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C100高强机制砂混凝土的制备及其机能研讨

公布日期:2018-08-02   阅读次数: 次

C100 高强机制砂混凝土的制备及其机能研讨

张坤,管民生,杜宏彪

(深圳大学土木工程学院,广东深圳 518060)

 

摘 要

自然河砂资本日趋削减,利用机制砂替代自然河砂配制混凝土已成趋向。以机制砂作细骨料,思索原材料拔取,经由过程共同比设想,设想出了C100 机制砂高强混凝土;并研讨了差别质料形状以及差别石粉含量(3%、5%、7%、10%)对机制砂混凝土强度、事情性和膨胀性的影响。成果表白,该混凝土具有优良的事情机能与力学性能,满意结构设计要求,且石粉对混凝土机能影响较大,为工程实践使用供给参考。

关键词

高强机制砂混凝土;质料形状;石粉。

0 引 言

混凝土不断是人类最大宗的建筑结构质料之一,跟着建立的不断发展,人们对混凝土的需求量愈来愈大,而砂作为混凝土的次要原材料,其用量也不竭增大。今朝建筑工程上常用的砂为自然砂,自然砂是天然构成的,价格便宜,取材也比力便利,但自然砂是一种不成再生资源,跟着地区经济的开展和生态环境建立需求的增大,自然砂日趋面对着求过于供的状况,因而寻觅一种新的砂源来替代自然砂已迫在眉睫。近年来,因为自然砂资本的欠缺,机制砂作为一种新型的修建用砂,愈来愈遭到人们的正视,不只停止了大量的实验研讨和工程使用,并且还被正式列入国家标准。可是大多数研讨和使用集合于中低强度混凝土,而对高强机制砂混凝土的研讨和使用比力少,以是本实验就机制砂C100 高强混凝土的制备及其机能停止了研讨。

1 试 验

1.1 实验质料

水泥接纳华润P·O52.5 级水泥,实测抗压强度为62.3MPa。粗集料由巨细两种玄武岩碎石混淆而成,按比例1∶3将两种碎石配成5~31.5 mm 持续级配碎石。细集料选用野生毁坏而成的机制砂,本实验接纳了两种差别的机制砂质料形状(石灰石、卵石),各质料形状参数见表1。外加剂接纳高效聚羧酸减水剂,其型号为CP-WRM50。

表1 机制砂物理性能


 

1.2 实验办法

按照混凝土共同比设想的普通划定:高强混凝土共同比应经实验肯定,砂率宜接纳37%~44%,外加剂与矿物掺合料的种类、用量应由适配决议;硅灰掺量不宜大于10%,矿物掺量宜取25%~40%。按照上述要求并经由过程屡次调解,肯定了C100 高强机制砂混凝土设想共同比,见表2。此中细骨料选用由石灰石和卵石破裂而成的机制砂,考虑到机制砂石粉含量较多,经由过程筛分将石粉含量从3%递增到10%,阐发石粉含量对混凝土事情性、强度和膨胀性的影响。

表2 C100 机制砂混凝土共同比


 

2 实验成果与阐发

石粉是在制备机制砂时发生的,虽然制备机制砂的工艺差别,但城市发生一定量的石粉,它根本没有活性,可是对混凝土的机能有较大的影响,因而列国标准都对机制砂中的石粉含量做了划定。我国对石粉含量的要求基本上是按混凝土强度品级来分别的:小于C30 的混凝土,石粉含量<7%;强度品级为C30~C60 混凝土,石粉含量<5%;强度品级大于C60 的混凝土,石粉含量<3%。能够看出,关于机制砂中的石粉含量,我国掌握的比力严厉,可是国内外很多学者对机制砂中石粉含量做了大量的研讨,发明高石粉含量不是越少越好,高石粉含量也能改进混凝土的机能。本研讨为了考查石粉含量对钢管机制砂混凝土黏结机能的影响,将石粉筛分成了4 组(3%、5%、7%、10%),实验成果见图1 和表3、4。

