機(jī)制砂參數(shù)對C60 混凝土性能的影響研究

■郭 遠(yuǎn)，鄒小平 ■江西省建筑材料工業(yè)科學(xué)研究設(shè)計院，江西 南昌 330001

天然砂資源的緊缺，利用當(dāng)?shù)氐膸r石資源或工程棄置的廢石生產(chǎn)價格低廉的機(jī)制砂，已成為必不可少的替代資源。人工機(jī)制砂由于具有制備工藝簡單、質(zhì)量可控、取材方便等優(yōu)點(diǎn)，替代天然河砂已經(jīng)成為發(fā)展趨勢。然而機(jī)制砂生產(chǎn)過程中，由于制備工藝控制不當(dāng)，不可避免的會產(chǎn)生大量的石粉，機(jī)制砂原砂的石粉含量高達(dá)10%～20%［1］，容易導(dǎo)致混凝土工作性能不良，標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 241-2011 中規(guī)定對于≥C60 混凝土用機(jī)制砂的石粉含量應(yīng)不超過5%［2］。另外容易導(dǎo)致機(jī)制砂顆粒級配不合理，呈現(xiàn)“兩頭大、中間小”的特點(diǎn)，細(xì)度模數(shù)變化大。機(jī)制砂針片狀含量高，使得機(jī)制砂混凝土的流動性能變差，從而限制了機(jī)制砂混凝土的應(yīng)用。

論文開展機(jī)制砂特性參數(shù)，尤其是細(xì)度模數(shù)、針片狀含量、石粉含量對C60 混凝土性能的影響，確定適宜的細(xì)度模數(shù)、針片狀含量含量、石粉含量范圍，指導(dǎo)機(jī)制砂的生產(chǎn)。

1 原材料

水泥:海螺牌P·O42.5 級水泥，28d 抗壓強(qiáng)度48.5MPa;粉煤灰:45μm 細(xì)度篩余18.3%，需水量比101%;礦粉:比表面積440m2/kg，流動度比100%，28d 活性指數(shù)98%。粗骨料:5～31.5mm 連續(xù)級配碎石;機(jī)制砂:2 區(qū)機(jī)制砂，編號PX1～PX8，細(xì)度模數(shù)2.5～3.5，具體性能指標(biāo)見表1;河砂:中砂，細(xì)度模數(shù)2.6。外加劑:聚羧酸系緩凝高效減水劑，含固量為7.50%，減水率20%;石粉:試驗(yàn)采用的石粉為萍鄉(xiāng)風(fēng)選花崗巖石粉，比表面積分別為275m2/kg。

表1 機(jī)制砂的主要性能指標(biāo)

2 試驗(yàn)方法

(1)機(jī)制砂特性指標(biāo)參照GB/T 14684-2011《建設(shè)用砂》檢驗(yàn)，其中機(jī)制砂針片狀含量測試方法參照文獻(xiàn)［3］(機(jī)制砂針片狀含量的測定及對混凝土性能的影響)所述。

(2)混凝土性能試驗(yàn)參照GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測試。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 不同細(xì)度模數(shù)機(jī)制砂對混凝土性能的影響

選用PX1～PX8 機(jī)制砂，研究機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)在3.5～2.5 時，不同細(xì)度模數(shù)機(jī)制砂對C60 混凝土性能的影響，按照C60 混凝土設(shè)計配合比進(jìn)行試配，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 不同細(xì)度模數(shù)機(jī)制砂對C60 混凝土性能的影響

圖1 細(xì)度模數(shù)對混凝土工作性能的影響

圖2 細(xì)度模數(shù)對混凝土強(qiáng)度的影響

從表2 和圖1、圖2 可以看出，隨著細(xì)度模數(shù)的減小，C60 混凝土的坍落度和擴(kuò)展度均先增大后降低，混凝土泌水率先降低后小幅度增長，當(dāng)細(xì)度模數(shù)在2.8～3.0 時，混凝土拌合物外觀良好，具有良好的粘聚性，泌水率較低，混凝土工作性能最好。當(dāng)細(xì)度模數(shù)大于3.0 時，機(jī)制砂中的粗顆粒較多，細(xì)顆粒較少，混凝土有點(diǎn)離析，粘聚性一般，泌水率略大，整體工作性能一般;而細(xì)度模數(shù)低于2.8 時，機(jī)制砂中細(xì)顆粒多，骨料比表面積增大，需要更多的漿體來包裹，此時混凝土的流動性略差，拌合物略粘，泌水率較低，混凝土工作性能也一般。砂細(xì)度模數(shù)反映其組成顆粒的整體粗細(xì)程度，影響骨料顆粒的比表面積和骨架體系的堆積空隙率［4］，對于機(jī)制砂而言，其表面棱角多，表面摩擦力較大，細(xì)度模數(shù)適中的機(jī)制砂，越有利于改善拌合物的工作性。隨著細(xì)度模數(shù)的減小，C60 混凝土各齡期抗壓強(qiáng)度均隨著細(xì)度模數(shù)的減小而呈現(xiàn)先小幅度增大后小幅度降低的規(guī)律，總體增減幅度不大。當(dāng)機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)在2.8～3.0 時，C60 機(jī)制砂混凝土抗壓強(qiáng)度較高。

