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交流借鑒:河砂含泥對機(jī)制砂混凝土性能的影響

更新時間:2021-08-24 15:37:53 點(diǎn)擊數(shù):4109

0前言

    基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模建設(shè)使得混凝土需求持續(xù)旺盛,帶動了混凝土原材料的大量使用,而國家對于天然砂石資源的管控使得天然砂供應(yīng)短缺,市場成本居高不下,機(jī)制砂作為替代資源在混凝土生產(chǎn)中得到應(yīng)用,取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。機(jī)制砂顆粒級配較差,顆粒形狀不規(guī)整,含有一定的石粉,在使用過程中易受到含粉量、MB 值等因素影響[1],需要對和不同材料搭配的使用效果進(jìn)行研究。

    天然河砂粒型規(guī)則,機(jī)制砂混凝土中河砂的加入能夠提高混凝土的漿骨比,改善混凝土的泵送效率,但隨著天然河砂資源的缺乏及開采難度的增加,天然河砂含泥已成為無法回避的問題,含泥量較多的河砂會影響混凝土的工作性能,并且混凝土的強(qiáng)度增長乏力,外加劑摻量也會增加[2]。

    本文針對河砂含泥對機(jī)制砂混凝土性能的影響進(jìn)行研究,以期為混凝土生產(chǎn)提供技術(shù)參考。

1  原材料及試驗(yàn)方法

1.1  原材料

(1)膠凝材料

水泥為海螺 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥,水泥的性能指標(biāo)見表 1;粉煤灰為Ⅱ級灰,需水比 98%,燒失量 3.5%;礦粉:S95,比表面積 402m2/kg。

表 1   水泥的性能指標(biāo)

(2)細(xì)集料

所取河砂細(xì)度模數(shù)為 1.5,含泥量 2%。本試驗(yàn)將河砂進(jìn)行反復(fù)沖洗,用 75μm 方孔篩取泥粉顆粒,進(jìn)行烘干備用,按照質(zhì)量比例稱取泥粉與干凈河砂混合,獲得不同含泥量的河砂。

機(jī)制砂為石灰質(zhì)原石制得,細(xì)度模數(shù)為 2.7,石粉含量為 12%,MB 值 1.8。

所用石子為小石(5~10mm)和大石(10~ 25mm)按照 2:3 比例混合而成。

(3)外加劑

聚羧酸減水劑,含固量 17%,廠家推薦摻量為 1.0%~4.0%,具體用量根據(jù)試驗(yàn)效果而定。

1.2  試驗(yàn)方法

(1)砂含泥量試驗(yàn)及篩分試驗(yàn)參照 GB/T 14684—2011《建筑用砂》進(jìn)行。

(2)混凝土工作性能按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行混凝土坍落度及擴(kuò)展度測試。

(3)混凝土力學(xué)性能試驗(yàn),按照 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》將混凝土充分拌和,成型 100mm×100mm×100mm 混凝土試件,覆膜養(yǎng)護(hù) 24h 后拆模,進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù),測試混凝土 3d、7d 和 28d 的抗壓強(qiáng)度。

(4)采用接觸法測試混凝土的干燥變形性能。按照混凝土配比成型尺寸 100mm×100mm×515mm 的棱柱體試件,每組 3 塊,并預(yù)埋測頭,帶模養(yǎng)護(hù) 1d 后脫模,測試室內(nèi)((20±2)℃、相對濕度為 50%)和標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)((20±5)℃、相對濕度≥95%)下不同齡期的混凝土收縮率,計(jì)算公式如下:

1.3  混凝土配合比

本試驗(yàn)選擇 C30 混凝土,混凝土基礎(chǔ)配合比及各原材料用量見表 2。

表 2   混凝土配比及原材料用量        kg/m3

2  試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1  河砂含泥量對外加劑摻量的影響

河砂的泥粉為 75μm 以下的細(xì)小顆粒,泥粉特殊的分子結(jié)構(gòu)使得其易吸水產(chǎn)生膨脹,同時對于外加劑也表現(xiàn)出較強(qiáng)的吸附性。以 C30 混凝土為例,測試混凝土坍落度在 (220±10)mm 時的外加劑摻量,探究河砂含泥對外加劑摻量的影響,結(jié)果見表 3 和圖 1。

表 3   河砂含泥量對外加劑摻量的影響含泥量(%)

圖 1   含泥量對外加劑摻量的影響

表 3 和圖 1 結(jié)果顯示,河砂含泥量從 0 增加至 15%,混凝土中外加劑摻量呈現(xiàn)大幅增加,外加劑對混凝土工作性能的改善效果明顯下降。

水泥加水后,水分被水泥顆粒包裹,外加劑的加入使得水泥表面顆粒附著同向電荷,從而使水泥包裹的水分得到釋放,混凝土流動性增加[3]。泥粉對外加劑的吸附優(yōu)先膠凝材料顆粒,使得外加劑分子首先吸附在泥粉顆粒表面[4],無法直接作用在水泥顆粒,使得外加劑摻量增加,對混凝土流動性的作用效果降低。

2.2  河砂含泥對混凝土工作性能

混凝土良好的工作性能是保證混凝土強(qiáng)度和耐久性保證的前提,拌合物良好的和易性和坍落度保持能力是衡量混凝土出機(jī)質(zhì)量的重要指標(biāo)。以表 2 混凝土配比為基礎(chǔ),研究不同機(jī)砂含泥量對混凝土工作性能的影響,結(jié)果見表 4。

