來源: | 發布時間:2017年12月02日 | 字號:小-中-大 | 瀏覽次數:2418
張梓鑫,顧瑞,繆凱
(中建商品混凝土有限公司,湖北武漢430070)
摘要:通過水洗機制砂與石粉復配得到不同石粉含量的機制砂,并與天然河砂對比研究石粉含量對機制砂混凝土工作性能、力學性能以及體積穩定性(彈性模量、干燥收縮、受壓徐變)的影響。結果表明,機制砂混凝土的和易性較河砂差,適量的石粉(10%~15%)可以改善機制砂混凝土的和易性,并提高混凝土強度。機制砂混凝土的彈性模量隨著石粉含量的增加呈降低趨勢。相對于天然河砂,用含石粉的機制砂拌制的混凝土在早期干燥收縮較。且徐變系數隨著石粉含量的增加而增加。
關鍵詞:機制砂;石粉;混凝土;體積穩定性。
砂作為混凝土主要原材料之一,對混凝土性能影響顯著。由于天然河砂的過度開采,導致自然環境遭到嚴重破壞。采用廢石破碎而成的機制砂替代天然砂生產混凝土已成必然趨勢。由于機制砂顆粒表面粗糙、形狀不規則、級配不良且在生產過程中不可避免引入了石粉(<75μm)。石粉改變了傳統膠凝體系,勢必引起機制砂混凝土的收縮及徐變規律發生改變。在工程結構中,混凝土體積穩定性對耐久性及結構變形、開裂有重要影響。
為了挖掘機制砂潛在應用范圍,掌握機制砂性能對混凝土性能影響規律,國內外學者開展了廣泛的研究,但主要研究范圍局限于混凝土工作性及強度。機制砂主要性能指標石粉含量,對混凝土體積穩定性影響研究少有涉及。
開展石粉對機制砂混凝土體積穩定性影響研究,有助于揭示機制砂中石粉含量對混凝土收縮、彈性模量及徐變影響規律,為解決機制砂混凝土開裂問題提供理論與試驗依據。
(1)采用湖北華新水泥廠生產的P ?O 42.5水泥,其物理力學性能指標見表1。
(2)細集料采用岳陽砂和嘉魚縣胡秋陽采石場所供石灰巖質機制砂,細度模數為3.6,其級配曲線如圖1所示。
(3)石粉來自機制砂生產廠家所提供。
(4)外加劑來自中建新型建材廠所配制的ZJSS-Ⅳ型高效聚羧酸減水劑。
根據表2配制混凝土,并分別按以下標準成型試件及養護:
(1)混凝土抗壓強度及靜彈性模量試驗參照GB/T 50081-2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》??箟簭姸仍嚰捎?50mm×150mm×150mm的立方體試件,標養7天、28天后測量強度。靜彈性模量采用150mm×150mm×300mm的棱柱型試件,標養28天后測量。
(2)混凝土干燥收縮試驗參照GB-T50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》。干燥收縮試驗采用100 mm×100 mm×515 mm的棱柱體試件,試件成型后帶模養護1天,拆模后立即放入溫度為20±2℃,濕度60±5%的恒溫干燥室內。預置4小時候后開始采集初始值,并按以下指定時間間隔讀取變形值:1 d、3 d、7 d、14 d、28 d、60 d、90 d、180 d(從移入恒溫干燥室內計時)。
(3)混凝土徐變試驗參照GB-T50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》。試件采用100 mm×100 mm×400 mm的棱柱體試件。試件養護流程及條件保持與干燥收縮試驗一致,到達28天齡期時開始加載并讀取初始值。之后按以下指定時間間隔讀取變形值:1 d、3 d、7 d、14 d、28 d、60 d、90 d、150 d(從加載后開始計時)。讀取受壓徐變試件變形值的同時,應讀取同條件試件收縮變形值。
干燥收縮及徐變試驗相關照片如圖2所示。
混凝土工作性能及抗壓強度如表3所示,當石粉含量較小時(<15%)機制砂混凝土流動性較差,隨著石粉含量的提高,混凝土的粘聚性及保水性得到明顯改善,且石粉含量為10%的機制砂混凝土工作性能較佳。結果說明,適量的石粉引入可以增加漿體含量、填充空隙,彌補機制砂級配差、顆粒形狀粗糙導致混凝土和易性差的缺點。但過多的石粉會增加比表面積,吸附更多的自由水,導致漿體流動性變差。
由表3的強度結果可看出,機制砂混凝土強度高于普通河砂。隨著石粉含量的增加,機制砂混凝土強度不斷增加,石粉含量為15%時升高。繼續增加石粉含量,強度降低。石粉對混凝土強度的影響,主要原因是石粉的填充效應提高了混凝土的密實度,但石粉進一步增加(>15%)會導致漿體強度降低,削弱混凝土強度。
彈性模量是混凝土的一項重要指標,由于混凝土的非勻質性特點,其彈模大小受到集料特性、過渡區特性、漿體孔隙率等因素影響。石粉含量對機制砂混凝土的彈性模量影響如表4所示。
由表4可知,機制砂混凝土的彈性模量隨著石粉含量的增加呈降低趨勢,石粉含量為10%~15%的機制砂混凝土的彈性模量與普通河砂混凝土接近。機制砂對混凝土的彈性模量影響有以下兩點:首先,顆粒粗大且多棱角的機制砂在混凝土中起到骨架作用,限制了骨料的相對滑動和砂漿的變形,提高了混凝土彈模;第二,石粉豐富了漿體含量,使得機制砂的骨架作用被削弱,使得彈模降低。
干燥收縮經時規律如圖3所示。結果顯示,所有混凝土試件在90天齡期后干燥收縮逐漸趨于穩定。相對于天然河砂,用含石粉的機制砂拌制的混凝土在早期干燥收縮較大。主要原因是石粉在高堿環境中起到了晶核作用,加速了水化反應進程,另一方面微量的石粉能與水化產物發生反應,兩種效應的共同作用使得早期干縮較大。當石粉含量為10%時,混凝土試件的收縮值較大。這是由于當石粉含量較低時漿體量偏少,顆粒較大的機制砂能起到骨架作用抑制收縮,當石粉摻量較高時,混凝土漿體量增加,密實度更好,混凝土抵制收縮能力變強。
由圖4可以看出,機制砂及普通河砂混凝土的徐變系數與持荷時間成對數關系,即早期徐變快,后期變緩。機制砂混凝土的徐變系數與石粉含量密切相關,機制砂混凝土徐變系數隨著石粉含量的增加而增加。
當石粉含量較少時,粗大的機制砂顆粒相互摩擦力較大,對載荷下的變形有一定限制作用。隨著石粉含量的增加,混凝土漿體量增加,發生徐變的可能性增大。
(1)機制砂混凝土的和易性較河砂差,適量的石粉(10%~15%)可以改善機制砂混凝土的和易性,并提高混凝土強度。
(2)機制砂混凝土的彈性模量隨著石粉含量的增加呈降低趨勢,石粉含量為10%~15%的機制砂混凝土的彈性模量與普通河砂混凝土接近。
(3)相對于天然河砂,用含石粉的機制砂拌制的混凝土在早期干燥收縮較大。當石粉含量為10%時,混凝土試件的收縮值較大。
(4)機制砂及普通河砂混凝土的徐變系數與持荷時間成對數關系,機制砂混凝土徐變系數隨著石粉含量的增加而增加。