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粉体体积对机制砂低强度混凝土和易性的影响

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第1O卷第6期 铁道科学与工程学报 JOURNAL OF RAILWAY SCIENCE AND ENGINEERING V0I.1O N0.6 Dec 2013 2013年12月 粉体体积对机制砂低强度混凝土和易性的影响 徐大祯 ,李固华 ,魏群 ,郜进良 。于春辉 (1.西南交通大学土木学院,四川成都610031;2.巴南高速公路有限公司,四川成都610041) 摘要:为解决机制砂低强度等级混凝土出现的泌水粘聚性差等问题,采取室内试验研究粉体体积对机制砂低强度等级混 凝土和易性的影响。提出粉体体积当量系数概念,并研究其合理粉体体积。研究结果表明:可以用粉体当量系数算得的粉 体体积来评定新拌机制砂低强度等级混凝土的和易性,并提出合理当量粉体体积为150—160 L/m 。 关键词:机制砂;低强度;粉体体积;和易性 中图分类号:TU528 文献标志码:A 文章编号:1672—7029(2013)06—0069—05 Research on the effect of powder volume on the workability of low strength manufactured sand concrete XU Dazhen ,LI Guhua ,WEI Qun ,GAO Jinliang ,YU Chunhui (1.College of Civil Engineering,Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,China; 2.Banan Highway Co.,Ltd,Chengdu 610041,China) Abstract:To solve the problem that the cohesiveness and bleeding of low strength manufactured sand concrete iS poor,laboratory experiment was adopted to study the impact of powder volume on the low strength manufactured sand concrete workability.And the concept of powder volume equivalent coefficient was proposed to study the reasonable powder volume.The experimental results show that the workability of freshly mixed low strength man- ufactured sand concrete can be evaluated with powder volume calculated by equivalent coefficient and the reason- able powder equivalent volume is 1 50—1 60 L/m . Key words:manufactured sand concrete;low strength concrete;powder equivalent volume;workability 随着建筑业的迅速发展,建筑用砂的需求量急 剧增大,而河砂资源面临着严重短缺的现状,混凝 量少,混凝土拌合物常常分层离析很严重,加入粉 体可以提高其保水性、粘聚性,在一定粉体量范围 内也可能提高混凝土流动性能 ,但是由于各 土用砂供需矛盾日益突出。用机制砂代替河砂作 为混凝土的细骨料已成为混凝土发展的新趋 种粉体可塑性等性能差别很大,同是粉体在混凝土 中的表现不同¨ ,如水泥、粉煤灰、硅灰、各种石 粉、保水剂粉、超细纤维等差异很大。为便于试验 研究,作者提出当量粉体的概念,粉体是指较细粉 粒的聚集物,把粒径小于100恤m的粒子称为 “粉”,大于100 m的粒子称为“粒”。通常把机制 砂颗粒粒径在0.075 mm以下的颗粒称为石粉。 势_l I2 J。但是,机制砂配制低强度等级混凝土的和 易性差,常常出现泌水现象,粘聚性差,严重降低混 凝土拌合物的可泵送性以及混凝土结构物的表观 质量。为解决机制砂配制低强度等级混凝土和易 性差问题。有学者提出用石粉、或粉煤灰来解决这 问题 J。并指出在混凝土拌合物中,粉体能够 有效的增大混凝土集料间的润滑作用 一 ]。尤其 一粉体是细微颗粒的集合,具有巨大的比表面积,其 在自然状态下是蓬松的,在挤压或振捣时密实,各 在低强度机制砂混凝土中,由于水胶比大,水泥用 收稿日期:2013—03—08 基金项目:巴南高速有限公司科研项目(R054321 101010796) 作者简介:徐大祯(1988一),女,山东济南人,硕士研究生,从事机制砂混凝土和易性及耐久性研究 70 铁道科学与工程学报 种粉体有各自的特性,对混凝土和易性影响也不 同。因此当量粉体体积是粉体体积与当量系数乘 积,当量系数是在规定的浆体稠度下,各粉体需水 量与硅酸盐水泥需水量比值。