3.2 機(jī)制砂針片狀含量對C60 混凝土性能的影響

將機(jī)制砂PX5 的針片狀顆粒全部篩除，然后將針片狀顆粒按照含量4%、8%、12%、16%、20%、24%在機(jī)制砂的基礎(chǔ)上進(jìn)行添加(替代粒徑大于1.18mm 顆粒)，得到不同針片狀含量機(jī)制砂;按照設(shè)計的C60 混凝土，固定混凝土坍落度在200 ±20mm，調(diào)整用水量，研究機(jī)制砂中針片狀含量對混凝土性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 機(jī)制砂針片狀含量對C60 混凝土性能的影響

圖3 針片狀含量對混凝土用水量和泌水率的影響

圖4 針片狀含量對混凝土強(qiáng)度的影響

從表3 和圖3 可以看出，在固定坍落度在200 ±20mm 時，隨著機(jī)制砂針片狀含量增大，C60 混凝土的用水量逐步增加，這是由于機(jī)制砂針片狀含量高時，機(jī)制表面較為粗糙，機(jī)制砂趨于針狀，飽滿度低，砂漿流動性變差，因此混凝土流動性差。同時混凝土的泌水率也隨針片狀含量的增大而逐漸增大，混凝土逐漸呈現(xiàn)黏聚性差、離析嚴(yán)重等現(xiàn)象，尤其是當(dāng)針片狀含量超過12%時，由于混凝土用水量的增大，自由水增多，混凝土離析嚴(yán)重，泌水率急速增加。從表3 和圖4 可以看出，C60混凝土各齡期抗壓強(qiáng)度呈先小幅度下降后大幅度降低的規(guī)律，尤其是針片狀含量大12% 時，混凝土抗壓強(qiáng)度急劇下降，強(qiáng)度下降了6.6MPa。

綜合研究針片狀含量對C60 混凝土工作性能和力學(xué)性能的影響，建議針片狀含量控制在12%以內(nèi)，混凝土的綜合性能較好。

3.3 石粉含量對混凝土性能的影響

將PX5 機(jī)制砂篩分成兩部分，一部分為粒徑大于0.075mm 的顆粒(即純機(jī)制砂)，另外一部分為粒徑小于0.075mm 石粉作為備用，分別用3%、7%、10%、12%、15%的石粉等量取代機(jī)制砂，得到不同石粉含量的機(jī)制砂。研究石粉含量為3%、7%、10%、12%、15%對C60 機(jī)制砂混凝土性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 石粉含量對C60 混凝土性能的影響

圖5 石粉含量對混凝土工作性能的影響

圖6 石粉含量對混凝土強(qiáng)度的影響

從表4 和圖5 可以看出，石粉對C60 混凝土的坍落度和擴(kuò)展度的影響與前面的C30 混凝土的影響規(guī)律相似，但C60 混凝土坍落度達(dá)到最大時的砂中石粉含量更低，為10%左右。當(dāng)機(jī)制砂中石粉含量小于10%時，C60 混凝土的坍落度隨石粉含量的增加而增加;當(dāng)機(jī)制砂中石粉含量大于10%時，C60 混凝土的坍落度隨石粉含量的增加而降低。且隨著石粉含量的增大，混凝土的泌水率逐漸降低。當(dāng)加入過量的石粉時，造成了體系里面粉體材料過多，致使整個漿體體系變得粘稠，使混凝土變粘，在石粉含量在15%時，混凝土變得很粘，嚴(yán)重影響混凝土的工作性能。從表4 和圖6 可以看出，混凝土各齡期抗壓強(qiáng)度隨石粉含量的增加而增加;當(dāng)石粉含量為15%時，混凝土的抗壓強(qiáng)度最高;這是因?yàn)樵黾邮鄣挠昧繒岣吣z凝材料體系中的漿體量，石粉主要產(chǎn)生微集料效應(yīng)，一部分的石粉顆粒在水泥水化早期對Ca(OH)2和C-S-H 的形成起晶核作用，加速了熟料礦物的水化，與此同時，石粉的微小顆粒還能與C3A 水化形成水化碳鋁酸鈣，使得混凝土強(qiáng)度增大［1］［5］。

綜合C60 混凝土的工作性能和力學(xué)性能，C60 機(jī)制砂混凝土的石粉含量可放寬至10%。

4 結(jié)論

通過研究機(jī)制砂參數(shù)(細(xì)度模數(shù)、針片狀含量、石粉含量對C60 混凝土性能的影響，得到機(jī)制砂合理參數(shù)，最佳細(xì)度模數(shù)為2.8～3.0，針片狀含量應(yīng)控制在12%以下，石粉合理含量為10%。

［1］漆江鋒，鄒小平，魯亞.機(jī)制砂石粉含量對C30 混凝土性能的影響［J］.江西建材，2015，165(12):155-159.

［2］劉秀美.機(jī)制砂作混凝土細(xì)骨料的研究［D］.暨南大學(xué)碩士論文，2013.

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［4］劉運(yùn)華，劉江紅，曾建聰?shù)?機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)對水泥基材料流動性和強(qiáng)度的影響研究［J］.商品混凝土，2010(7):54-56.

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