配合比對機制砂混凝土性能的影響

張會芝,劉紀峰

(1.三明學院建筑工程學院,福建三明 365004;2.福州大學土木工程學院,福建福州 350108)

配合比對機制砂混凝土性能的影響

張會芝1,2,劉紀峰1

(1.三明學院建筑工程學院,福建三明 365004;2.福州大學土木工程學院,福建福州 350108)

為測試原材料及配合比對全機制砂混凝土性能的影響,對粗細骨料、機制砂級配、水泥、外加劑等原材料各項指標進行了檢測,對不同配合比的全機制砂混凝土的各項指標的進行了試驗測試,分析了砂率和膠水比對各齡期強度的影響以及強度增長規(guī)律。結(jié)果表明:原材料各項指標符合規(guī)范要求,全機制砂混凝土能達到施工坍落度、可泵性及強度、抗凍、抗?jié)B等性能指標,砂率和膠水比對各齡期強度影響較為明顯。用全機制砂混凝土具有經(jīng)濟和環(huán)保的雙重效益。

配合比;全機制砂混凝土;性能;影響

目前,我國大部分地區(qū)的混凝土細骨料仍普遍采用天然河砂,該種材料為短期不可再生資源,遠距離運輸又受制于經(jīng)濟性的限制。隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)的飛速發(fā)展,混凝土用量不斷增加,不少地區(qū)面臨無天然河砂可用的情況。此外,有些鐵路、水利工程因工程建設(shè)地區(qū)的限制,也存在著類似問題。在此背景下,利用巖石破碎、篩分制成的機制砂取代天然河砂配制混凝土成為迫切的現(xiàn)實需要,引起了不少學者和施工單位的重視,劉小兵等[1]研究了石粉含量對機制砂混凝土性能的影響;鄭忠雙[2]研究了機制砂對混凝土各方面性能的影響、石粉的活性效應(yīng)、含泥量對混凝土的影響,認為機制砂混凝土具有廣闊的應(yīng)用前景;易文等[3]通過實驗研究了機制砂混凝土的工作性能、力學性能和耐久性能;Li Beixing等[4]研究了石粉性質(zhì)對筑路混凝土強度和耐磨性進行了實驗研究;Prakash Nanthagopalan等[5]對機制砂自密實混凝土的各項性能進行了實驗。考慮到機制砂存在級配不良、石粉含量高、表面粗糙等不足,容易導致機制砂混凝土出現(xiàn)泌水、工作性能差、坍損大等問題,因此,加強其配合比設(shè)計及對性能的影響,值得深入研究。本文結(jié)合南水北調(diào)工程某標段機制砂混凝土應(yīng)用的實測數(shù)據(jù),研究配合比參數(shù)對機制砂混凝土性能的影響。

1 原材料及配合比設(shè)計

1.1 試驗要求及原材料檢測

南水北調(diào)中線某工程施工部位包括:排水溝倒虹吸管身、排水溝倒虹吸墊層、公路橋樁基、公路橋橋墩橋臺等。所包涵的混凝土配合比為:C10、C30W6F150 、C25 、C30F200 、C20W6F150 、C25W6F150,6個配合比均為泵送混凝土。

所用原材料分別為:

砂和碎石均為鶴壁市通達石料有限公司生產(chǎn)。砂為機制砂,中砂,表觀密度2 680 kg/m3,堆積密度1 660 kg/m3,含泥量2.1%,無泥塊含量,細度模數(shù)2.95,堅固性1%,飽和面干吸水率1.1%,空隙率38%。砂的顆粒級配曲線見圖1。

圖1 砂的顆粒級配曲線

碎石粒徑范圍為5 mm～20 mm、20 mm～40 mm二級,表觀密度2 700 kg/m3,含泥量0.3%,壓碎值4.6%,針片狀含量4%,吸水率0.8%。粗骨料分5 mm～20 mm和20 mm～40 mm二級,根據(jù)每級骨料所占的不同比例進行振實,選擇振實密度最大的比例為最佳搭配,采用最大密度法配置后的二級粗骨料各占50%。

水泥為河南同力水泥有限公司生產(chǎn)的P.C32.5、P.O42.5、P.O52.5普通硅酸鹽水泥;密度 2.94 g/cm3～2.98 g/cm3,細度 302 m2/kg～ 308 m2/kg,其它各項指標符合GB175-1999標準[6]要求。

粉煤灰為鶴壁電廠生產(chǎn)的F-Ⅰ、F-Ⅱ級粉煤灰,經(jīng)檢測符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T1596-2005)[7]中Ⅰ、Ⅱ級粉煤灰相應(yīng)的質(zhì)量要求,粉煤灰檢測結(jié)果見表1。