本文通过采用室内 实验,采用廉慧珍提出的高性能混凝土配制理 念 进行配制,分析当量粉体体积应用的可行性, 推荐低强度混凝土最优的当量粉体体积。 1 试验 1.1试验材料 (1)水泥:试验采用都江堰拉法基水泥有限公 司生产的拉法基P.042.5水泥,水泥密度为3.06 g/cm ,标准稠度用水量为28.0%。 (2)外加粉体:试验用的矿物粉体为Ⅱ级粉煤 灰和市售粒度为0.15 mm石灰石石粉,主要性能 见表1 表1粉体的密度及表观密度 加 ∞ 踟 ∞ Table 1 Density and performance density of coal ash (3)减水剂:试验采用的减水剂是四川巨鑫牌 减水剂,其最大掺量1.7%。 (4)粗集料:试验中粗集料为粒级5~15 mm和 16~25 mm 2种碎石掺配使用,掺配比例为4:6。掺 配后的混合粗集料为5~25 mm连续级配碎石,连续 碎石的表观密度为2 680 kg/m ,松散堆积密度1 530 kg/m ,空隙率43%,压碎指标为10%。 (5)细集料:试验采用花岗岩机制砂以及石粉 含量较低的机制砂一(含有砂岩、花岗岩及少量的 石灰岩的卵石破碎而成)。各参数指标见表2和 表3,级配曲线如图1所示。 (6)水:自来水。 表2试验用机制砂的累计筛余和细度模数 Table 2 Experiment with mechanism of the cumulative triage and fineness modulus of sand 编号 一 鱼 堡墨 堕 胁 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 花岗岩机制砂0.23 20.69 40.97 53.81 72.25 80.26 2.67 机制砂一4.45 20.64 34.74 43.90 73.15 85.08 2.462 表3机制砂的各项性能指标 Table 3 Performance index of manufactured sand sand 《 嚣 : 加 O 4.75 2.36 1.18 0.60 0_30 0 15 0.075 筛孔尺't/ram 图1 试验用机制砂级配曲线 Fig.1 Grading CHIVe of granite sand 1.2试验方案 试验内容分3部分: (1)测定每种粉体的标准稠度用水量,确定其 相对水泥的体积当量系数。 (2)利用各粉体的当量系数并参照廉慧珍教 授高性能混凝土配制原则。在相同水胶比下改变 粉体体积,观察不同粉体体积下混凝土的和易性 (评定标准见表4),确定最优粉体体积。 (3)利用确定的最优粉体体积,在相同水胶比 下配制用水量、砂率不同的混凝土。观察新配混凝 土是否能够满足和易性的要求,最终确定当量粉体 体积是否能够评定和易性。根据1:程需要确定工 作性见表4。 1.3试验步骤 各粉体体积当量采用GB/T l346__201 1(《水 泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》) 测定。除水泥外各粉体与水泥按3:7的比例混 合,把制备好的粉浆装入水泥稠度仪中,拧松试锥 的制动螺丝,让其自由下落,30 S后测出试锥的下 落深度。以试锥下沉深度(30 4-1)mm时的拌和水 量为混合粉体的标准稠度用水量。否则重新取样 再测 ∞ 第6期 徐大祯,等:粉体体积对机制砂低强度混凝土和易性的影响 表4本实验要求混凝凝土工作性的评定指标 Table 4 Evaluation indicator concrete workability required in the experiment 用水量180 kg/m ,掺人40%的Ⅱ粉煤灰,砂为花 岗岩机制砂,砂率分别为30%,35%和45%进行配 比。最终配比见表6。 表5各粉体体积当量 Table 5 Powder equivalent volume 采用石粉含量4.1%的机制砂一,配比如下: 这3项指标中,取其全部满足的项目确定其等级。如坍落度 水胶比为0.6,用水量170 kg/m ,掺人40%的Ⅱ粉 为190~220 mm,但是泛浆、离析等,定为“较差”。 煤灰,砂率为43%,粉体体积从146 L/m 到173 L/m ,每次增加4 L/m ;采用水胶比为0.6,用水量 假定单位体积水泥达到标准稠度时的用水量 为 ,不同单位体积粉体达到标准稠时的用水量 为 ,定义粉体体积当量为K,则K= 。用此公 y c 170 kg/m ,粉体体积固定为158 L/m ,砂率从 45%到31%,砂率每减小2%。最后,在水胶0.6, 砂率43%的条件下,用水量从168 kg/m 到156 ks/m。式测得的粉体体积当量见表5。考虑到砂子中细 颗粒也有一定的需水量,据试验暂假定其粉体中的 石粉当量系数取1.5。 本试验采取研究低强度等级混凝土。考虑到 每次减少3 kg/m。水。同时,粉体体积从 154 L/m。到126 L/m ,每次减少4 L/m 。综合这 ,些配比下工作性的表征来反映工作性与当量粉体 体积的关系。 混凝土耐久性最大水胶比的要求,取水胶比0.6, 表6花岗岩机制砂混凝土配比 Table 6 The matching of new concrete with manufactured sand 2试验结果 试验结果见表7、图2和图3。 加相当于增加浆骨比。因此,粉浆体积的增大可以 一定程度上改善机制砂混凝土的和易性。