2.1 高强机制砂混凝土的事情性

由图1和表2、3能够看出,不管机制砂的质料形状是石灰石仍是卵石,石粉含量对混凝土的坍落度和扩大度均有明显影响:混凝土的坍落度和扩大度随石粉含量的增长而逐渐减小。并且我们看到,A1、A2、B1、B2 的黏聚性稍差,A3、B3的适中,A4、B4 黏度较强,且离析性和泌水性也愈来愈不明显,这阐明跟着石粉含量的增长,不只机制砂混凝土拌合物的黏聚性加强,其离析性和泌水性也获得改进。阐发缘故原由是:一方面,机制砂中的石粉增大了混凝土中粉体的质量比例,使泌水性获得提高。另一方面,石粉还能够起光滑感化,使混凝土砂与砂之间的摩擦减小,流动性加强,改进了混凝土的和易性,但当石粉含量过多时,会招致浆体中自在水量过少,又会使混凝土拌合物变粘稠。


图1 混凝土事情性随石粉含量的变革
 

表3 石灰石机制砂混凝土拌合物事情性及其强度


 

表4 卵石机制砂混凝土拌合物事情性及其强度


 

2.2 高强机制砂混凝土的强度

按照表3、4,能够得出混凝土强度随石粉含量的变革干系,如图2所示。由图2 和表2、3能够看出,由石灰石和卵石质料形状配制的C100 机制砂混凝土,其强度都可满意要求,但质料形状为石灰石的机制砂混凝土强度比卵石的略高,阐发能够是由于石灰石破裂后较卵石含有相称比例的石粉,而石粉中的很多微粒子具有添补感化,从而使混凝土结构愈加密实。两种机制砂混凝土的强度都随石粉含量的变革干系见图3。从图3中看出,当石粉含量较少时,混凝土强度随石粉含量的增长而增长,强度在石粉含量为7%时最高,以后随石粉含量的增长强度略有低落,阐明7%之内的石粉含量对混凝土的强度有增进感化。各种试件的7、28 d 强度值之比相差不大,A、B 组平均值别离为79%、83%,阐明石粉含量对混凝土强度随龄期的变革影响不大。


图2 混凝土强度石粉含量与混凝土强度干系曲线


图3 不同龄期的混凝土强度与石粉含量干系曲线
 

从强度和和易性方面思索,倡议在配制高强机制砂混凝土时,可将机制砂石粉含量放宽至7%。

2.3 高强机制砂混凝土的膨胀性按照图4实验中实测的混凝土膨胀值能够发明,质料形状为石灰石的高强机制砂混凝土,其膨胀值团体要比卵石的略小。阐发是由于石灰石较卵石自己外表粗拙,和水泥的黏结力强,限定了混凝土的膨胀。按照图4能够发明,高强机制砂混凝土的干缩值会随龄期以及石粉含量的差别显现出差别的纪律:在7 d 龄期从前,混凝土的膨胀值根本随石粉含量的增长呈线性增加形态,而在7 d 龄期以后(含7 d),混凝土的膨胀值不再单一的随石粉含量的增长而增长,而是显现出先增加后减小的形态:当石粉含量小于7%时,混凝土的膨胀值随石粉含量的增长而增大;当大于7%时,跟着石粉含量的增长,各龄期膨胀值却减小,这根本与蔡基伟的研讨成果根本分歧。阐发缘故原由是石粉含量比力小时处于硅酸盐水泥的水化产品Ca(HO)2的高碱情况中,其中的Ca(HO)2、水化硅酸钙等能够与石粉发作水化反响,使水泥的水化产品析出晶体-碳酸钙晶体,即充任了胶凝质料的一部分使混凝土的浆体量增大,近而使混凝土膨胀性变大,这类征象在早龄期以及低石粉含量时处于主导职位;当石粉含量过多时,只要大批石粉能够到场上述反响,而石粉的颗粒比力细,过剩的石粉能够将混凝土中的空地部门停止添补,使其愈加密实,继而抑止了浆体的膨胀,使混凝土膨胀性变小。


图4 差别石粉含量下混凝土不同龄期干缩曲线
 

3 结 语

(1)机制砂质料形状和石粉含量均对高强机制砂混凝土的强度有影响:质料形状为石灰石的机制砂混凝土,其强度比卵石的略高;当石粉含量较少时,混凝土强度随石粉含量的增长而增长,强度在石粉含量为7%时最高,以后随石粉含量的增长强度略有低落。

(2)适当的石粉能够提高高强机制砂混凝土的坍落度,并改进其事情性;从强度和和事情性方面思索,倡议在配制高强机制砂混凝土时,可将石粉含量放宽至7%。

(3)高强机制砂混凝土的膨胀性受机制砂原始形状的影响不大,但受龄期以及石粉含量的影响较大:在7 d 龄期从前,混凝土的膨胀值随石粉含量的增长而增大,而7 d龄期当前(含7 d),混凝土膨胀变革以石粉含量7%为分界点:当石粉含量≤7%时,膨胀值随石粉含量的增长而增大;当≥7%时,膨胀值随石粉含量的增长而减小。

