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    石灰?guī)r機(jī)制砂混凝土用水量的量化調(diào)整試驗(yàn)

    2023-09-22 08:14:40聶建省
    四川水泥 2023年9期
    關(guān)鍵詞:河砂砂率石粉

    聶建省

    (蘭州鐵路技師學(xué)院,甘肅 蘭州 730050)

    0 引言

    機(jī)制砂也叫人工砂,是通過制砂機(jī)、除塵設(shè)備等將巖石經(jīng)逐級破碎、篩分、除塵加工成的粒徑不大于4.75mm 的顆粒,用于替代混凝土中天然砂的材料。通過對機(jī)制砂的使用,能夠在一定程度上避免河砂的濫開濫采,對于河道保護(hù)、減少運(yùn)輸成本有著積極作用。因此,在混凝土中使用機(jī)制砂來替代天然砂已經(jīng)成為了一個必然的趨勢。

    石粉是指機(jī)制砂中粒徑小于75μm的顆粒,其成分與母巖一致。許德興[1]等人認(rèn)為,石粉對混凝土的影響較大,適量的石粉可以改善混凝土的工作性能、力學(xué)性能和耐久性,石粉含量過大和過小都會顯著影響混凝土的工作性能。

    在機(jī)制砂生產(chǎn)中,因制砂機(jī)以及生產(chǎn)工藝的不同,市場上大多數(shù)機(jī)制砂的顆粒級配、粒型、石粉含量等都存在著較大范圍波動,這對機(jī)制砂混凝土的質(zhì)量控制帶來了挑戰(zhàn)。本文介紹了在保證混凝土的強(qiáng)度、耐久性滿足設(shè)計(jì)要求的前提下,根據(jù)機(jī)制砂石粉含量的多少,對混凝土的單方用水量進(jìn)行調(diào)整,使得混凝土的最終工作性能滿足要求。

    1 混凝土原材料選擇

    水泥:重慶華新地維水泥有限公司生產(chǎn)的P·O42.5普硅水泥,其主要指標(biāo)見表1。

    表1 P·O42.5水泥物理力學(xué)性能指標(biāo)

    粉煤灰:重慶華珞粉煤灰有限公司F類Ⅱ級,45μm方孔篩余量22.1%,燒失量3.10%,需水量比98%,28d強(qiáng)度活性指數(shù)76%。

    機(jī)制砂1:重慶喆松鑫磊建材有限公司,石灰?guī)r質(zhì),符合I區(qū)粗砂級配范圍,細(xì)度模數(shù)3.2,MB 值0.8g/kg,石粉含量7.0%,壓碎值22%。

    機(jī)制砂2:重慶渝勝礦業(yè)有限公司,石灰?guī)r質(zhì),符合I 區(qū)粗砂級配范圍,細(xì)度模數(shù)3.1,MB 值1.0g/kg,石粉含量14.9%,壓碎值21%。

    機(jī)制砂3:重慶渝勝礦業(yè)有限公司,石灰?guī)r質(zhì),符合I 區(qū)粗砂級配范圍,細(xì)度模數(shù)3.1,MB 值1.0g/kg,石粉含量17.1%,壓碎值22%。

    機(jī)制砂4:重慶喆松鑫磊建材有限公司,石灰?guī)r質(zhì),符合I區(qū)粗砂級配范圍,細(xì)度模數(shù)3.2,MB 值0.8g/kg,石粉含量5.0%,壓碎值21%。

    河砂:湖南洞庭湖天然砂,屬于I區(qū)粗砂級配范圍,細(xì)度模數(shù)3.1,表觀密度2670kg/m3,含泥量2.1%。

    碎石:重慶市長壽區(qū)生產(chǎn)的石灰?guī)r質(zhì)5~25mm 連續(xù)級配碎石,含泥量0.8%,壓碎值8%。

    石粉:重慶渝勝礦業(yè)有限公司,45μm 方孔篩余量12.6%,碳酸鈣含量83%,MB 值0.9g/kg,流動度比102%,28d抗壓強(qiáng)度比71%,標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量28.0%,比表面積358m2/kg。

    減水劑:江蘇蘇博特新材料股份有限公司,PCA-I聚羧酸緩凝型高性能減水劑,與水泥、粉煤灰之間具有良好的相容性,減水率26%,含氣量2.5%,坍落度1h 經(jīng)時變化量20mm。

    拌合水:可飲用地下水。

    2 配合比設(shè)計(jì)及結(jié)果分析

    2.1 石粉含量對混凝土工作性能的影響

    選用C35 強(qiáng)度等級配合比來開展不同機(jī)制砂石粉含量的混凝土性能試驗(yàn),分析不同石粉含量對混凝土工作性能的影響,機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)統(tǒng)一控制在3.1。配制機(jī)制砂混凝土?xí)r,砂率在河砂配合比基礎(chǔ)上提高2%,使混凝土拌合物的性能基本保持一致。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

