灰巖人工砂石粉的不同摻量對提高混凝土性能的影響試驗

魏志學,楊世平

(1.河南璟信工程監理有限公司,河南 洛陽 471000;2.洛陽市順達公路工程質量檢測有限公司,河南 洛陽 471000)

人工砂石粉含量的定義是;能夠通過0.16 mm篩孔的,礦物成分與化學成分與被加工的集料相同的顆粒含量[1]。石粉一般存在形式為細集料中的石粉和粗集料中的裹粉,用質量百分數表示。據相關研究報道:(1)一定范圍內的石粉含量可以提高混凝土的密實性,這是由于超細石粉可以改善混凝土的孔隙結構從而使得混凝土更加抗滲、抗凍[2];(2)適當含量的石粉可以增加集料表面的粗糙程度,增加比表面積,從而增加集料與水泥膠漿的機械嵌擠咬合作用,增強混凝土的強度和力學性能[3];(3)達到足夠細度的石粉遇水具有活性,產生水化反應,一定程度上取代水泥成為膠接材料[4]。本文主要探討石粉含量對常見混凝土的性能影響變化規律。

1 試驗原材料

本文依據DL/T 5151—2014《水工混凝土砂石骨科試驗規程》、DL/T 5150—2001《水工混凝土試驗規程》、DL/T 5144—2015《水工混凝土施工規范》,對試驗所選材料進行試驗檢測判定(下文對上述規范簡稱“規范”)。

1.1 細集料

本研究采用細集料為某水電工程項目所用的灰巖人工砂。此灰巖人工砂的細度模數為2.61～2.82,平均值為2.72。自然生產的灰巖人工砂的石粉含量為16%～20%符合規范要求。然后對自然生產的灰巖人工砂進行人工摻配石粉用以獲取不同石粉含量的灰巖人工砂。目的是進行不不同石粉含量的灰巖人工砂對混凝土性能的影響[5-7]。本文主要論述石粉含量分別為7.2%、9.2%、11.3%、13.4%、15.6%、17.9%和20.2%這7種不同的石粉含量的人工砂對常規混凝土與泵送混凝土性能影響。

1.2 粗集料

本研究所選用的粗集料與細集料為同一產地,均為灰巖粗集料。粗集料性能指標符合規范要求。

1.3 水泥

水泥為項目部采購的P·C42.5水泥,水泥的技術指標滿足GB 200—2003《中熱硅酸鹽水泥、低熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥》的要求[13]。

1.4 外加劑

本研究所選用的外加劑為減水劑、引氣劑。減水劑、引氣劑的技術指標滿足規范《混凝土外加劑》GB 8076—2008的要求

1.5 拌合用水

本研究拌合用水為當地居民用水,水質滿足規范要求。

2 試驗方案

本文依據SL 352—2006《水工混凝土試驗規程》對不同石粉含量的人工砂水泥混凝土的性能進行試驗研究,人工砂石粉含量分別為7.2%、9.2%、11.3%、13.4%、15.6%、17.9%、20.2%。根據應用廣泛程度,選擇對常規混凝土性能、泵送混凝土的性能進行試驗研究[8]。常規混凝土采用三級配,設計坍落度為80～95 mm;設計含氣量為4.5%～5.5%,最優砂率為37%,用水量為l18 kg/m3;基準常規混凝土配合比如表1所示。

其他不同石粉含量的常規混凝土配合與表1基準混凝土的配合比相同,其他不同石粉含量的混凝土的坍落度按80～95 mm、含氣量按4.5%～5.5%控制,具體的水膠比、砂率由試拌確定[9]。

泵送混凝土同樣采用上述7種不同石粉含量的人工砂配制,基準泵送混凝土同樣用三級配,設計坍落度為180～200 mm、設計含氣量為4.5%～5.5%,最優砂率為41%,用水量為140 kg/m3。基準泵送混凝土配合比如表2所示。

表2 泵送混凝土配合比Tab.2 Pumping concrete mix ratio

其他不同石粉含量的泵送混凝土配合與表2基準混凝土的配合比相同,其他不同石粉含量的混凝土的坍落度按180～200 mm、含氣量按4.5%～5.5%控制,具體的水膠比、砂率由試拌確定。

3 試驗結果與分析

3.1 石粉對常規混凝土性能試驗結果

3.1.1坍落度

使用不同石粉的人工砂拌和的常規常規混凝土的和易性技術性質與坍落度、坍落度損失率試驗結果如表3所示。

表3 三級配常規混凝土的坍落度與石粉含量關系Tab.3 Relationship between slump and stone powder content of three-grade conventional concrete

由表3可知,在混凝土配合比以及配合比參數沒有變化的前提下,常規混凝土拌和物和易性、坍落度、基本沒有變化,混凝土單位用水量與不同的石粉含量呈近似線性正相關的變化關系。灰巖人工砂中的石粉含量在13%～20%時,常規混凝土的混凝土的坍落度損失率最低;灰巖人工砂中的石粉含量低于13%時,混凝土拌和物拌和性能差,具體表現為泌水,離析[10]。

3.1.2力學性能

不同石粉含量的灰巖人工砂拌和的混凝土的力學性能試驗結果如表4所示。

表4 不同石粉含量對常規混凝土力學性能影響Tab.4 Effects of different stone powder contents on the mechanical properties of conventional concrete