(4)机制砂中含有一定量的石粉对高强机制砂混凝土是无益的,机制砂其实不是“越洁净越好”,这不仅能够削减机制砂消费及去粉历程中形成的环境污染、资本华侈,还低落了建立本钱。

高强超高强混凝土原材料的选用

与一般混凝土比拟,高强、超高强混凝土在原材料的选用上极其严厉,各原材料均应契合响应的技术指标,才可配制出强度满意设想要求、泵送施工机能和经久机能优良的混凝土。

1、水泥

国家标准中水泥强度品级是水灰比0.5时水泥胶砂28d抗压强度的成果。在制备高强、超高强混凝土时,水胶比要低落到0.27~0.18范畴,以至更小。接纳P·O42.5水泥完整可制备出C80~C100高强、超高强混凝土,今朝所利用的水泥强度品级从P·O42.5级到P·II52.5R级不等,但有文献指出水泥胶砂28d抗压强度不宜小于52MPa,混凝土的强度才可得以保障,对C100强度品级及以上的超高强混凝土利用P·O52.5或P·II52.5R水泥更加幻想。水泥强度满意要求的前提下,一方面需尽量选用尺度稠度需水量小的水泥种类,不然双方用水量很罕见以掌握;另一方面该当选用中低热水泥,低落水泥水化放热,这对混凝土的经久机能是有益的。在配制高强、超高强混凝土时需留意胶凝质料间的公道搭配,而非纯真提高水泥用量。统计数十组C80~C100混凝土共同比,水泥用量在302~535 公斤每立方米较大范畴变革,但总胶凝质料根本在550~600公斤每立方米范畴。

2、矿物掺合料

高强、超高强混凝土强度影响最主要的身分是水泥在胶凝质料中所占的比例,在一定范围内,跟着水泥掺量增长,混凝土强度增大。但制备C80及以上强度品级的混凝土,矿物掺合料是必不可少的组分,常见的矿物掺合料有硅灰、矿渣粉、粉煤灰、微珠粉、自然沸石粉等。研讨表白硅灰具有较高的活性,能够在很短的时间内与水泥水化反响天生的氢氧化钙发作二次反响,天生低钙型C-S-H凝胶,改进了混凝土的界面构造,提高混凝土的强度,尤其是晚期强度,在高强、超高强混凝土的配制中具有极端主要的感化。

GB/T18736—2002《高强高机能混凝土用矿物外加剂》和GB/T27690—2011《沙浆和混凝土用硅灰》要求,硅灰的二氧化硅含量≥85%,比表面积≥15000平方米每公斤,当用于高强和超高强混凝土中时,对硅灰的机能要求更高。丁庆军以为用于高强高机能混凝土的硅灰应契合下述质量指标:一是活性无定形二氧化硅含量不小于90%;二是比表面积不小于18000平方米每公斤;三是密度在2200公斤每立方米阁下;四是均匀粒径0.1~0.2μm。掺入硅灰混凝土的粘度会增大,给混凝土的泵送施工带来艰难,硅灰与微珠粉复掺利用时阐扬超叠加效应,表现出较好的事情机能,既可满意晚期强度要求,同时前期强度增加不变。因为硅灰需水量较大、对膨胀倒霉,其掺量普通掌握在8%以下;也有研究者把掺量提到10%,需掺加收缩剂来弥补膨胀。

矿渣粉按照其比表面积可分为:(1)一般磨细矿渣粉,即商品搅拌站常用的S95级矿渣粉,比表面积普通为400~500平方米每公斤,均匀粒径15~25μm,因为与水泥颗粒的粒径根本相称,微细添补效应普通,前期强度开展与水泥持平,凡是与硅灰或粉煤灰等复掺利用,低落胶材水化放热和改进浆体的粘聚性;(2)超细矿粉,比表面积在600~1200平方米每公斤范畴,超细矿粉具有很好的添补效应,对混凝土强度奉献也较大,其缺陷是水化放热速度快、放热量大,对构造耐久性倒霉,掺量要适中,凡是应用于超高强混凝土的配制。