外加劑為河北省外加劑生產(chǎn)的高強高效減水劑、引氣劑、早強防凍劑,外加劑的檢驗項目符合《混凝土外加劑》[8]指標要求。混凝土中的總堿含量不大于2.5 kg/m3。

表1 粉煤灰物理性能檢測結(jié)果

1.2 配合比設(shè)計

考慮在施工中砂子及5 mm～20 mm和20 mm～40 mm碎石級配不穩(wěn)定、投料順序、拌和時間、混凝土盤內(nèi)變異系數(shù)等因素,最主要是砂和5 mm～20 mm骨料級配不穩(wěn)定,對混凝土的質(zhì)量有一定影響,為了使混凝土配合比滿足設(shè)計要求,考慮加大水泥用量和摻用粉煤灰以改善和提高混凝土的技術(shù)性能,并減少骨料級配不穩(wěn)定所造成的影響。

根據(jù)上述因素,為保證建筑物混凝土達到設(shè)計要求,考慮施工中不利因素產(chǎn)生的質(zhì)量波動情況,為保證配制出的混凝土滿足強度、耐久性等要求,按照《混凝土配合比試驗大綱》設(shè)計了漸變段、進水口擋墻及護底、排水溝倒虹吸混凝土和公路建筑物(橋樁及橋墩橋臺)混凝土配合比。依據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》(JGJ55-2000)[9]和《水工混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》(DL/T 5330-2005)[10],按重量法設(shè)計混凝土配合比。

最終各標號全機制砂混凝土的配合比見表2。

2 試驗結(jié)果與分析

全機制砂混凝土各項性能指標見表2,各標號全機制砂混凝土抗凍抗?jié)B試驗結(jié)果見表3。

砂率對混凝土7 d、14 d和28 d立方體抗壓強度的影響分別見圖2～圖4,由表2及圖2～圖4可知:全機制砂混凝土砂率對各齡期立方體抗壓強度的影響為一階指數(shù)衰減型曲線,7 d、14 d和28 d立方體抗壓強度均隨砂率的增加而降低。

各齡期全機制砂混凝土立方體抗壓強度和砂率的擬合曲線相關(guān)參數(shù)見圖2～圖4。

表2 混凝土配合比及各項性能指標

表3 混凝土抗凍抗?jié)B性能試驗成果

圖2 砂率對7 d抗壓強度的影響

圖3 砂率對14 d抗壓強度的影響

圖4 砂率對28 d抗壓強度的影響

水膠比對各齡期立方體抗壓強度的影響亦為一階指數(shù)衰減型曲線,28 d立方體抗壓強度均隨水膠比的增加而降低。限于篇幅,本文只給出水膠比和28 d立方體強度的擬合曲線。全機制砂混凝土28 d立方體抗壓強度和水膠比的擬合曲線相關(guān)參數(shù)見圖5。

圖5 水膠比對28 d抗壓強度的影響

通過分析膠水比對混凝土7 d、14 d和28 d立方體抗壓強度的影響可知:全機制砂混凝土膠水比對各齡期立方體抗壓強度的影響為一直線,7 d、14 d和28 d立方體抗壓強度均隨膠水比的增加而增大,其中7 d的立方體抗壓強度和膠水比的關(guān)系式為:

14 d的立方體抗壓強度和膠水比的關(guān)系式為:

28 d的立方體抗壓強度和膠水比的關(guān)系式為:

其中式(5)的相關(guān)系數(shù)為0.9025,方差為2.0931;式(6)的相關(guān)系數(shù)為0.8971,方差為2.8909;式(7)的相關(guān)系數(shù)為0.9224,方差為2.7793。

各配合比混凝土強度隨齡期的增長曲線如圖6所示。由圖6可知,在表2所示配合比條件下,7 d齡期全機制砂混凝土的強度可以達到28 d立方體抗壓強度的55%～67%,其中13組配合比的7 d強度增長較慢,為28 d強度的55%;18組配合比的7 d強度增長較快,為28 d強度的67%。14 d齡期強度可以達到28 d立方體抗壓強度的66%～85%,其中9組～11組配合比的強度增長較慢,分別為28 d強度的 67%、69%和 66%;4、5、14、16 ～ 18 組配合比的強度增長較快,為28 d強度的85%。

圖6 各配合比混凝土強度增長曲線

有抗凍和抗?jié)B要求的全機制砂C20、C25和C30混凝土的抗凍抗?jié)B性能試驗結(jié)果如表3所示,由表3可知,各標號混凝土的抗凍抗?jié)B性能均達到了設(shè)計要求。

3 結(jié) 論

南水北調(diào)中線某標段全機制砂混凝土試驗歷時三個月,通過試驗確定的混凝土配合比具有和易性好、水泥用量少、耐久性高等特點。單方堿含量全部控制在2.5 kg之內(nèi)。通過對試驗數(shù)據(jù)的分析,可得出以下結(jié)論:

(1)全機制砂混凝土砂率對各齡期立方體抗壓強度的影響為一階指數(shù)衰減型曲線,7 d、14 d和28 d立方體抗壓強度均隨砂率的增加而降低,二者關(guān)系式見圖2～圖4;

(2)水膠比對各齡期立方體抗壓強度的影響亦為一階指數(shù)衰減型曲線,28 d立方體抗壓強度均隨水膠比的增加而降低,二者關(guān)系見圖5;

(3)全機制砂混凝土膠水比對各齡期立方體抗壓強度的影響為一直線,7 d、14 d和28 d立方體抗壓強度均隨膠水比的增加而增大,二者關(guān)系式見式(1)～式(3);

(4)表2所示配合比條件下,7 d齡期全機制砂混凝土的強度可以達到28 d立方體抗壓強度的55%～67%。14 d齡期強度可以達到28 d立方體抗壓強度的66%～85%;

(5)各標號混凝土的抗凍抗?jié)B性能均達到了設(shè)計要求;

(6)粉煤灰用作混凝土摻合料有兩方面的效果:一是節(jié)約水泥,有較顯著的經(jīng)濟效果;二是改善和提高混凝土的技術(shù)性能,如改善混凝土拌合物的和易行、可泵性和抹面性,提高混凝土的抗硫酸鹽性能,提高混凝土的抗?jié)B性,抑制混凝土中堿骨料反應(yīng),大量降低單方混凝土堿含量值。

[1]劉小兵,朱 祥,陳福松,等.石粉含量對機制砂混凝土性能的影響[J].粉煤灰,2011,(6):29-31.

[2]鄭忠雙,李志坤,蘇禮清.配合比參數(shù)對全機制砂混凝土性能的影響研究[J].重慶建筑,2011,10(3):37-40.

[3]易 文,馬健霄,聶憶華.機制砂混凝土性能研究[J].中外公路,2008,28(3):151-153.

[4]Li Beixing,Ke Guoju,Zhou Mingkai.Influence of manufactured sand characteristics on strength and abrasion resistance of pavement cement concrete[J].Construction and Buildint Materials,2011,(25):3849-3853.

[5]Prakash N,Manu S.Fresh and hardened properties of selfcompacting concrete produced with manufactured sand[J].Cement&Concrete Composites,2011,(33):353-358.

[6]國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.GB175-1999.硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥[S].北京:中國標準出版社,1999:3-5.

[7]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局,中國國家標準化管理委員會.GB/T1596-2005.用于水泥和混凝土中的粉煤灰[S].北京:中國標準出版社,2005:4-6.

[8]國家技術(shù)監(jiān)督局.GB8076-1997.混凝土外加劑[S].北京:中國標準出版社,1997:7-18.

[9]中國建筑科學研究院.JGJ55-2000.普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2000:9-18.

[10]中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會.DL/T 5330-2005.水工混凝土配合比設(shè)計規(guī)程[S].北京:中國電力出版社,2005:7-23.

[11]中華人民共和國水利部.DL/T5150-2001.水工混凝土試驗規(guī)程[S].北京:中國電力出版社,2002:95-96,149-150.

[12]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局,中國國家標準化管理委員會.JTJ041-2000.公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2000:93-95.

[13]黑龍江省寒地建筑科學研究院.JGJ104-97.建筑工程冬期施工規(guī)程[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1998:23-34.

Influence of Mix Ratio on Machine-made Sand Concrete's Performance

ZHANG Hui-zhi1,2,LIU Ji-feng1
(1.School of Architectural Engineering,Sanming College,Sanming,Fujian365004,China;2.College of Civil Engineering,Fuzhou University,Fuzhou,Fujian350108,China)

For studying the influence of raw materials and mix ratio to the full machine-made sand concrete,the coarse and fine aggregate,sand gradation,cement,additives and other indicators are tested,the different indicators of the full machine-made sand concrete with different mix ratio are tested,and the influence of sand ratio and cement water ratio on the different age concrete strength and the growth law of different age strength are analyzed.It is showed that the full machine-made sand concrete is qualified to be good in the performances of the construction slump,pumpability and strength,frost resistance,impermeability,and with the dual benefits in economy and environment.

mix ratio;full machine-made sand concrete;performance;influence

TU528.59

A

1672—1144(2012)05—0014—04

2012-04-06

2012-05-10

福建省自然科學基金項目(2010J0511);福建省高校服務(wù)海西重點項目(HX200802)

張會芝(1981—),女(漢族),河南太康人,博士研究生,國家注冊一級結(jié)構(gòu)工程師,研究方向為高性能混凝土材料。