由表4可知,灰巖人工砂中的石粉含量在15.6%～17.9%時,不同養護周期的混凝土抗壓強度均大于其他養護齡期的混凝土;灰巖人工砂中的石粉含量低于15.6%時,混凝土的各個齡期的抗壓強度與石粉含量呈現近似的正線性相關關系;而當石粉含量高于17.9%時,混凝土的各個齡期的抗壓強度與石粉含量呈現近似的負線性相關關系;當膠材總量為265 kg/m3時各齡期混凝土抗壓強度最大;當膠材總量低于265 kg/m3時,混凝土的各個齡期的抗壓強度與石粉含量呈近似的正線性相關關系;當膠材總量高于265 kg/m3時,混凝土的各個齡期的抗壓強度與石粉含量呈現近似的負線性相關關系;當石粉含量在11.3%以上時,石粉含量對混凝土28 d劈拉強度、28 d軸拉強度、28 d軸拉彈性模量、28 d極限拉伸應變近似不產生影響[11-13]。

3.1.3干縮性

不同石粉含量的灰巖人工砂拌和的混凝土的干縮性能試驗結果如圖1所示。

圖1 不同石粉含量對混凝土干縮性能的影響

由圖1可知,在不同石粉含量人工砂拌和的混凝土的其他外部條件相同的情況下,石粉含量在11.3%～17.9%時,干縮值相近,區別不明顯。這可以近似的認為在此范圍內,石粉含量的變化對混凝土的干縮沒有影響。

3.1.4耐久性

不同石粉含量的人工砂拌和的常規混凝土的抗滲與抗凍性能試驗,結果如表5所示。

表5 不同石粉含量對常規混凝土耐久性的影響Tab.5 Effects of different stone powder contents on the durability of conventional concrete

由表5可知,僅石粉含量變化,其他條件無變化的情況下,不同石粉含量的常規混凝土的耐久性與石粉含量無明顯相關性。

3.2 石粉對泵送混凝土性能試驗數據及結果分析

3.2.1坍落度

不同石粉含量的灰巖人工砂拌制的泵送混凝土的拌合物性能、和易性、坍落度、坍落度損失率的試驗,結果如表6所示。

表6 三級配常規混凝土的坍落度與石粉含量關系Tab.6 Relationship between slump and stone powder content of three-grade conventional concrete

由表6可知,在混凝土配合比以及配合比參數沒有變化的前提下,常規混凝土拌和物和易性、坍落度基本沒有變化,混凝土單位用水量與不同的石粉含量呈近似線性正相關的變化關系。灰巖人工砂中的石粉含量在13.4%～15.6%時,常規混凝土的混凝土的坍落度損失率最低;灰巖人工砂中的石粉含量低于13.4%時,混凝土拌和物拌和性能差,具體表現為泌水,離析。

3.2.2力學性能

不同含量的石粉的灰巖人工砂拌和的泵送混凝土的力學性能試驗結果如表7所示。

表7 不同石粉含量對泵送混凝土力學性能影響Tab.7 Effects of different stone powder contents on the mechanical properties of pumped concrete

由表7可知,灰巖人工砂中的石粉含量在15.6%～20.2%時,不同養護周期的混凝土抗壓強度均大于其他養護齡期的混凝土;灰巖人工砂中的石粉含量低于15.6%時,混凝土的各個齡期的抗壓強度與石粉含量呈近似的正線性相關關系;而當石粉含量高于17.9%時,混凝土的各個齡期的抗壓強度與石粉含量呈近似的負線性相關關系。當膠材總量為310 kg/m3時,各齡期混凝土抗壓強度最大;當膠材總量低于310 kg/m3時,混凝土的各個齡期的抗壓強度與石粉含量呈近似的正線性相關關系;當膠材總量高于310 kg/m3時,混凝土的各個齡期的抗壓強度與石粉含量呈近似的負線性相關關系。當石粉含量在11.3%以上時,石粉含量對混凝土28 d劈拉強度、28 d軸拉強度、28 d軸拉彈性模量和28 d極限拉伸應變近似不產生影響。

3.2.3干縮性

不同石粉含量的灰巖人工砂拌和的泵送混凝土的干縮性能試驗結果如圖2所示。

圖2 不同石粉含量對混凝土干縮性能的影響

由圖2可知,在不同石粉含量人工砂拌和的泵送混凝土的其他外部條件相同的情況下,石粉含量在11.3%～17.9%時,干縮值相近,區別不明顯。這可近似的認為在此區間內,石粉含量的變化對混凝土的干縮沒有影響。

3.2.4耐久性

不同石粉含量的灰巖人工砂拌和的泵送混凝土的耐久性試驗結果如表8所示。

表8 不同石粉含量對灰巖人工砂拌和的泵送混凝土的耐久性影響Tab.8 Effect of dfferent sone pwder cntent on the drability of pmped cncrete mxed with atificial lmestone snd

由表8可知,僅石粉含量變化,其他條件無變化的情況下,不同石粉含量的常規混凝土的耐久性與石粉含量無明顯相關性。

4 結語

本文依托于某水電站工程對常規混凝土、泵送混凝土進行灰巖人工砂石粉含量對混凝土的性能的影響研究,歸納:(1)常規混凝土的灰巖人工砂中石粉質量分數建議在11%～20%;(2)泵送混凝土的灰巖人工砂石粉質量分數建議在11%～18%;(4)綜合考慮常規混凝土與泵送混凝土的性能,建議灰巖人工砂的石粉質量分數為15%～18%。