高强度混凝土接纳粉煤灰的目标是改进流动性,低落水化放热和用水量,粉煤灰的品格要求优秀,凡是利用的为Ⅰ级粉煤灰。跟着粉煤灰资本化操纵水平的提高,Ⅰ级粉煤灰呈现求过于供的场面,仅在高铁、水利和核电等主要工程中利用,商品搅拌站很难得到机能优良的Ⅰ级灰,房建工程使用相对较少。当混凝土强度品级大于C100时,不再掺加粉煤灰,次要是混凝土结构中未发作水化反响的空心玻璃珠成为缺点,影响超高强混凝土的强度。微珠粉作为一种新型的掺合料,较粉煤灰颗粒更细,玻璃珠含量更高,其使用也愈来愈普遍。

自然沸石粉用作高强、超高强混凝土矿物掺合料,跟着掺量增长,混凝土坍落度变小,需水量增大,强度有细微的低落,但对混凝土的膨胀有较着的改进感化。也有文献利用钢渣粉制备出C80混凝土,但混凝土和易性达不到施工要求,工程上难以推行使用。陶瓷微粉是陶瓷厂抛光粉经挑选烘干而得的产业副产品,其二氧化硅含量达70%以上,颗粒粗大,笔者测验考试不掺硅粉状况下用其制备C80高强混凝土,实验成果表白在掺量为3%时,不只能够改进混凝土的和易性,混凝土密实度也大大提拔,混凝土28d强度达95MPa。

3、外加剂

高强、超高强混凝土的制备需接纳高机能减水剂,其机能的好坏并不是表现在减水率上,而是在于混凝土强度与和易性的均衡,既包管混凝土含宇量不能太高(低于2.5%),又要有优良的扩大力。因为不同类型的减水剂对混凝土强度的影响也不同,减水剂的选用要按照胶凝质料来定,利用上要有较着的饱和掺量、较低的掺量和较小的坍落度丧失等,减水剂需选用高浓度型,在利用时也要思索减水剂的含水率。高强、超高强混凝土胶凝质料用量较大,膨胀是需求重点思索的成绩,收缩剂以及加强养护的外加剂凡是利用在混凝土中,收缩剂的种类和掺量要稳重挑选,以掌握适宜的限定膨胀率和限定干缩率。

4、骨料

高强、超高强混凝土所用碎石粒径较小,普通为5~20mm,一是从质料界面构造思索高强高机能混凝土需选用较小粒径的骨料,二是与高强混凝土浇筑部位钢筋麋集有关;但关于某些钢管混凝土,内部没有钢筋笼的状况,骨料粒径可恰当地增大,这对体积稳定性是有益的。粗骨料的强度对混凝土强度的影响与其沙浆强度干系亲密,可察看混凝土试件的断面,当混凝土断裂毁坏点发作在骨料处时,混凝土的强度受骨料制约,反之亦然,要求岩石的抗压强度与混凝土的设想强度之比不应小于1.5。粗骨料的石粉含量对混凝土的强度与和易性影响较大,次要是由于石粉含量较多时招致外加剂的减水结果变差,用水量增长,坍落度丧失增大;另一方面界面的粘结强度也会减弱。砂对高强和超高强混凝土的影响次要表现在混凝土的和易性方面,倡议利用细度模数2.6~2.9的中砂,研讨表白相宜的砂率对高强混凝土强度影响不大,砂率在最佳值时混凝土的可泵性可得以改进。在本地地域河砂资本紧缺,机制砂得以普遍的利用,掺加部门或局部机制砂制备高强和超高强混凝土的研讨成为趋向,也有研究者接纳偏高岭土尾砂、黄金尾矿等制备高强和超高强混凝土。粗细骨料利用的比例,需经大量的实验来肯定,挑选适宜的浆骨比,对混凝土拌合物事情性的改进效果显著。消费高强和超高强混凝土,因为水的超敏感性,骨料最相宜连结面干形态,制止消费含水率不精准形成共同比失真,骨料仓密封是切实可行的法子。

5、水

有文献报导利用搅拌站废水配制C80混凝土,但持久的研讨表白搅拌站废水因为含有残留的减水剂、未水化的水泥悬浮颗粒、以及石粉胶团等,随搅拌工夫差别废浆水浓度差别,消费高强混凝土掌握上很难操纵,必需接纳自来水停止消费。实验成果表白接纳不异共同比时,收受接管废水、自然雨水和自来水制备的混凝土固结工夫和强度差别较大,前二者均耽误混凝土的固结工夫,但会减弱强度。

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国外砂石协会

2018年08月02日

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