作性和抗壓強(qiáng)度，對于C50混凝土，石粉含量為在4%～12%時工作性和抗壓強(qiáng)度為最好效果，對于C80混凝土，石粉含量對混凝土坍落度的影響不顯著，但石粉含量達(dá)到7%時，工作性明顯下降，混凝土強(qiáng)度隨石粉含量增加是逐漸減小的狀態(tài)，石粉含量在4%時為理想含量。適量石粉的存在，可以改善和提高致密程度，調(diào)整混合材料的級配，從而改善工作性和使用性。

(2)砂中石粉有利于提高膠凝材料少、強(qiáng)度等級低的混凝土的抗?jié)B性，對于強(qiáng)度較高的混凝土來說，提高的空間有限，幅度不大，16%的石粉含量是中低強(qiáng)度等級混凝土的最佳抗?jié)B摻量，從石粉含量對混凝土工作性能、抗壓強(qiáng)度、氯離子擴(kuò)散系數(shù)影響的試驗(yàn)結(jié)果可以得出，機(jī)制砂的石粉含量最佳值可以根據(jù)實(shí)際混凝土強(qiáng)度不同呈不同的規(guī)律。

(3)含有適量石粉的人工砂混凝土可延長混凝土的凝結(jié)時間，最有利于泵送和大體積混凝土施工，可增加混凝土的坍落度，特別是水泥用量較少時的情況下更為明顯，這有利于泵送混凝土施工。但隨水泥用量的增加，混凝土坍落度的增加量在減少。

[1] 周中貴.高石粉人工砂在黃丹電站工程中的應(yīng)用[J].四川水力發(fā)電，1997,16(增刊)：93-96.

[2] 路文典. 人工砂石粉含量超標(biāo)時對常態(tài)混凝土性能的影響實(shí)驗(yàn)研究[J]. 山西水利科技，2004，(4)：63-67.

[3] 李婷婷，王櫻良，鄭國榮.機(jī)制砂中石粉含量對混凝土抗?jié)B性能的影響[J].混凝土，2009,(3).

Adissertationontheartificialsandcontainingpowdereffectresearchonthetechnicalperformanceofconcrete

LI Yan-jun，LI Peng-cheng,LIU Yan-shu

(Shanxi Traffic Vocational and Technical College,Taiyuan,Shanxi 030006,China)

The paper through experimental study that effect of artificial sand stone powder content on the properties of concrete technology should be treated with different concrete strength grade difference, low strength grade of concrete mixing quantity of powder is less than 16%, with increase of stone powder content, strength, work, anti infiltration capacity increase gradually, when the content for 16% effect to achieve the best medium strength grade of concrete, 4%～12% of stone powder content enable work and strength of the concrete was the best, and the impermeability of little effect on performance, high strength grade of concrete workability and strength of the best stone powder content is up to 3%～4%, the content of stone powder more than 7%, work and strength performance deterioration.

artificial sand; stone powder；content; test

2017-03-10

李燕軍(1974-)，男，山西清徐人，高級工程師，從事公路材料檢測與教學(xué)工作。

U412

：B

：1008-3383(2017)07-0001-02