但是,每 种粉体改善的程度不同,用当量粉体更能够解释说 明粉体的作用。 从图2可知:新拌机制砂混凝土的塌落度随粉 根据表7中对和易性的描述可以看出:适当提 高粉体体积能够改善机制砂混凝土的和易性,可以 改善其泌水现象,并提高混凝土的粘聚性。从编号 S1A和S1B的试验结果来看:虽然两组试验塌落 体体积的增大而增大,而其扩展度随粉体体积的增 大先增后减。表明新拌机制砂混凝土中的粉体体 积增大时,新拌混凝土的粘聚性增加,而流动性先 度和扩展度一样,但从试拌情况看SIA轻微泌水, 粘聚性不好。而S1 B的新拌机制砂混凝土正常塌 变好后变差。当新拌混凝土中粉体体积在合理范 落,并且无泌水,粘聚性较好。这是因为石粉和胶 凝材料类似,填充骨料空隙,包裹在骨料表面,从而 增加了骨料间的粘结作用,提高了新拌混凝土的保 水性。低强度等级混凝土胶凝材料低,粉浆体积增 围内增加时,粉体能有效的填充到集料的空隙中, 包裹并润滑集料颗粒,使集料间的粘结力增大,表 面的摩擦变小,故其粘聚性增加,流动性变好。当 粉体体积持续增大时,集料间的粘结力继续增大。 72 铁道科学与工程学报 由于粉体含量过高,粉体表面积增加过多,不能充 分发挥其润滑作用,导致粉体颗粒问的摩擦力增 大,混凝土的流动性降低。故选取新拌混凝土粘聚 性较大,流动性较好时的粉体体积为最优粉体体 积。花岗岩机制砂低强度混凝土中最优粉体体积 为155~160 L/m 。 表7减水荆为0.72%时不同砂率及粉体体积对混凝土和 易性影响 Table 7 The effect of sand and ash’S volume on concrete work. ability at water reducing 0.72% 编号砂率塌落度扩展度 和易性描述 工作性 /mm /mm 评价 2__密 _l l ∞ 舯 ∞ ∞ ∞ 一 一~ , .} 1 一  一、 一 ■ 一、一、、、 二 7f 一 、~ / 225 520 220 5 J0 口215 o0盍 瓣 490 强2l0 卓 480 205 470 145 l5O 155 l60 】65 粉体体积几 215 510 210 508 205 506魁 200 强 504婶 l95 l90 502 l5O l55 l 6(】 165 粉体体积,L 520 480 440蟊 唑 400 36() l50 l52 l54 l56 l58 160 l62 l64 166 l68 粉体体积,l 520 48() 440 g 鳅 400皑 晶 360 320 l48 l52 l56 l60 l64 粉体体移】√L (a)s3;(b)s,4;(c)s5系列;(d)H系列 图2粉体体积对机制砂混凝土工作性的影响 Fig.2 Impact of powder volume on the workability of concrete 采用机制砂一,当用水量为170 L,改变当量 粉体体积进行配比,根据其和易性的表现绘制图2 (d),从其粉体体积与塌落度及扩展度的关系曲线 也可以看出:当粉体体积在150~158 L/m。范围内 增大时,塌落度降低,扩展度增大。但当粉体体积 增大到162 L/m 时新拌混凝土的塌落度,扩展度 均降低,并且新拌混凝土变得干硬。为改善其和易 性,增加减水剂至0.83%,但新拌混凝土出现泌 水、离析等现象。因此,当用水量适当降低,粉体体 积在153~163 L/m 之间时,新拌混凝土表现出的 工作性较好。 在水胶比为0.6的前提下,汇总不同配比下粉 体体积与新拌混凝土工作性的关系,见图3。从图 3可以看出:有优良工作性的混凝土粉体体积多数 集中在150~160 L/m 之问。而从图中可以看出 粉体体积在150~160 L/m 之间的混凝土也出现 了工作性较差现象;根据分析发现:A区和B区的 混凝土多是混凝土的砂率低至30%之后,出现泌 水、离析的现象;或是当混凝土中减水剂掺量过大, 造成分层、泌水等现象从而降低工作性。因此,在 合理的砂率和减水剂的条件下,一定程度上粉体体 积能够改善新拌混凝土工作性,并且在一定程度上 粉体体积能够评定新拌混凝土的工作性。 笫6期 徐大祯,等:粉体体积对机制砂低强度混凝土和易性的影响 73 差 较差 一l 良 优 130 140 15O l60 170 】8O 当量粉体体积/I 图3粉体体积与新拌混凝土工作性的关系 F.g.3 Volume of powder and the workability offresh concrete 3结论 (1)把胶凝材料、颗粒粒度小于0.075 mm其 他材料一起作为粉体,并引入当量粉体体积,来配 制低强度等级机制砂混凝土。当确定混凝土流动 性时采用合理的当量粉体,能够较好地解决低强度 机制砂混凝土和易性差的问题,改善其泌水现象, 提高其流动性及粘聚性。 (2)粉体体积对新拌低强度机制砂混凝土的 和易性影响显著。当粉体体积太低时新拌混凝土 泌水严重,粘聚陛差,当粉体体积太高时,新拌混凝 土扩展度变小,流动性降低。 (3)合理粉体体积受到砂率和减水剂掺量的 影响。当砂率和减水剂用量合理时,水胶比为0.6 的机制砂混凝土当量粉体体积的合理范围为150 160 L/m 参考文献: [1]夏龙兴,吴蓉.机制砂与天然砂的性能研究[J].混凝 土,2008(7):60—61. 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