表 4   河砂含泥量對混凝土工作性能的影響

表 4 的試驗(yàn)結(jié)果顯示,河砂含泥增多,混凝土拌合物的坍落度和擴(kuò)展度都有不同程度的下降。河砂含泥低于 2.5% 時,混凝土初始坍落度和擴(kuò)展度相比不含泥河砂損失較小,且 1h 后的混凝土坍落度和擴(kuò)展度損失也相對較低;當(dāng)河砂含泥量進(jìn)一步增加,混凝土拌合物初始狀態(tài)降低明顯,混凝土流動性顯著降低,經(jīng)時坍損也大幅增加;當(dāng)河砂含泥在 15% 時,在相同的外加劑摻量下,混凝土初始坍落度相比基準(zhǔn)下降 20%,1h 坍落度下降超過 30%。

2.3  河砂含泥量對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

抗壓強(qiáng)度反映了混凝土結(jié)構(gòu)抵抗外來荷載和自身應(yīng)力的能力,抗壓強(qiáng)度的影響因素較多,原材料質(zhì)量、配合比設(shè)計(jì)以及施工養(yǎng)護(hù)優(yōu)劣都對混凝土強(qiáng)度造成影響,河砂含泥會造成混凝土工作性能下降,對混凝土抗壓強(qiáng)度也會產(chǎn)生一定影響,對此測試不同含泥量的河砂拌制的混凝土的 3d、7d、28d 抗壓強(qiáng)度表 5、圖 2。

表 5   河砂含泥量對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

圖 2   河砂含泥量對混凝土不同齡期強(qiáng)度的影響

表 5 和圖 2 結(jié)果顯示隨著河砂含泥量增加,混凝土 3d、7d 和 28d 抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)不同程度的降低,當(dāng)河砂含泥量較低時(2.5%)混凝土抗壓強(qiáng)度下降幅度不大,這是因?yàn)樯爸幸欢ê嗄軌驅(qū)λ中纬梢欢ò沟没炷帘K蕴岣撸?dāng)砂中泥含量進(jìn)一步增加,泥對外加劑和水分的吸收大幅降低了混凝土的工作性能,這些泥粉顆粒吸附在膠凝材料表面,使得漿體和骨料的結(jié)合能力下降,混凝土出現(xiàn)更多的微裂紋,混凝土強(qiáng)度下降。圖 2 結(jié)果同時可以看出河砂含泥對混凝土 28d 強(qiáng)度影響較大,這是因?yàn)槟喾蹖λ值奈捷^快,失水也較快,混凝土持續(xù)水化所需水分不足,混凝土膠凝產(chǎn)物生成量少,對強(qiáng)度的影響更加明顯。

2.4  河砂含泥量對混凝土體積收縮的影響

泥粉容易吸收水分從而產(chǎn)生體積膨脹,當(dāng)環(huán)境干燥水分容易散失,河砂含泥對混凝土有效水膠比造成波動,使得混凝土需水量增加,養(yǎng)護(hù)不善對混凝土體積穩(wěn)定性造成一定影響,試驗(yàn)測試了河砂含泥對標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)和室內(nèi)干燥養(yǎng)護(hù)下的混凝土收縮的影響,結(jié)果見表 6、圖3。表 6 和圖 3 結(jié)果顯示無論標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)還是干燥養(yǎng)護(hù),河砂中泥含量增加都會加大混凝土的體積收縮,當(dāng)干燥養(yǎng)護(hù)時,水分不足,水泥水化需要較多的水分,泥粉對水分的包裹使得水泥水化受阻,水化硅酸鈣和鈣礬石生成量不足,無法起到補(bǔ)償收縮的作用,隨著齡期增長,泥粉包裹的水分又加速散失,混凝土內(nèi)部微裂紋增多,進(jìn)一步加大了混凝土的收縮。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下,水分能夠得到良好補(bǔ)給,水泥水化所需水分充足,混凝土生成的水化產(chǎn)物能夠部分補(bǔ)償混凝土收縮,進(jìn)而混凝土的體積收縮大幅降低。

表 6   河砂含泥對混凝土體積收縮的影

圖 3   河砂含泥對機(jī)制砂混凝土收縮的影響

3  結(jié)論

(1)河砂含泥增加,混凝土達(dá)到相同工作狀態(tài)所需的外加劑用量增加,說明砂中的泥會增大對外加劑的吸附,使得外加劑的減水效率下降。

(2)含泥量對混凝土初始工作狀態(tài)影響較大,較低含量的含泥能夠提高混凝土的保水性,但都使得混凝土工作性能下降,混凝土經(jīng)時坍損也隨著砂中泥含量增加而提高。

(3)含泥量較低(2.5% 以下)時混凝土抗壓強(qiáng)度損失相對較少,含泥量增加對各齡期混凝土強(qiáng)度均有負(fù)面影響,且對于混凝土 28d 抗壓強(qiáng)度影響更為顯著。

(4)河砂含泥會增大混凝土體積收縮,良好的養(yǎng)護(hù)條件有利于機(jī)制砂混凝土降低收縮,含泥量相同的同齡期混凝土,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)收縮低于干燥養(yǎng)護(hù)。

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