    表2 石粉含量對混凝土工作性的影響

    由表2可以看出,當(dāng)機(jī)制砂石粉含量在7.0%以內(nèi),水膠比在0.38 時,同工作性能的混凝土單方用水量與河砂混凝土單方用水量基本一致,此時,河砂的砂率可作為機(jī)制砂的等效砂率;等效砂率可以將石粉從砂中區(qū)別開來,不將石粉全部作為機(jī)制砂,以區(qū)別通常意義上的砂率。石粉含量對混凝土工作性能的影響可以通過等效砂率來體現(xiàn),在一定含量石粉時混凝土已具有良好工作性能的情況下,隨著石粉含量的增加,坍落度因混凝土拌合物稠度的增加而減小,故在調(diào)整配合比選取砂率或等效砂率時,需要兼顧石粉含量。

    當(dāng)石粉含量繼續(xù)增大,石粉含量分別在8%、10%時,混凝土的流動性隨之變差,要達(dá)到相同工作性能,混凝土的用水量或減水劑用量將相應(yīng)增大。因此將機(jī)制砂石粉含量7.0%作為一個界限,對超過該界限部分的石粉進(jìn)行量化計(jì)算,采用同水膠比來進(jìn)行混凝土單方用水量補(bǔ)充,從而使混凝土的工作性能滿足要求。選用目前普遍使用的C40、C35、C30 配合比來進(jìn)行試配,試配混凝土工作性能見表3。

    表3 混凝土配合比設(shè)計(jì)與調(diào)整

    由表3 可以看出,機(jī)制砂石粉含量超過7.0%時,對超過7.0%的石粉含量部分應(yīng)補(bǔ)充的用水量進(jìn)行計(jì)算,調(diào)整用水量后的混凝土性能能夠滿足工作性能要求,其坍落度實(shí)測值略大于石粉含量7.0%混凝土的坍落度,由于該石粉的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量與水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量基本一致,混凝土的粘聚性無太大差異。同理,隨著粉體材料總量的增加,要制成同樣工作性能的混凝土,就應(yīng)該增加同樣水膠比所對應(yīng)粉體所需的用水量。

    2.2 硬化混凝土抗壓強(qiáng)度及電通量

    機(jī)制砂1、機(jī)制砂2、機(jī)制砂3石粉含量分別為7.0%、14.9%、17.1%,其混凝土抗壓強(qiáng)度及電通量見表4。

    表4 混凝土抗壓強(qiáng)度及電通量

    從表4可知,機(jī)制砂石粉含量在7.0%時,各齡期混凝土的抗壓強(qiáng)度值最高、電通量最小,且優(yōu)于河砂混凝土。其主要原因在于適量的石粉能夠產(chǎn)生良好的微集料填充效應(yīng),可以讓砂漿連通孔變少,從而降低混凝土內(nèi)部空隙,有效提高混凝土的密實(shí)性,使混凝土強(qiáng)度及耐久性能得到提升。石粉顆粒具有完善膠材級配的作用,通過減小空隙率來減小用水量的需求。

    隨著機(jī)制砂石粉含量進(jìn)一步增大,混凝土的早期強(qiáng)度增長逐漸放緩。石粉含量為17.1%時,混凝土7d抗壓強(qiáng)度只達(dá)到同齡期河砂混凝土強(qiáng)度的70%左右。后期隨著齡期的增長,該影響逐步縮小,至120d 齡期時,抗壓強(qiáng)度趨于一致。56d 與120d 齡期的混凝土電通量隨著石粉含量的增大有微增,但增幅不大,處于同一水平。而大粉煤灰摻量的混凝土,漿體中過量的石粉在混凝土結(jié)構(gòu)中造成過度填充,增大了水泥顆粒間的距離,影響水泥水化膠結(jié)后的交聯(lián),混凝土的早期強(qiáng)度增長緩慢。隨著齡期的增長,膠凝材料會充分水化與石粉一起形成致密結(jié)構(gòu),后期強(qiáng)度與耐久性有快速增長。

    3 結(jié)束語

    本文研究結(jié)論如下:

    (1)針對混凝土中機(jī)制砂石粉含量超過7.0%的部分,采用同水膠比來對混凝土的單方用水量進(jìn)行補(bǔ)充調(diào)整,解決了混凝土工作性能差的問題,對混凝土的最終強(qiáng)度和耐久性影響很??;

    (2)采用大石粉含量的機(jī)制砂進(jìn)行混凝土配制時,建議混凝土抗壓強(qiáng)度的驗(yàn)收齡期宜為56d以上;

    (3)對早期強(qiáng)度增長要求較高的混凝土,機(jī)制砂石粉含量控制不宜過大。

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