机制砂级配C50高性能混凝土性能的影响研究.docx

机制砂级配C50高性能混凝土性能的影响研究目录1 .序言12 .试验材料与方法22.1.试验材料22.1.1,水泥22.1.2.细集料32.1.3.粗集料32.1.4.减水剂32. 2.试验方法为探究43.试验结果与分析43.1. 细度模数对混凝土工作性能的影响43. 2.石粉含量对混凝土工作性能的影响53. 3.细度模数对混凝土抗压强度的影响53. 4.石粉含量对混凝土抗压强度的影响54. 结论61 .序言随着国家城市化和基础建设的快速发展，作为混凝土主要原材料的天然砂用量巨大，天然砂资源正在不断枯竭，市场供需矛盾日益突出，天然砂价格逐步上涨。为满足工程建设的需要，同时保护生态环境，机制砂以其产品质量稳定可控、价格适中、应用范围广等特点已逐渐替代天然砂。但机制砂岩性多样，颗粒磨圆度不高，石粉含量较多，工程技术人员对机制砂工作特性不甚了解，新拌混凝土易出现和易性不佳、收缩开裂等问题，且机制砂在高性能混凝土中的应用尚待深入研究。如何控制机制砂关键参数、改善高标号混凝土性能成为机制砂生产过程中需要解决的问题。目前，相关行业专家和学者们在机制砂特性、工程应用等方面进行了一些研究，取得了一些有益的成果，如：陈建荣探讨了机制砂高性能混凝土在广西松旺至铁山港东岸公路中的应用及施工质量控制措施；王晶等依托贵港高山桥项目，研究了不同机制砂代替率对C60高性能混凝土的影响；阮裕和、王贵明等从混凝土原材料、配合比设计、混凝土浇筑等方面研究了机制砂高性能混凝土在桥梁工程的应用；张少强对机制砂与特细砂按一定比例配制成复合砂，探究了复合砂在大跨径预应力T型刚构桥中的应用；宋少民、程成等选取了6种常见的不同岩性机制砂，研究了机制砂岩性对胶砂和混凝土和易性及其强度的影响；李少伟、李军研究了不同地区机制砂特性对混凝土工作性能及强度的影响；王雨利、刘战鳌等研究了机制砂不同石粉含量对机制砂及混凝土性能的影响；郭丹、喻萍、张甫等开展了机制砂不同颗粒含量的机制砂和混凝土试验，提出了机制砂的合理级配范围。现有研究成果表明，机制砂的岩性、颗粒级配、石粉含量等参数对混凝土性能影响较大，同时机制砂与不同建筑材料拌和过程中也会出现相容性问题。目前针对安徽地区片麻岩机制砂在高性能混凝土的应用研究成果较少，难以满足当地机制砂高性能混凝土的工程实践需要。为进一步拓宽机制砂的应用范围，本文以安徽地区片麻岩机制砂为研究对象开展混凝土试验，探究机制砂级配参数中细度模数及石粉含量对C50高性能混凝土的影响。2 .试验材料与方法2.1.试验材料2.LL水泥采用安徽怀宁某公司生产的P-C52.5水泥，其主要物理力学指标见表Io«1水泥主要物理力学指标Table1Mainphytolandnierhanicalindicator*“rennt水泥强度密度/安定性标准蠲度凝结时间min抗折强度/MPa抗压强度/MPa等级(kgm,)用水量/%初凝终凝3d28d3d28d52.53MO3561.526.52253476.59.231.155.9表2不同细度模被机制砂颗粒级配Table2OraingradationofmechanizedMIndwithdifferentmoduli级配类别通过下列第孔(mm)的百分率/%石粉细度模数4.752.361.180.60.30.150.075JXl011.21920.316.912.98.511.22.4JX2011.322.120.916.611.48.59.22.5JX3013,920.921.116.411.37.98.52.6JX4014.821.921.216.912.06.37.82.7JXS016.322.721.716.39.86.36.928JX6017.524.321.215.39.25.76.89应话JX7020.024.221.315.49.I5.84.2丈2.1.2.细集料采用安徽省岳西县某碎石厂生产的片麻岩机制砂。选定2类机制砂:一是在实际生产过程中的7种不同细度模数的机制砂，其颗粒级配见表2；二是按分计筛余0%、2%、4%、6%、8%、10%调整石粉含量的机制砂，其颗粒级配见表3。«3不同石粉含的机制砂颗粒级配Table3MrchanicalSandartidrgradationWiIhdifTrrrnlM<m>Mm<lrr<,>ntrnt级配类别通过下列篇孔(mm)的百分率/%-石黝4.752.361.180.60.30.150.075JFI017.524.423.317.510.56.80JF2017.223.922.817.210.36.62016.823.422.416.S10.I6.54JF4016.522.921.916.59.96.46JF5016.I22.421.516.19.76.28JF6015.821.821.015.89.56.110Talile4»4租集料主要性能指标MainPrrfbEumCCinciical<H><>f<,<anirarrgalr碎石粒径Zmm表观密度/(kgm')增积密度/(kgf')针片状颗粒含量/%压碎值/%吸水率/%5-1010-2026S12673153215108.27.517.2I2717362.1.3.粗集料采用安徽省岳西县某碎石厂生产的5mm10mm、Iomm20mm两档片麻岩碎石，其主要性能指标见表4。2.1.4.减水剂采用江苏某建材科技有限公司生产的CPA-R聚竣酸高性能减水剂，减水率为30%,掺量为1.1%。2.2.试验万法为探究机制砂颗粒级配变化对C50高性能混凝土的影响，采用不同细度模数及石粉含量的机制砂，分别配置C50高性能混凝土,在混凝土用水量及减水剂用量相同的情况下，按公路工路水泥及水泥混凝土试验规程(JTG3420-2020)测定混凝土工作性能和强度。C50高性能混凝土配合比参数见表5。»5(：50育性能混凝土配合比参数kgm,Table5MixPrUfXHlianianunrtrfs“C50high-Jirrfbnnancocon<*rrtr水泥机制眇一不同粒径(mm)的碎石5-1010-20-水减水剂4796362369461485.27；3.试验结果与分析3.1. 细度模数对混凝土工作性能的影响细度模数与混凝土坍落度、扩展度的关系曲线如图1所示。*座在维安150t1111112.42.52.61722.9IO绢度馍数图I细度模数与混鬟土烟落度、扩展度关系曲我Fig.1KelatioiuhipCUrvebHweennf<uM(11NMuluiandc<ncrKeSlUnIPandrh)11ati<N°"从图1可以看出，当机制砂细度模数为2.42.9时，混凝土坍落度、扩展度随细度模数的增加而增大，混凝土和易性逐步变好，未出现离析泌水现象；当机制砂的细度模数超过2.9时，混凝土坍落度减小，但其扩展度继续增大，这是因为混凝土的和易性和保水性变差，并逐步出现离析泌水现象。此外，结合各类别机制砂的颗粒级配来分析，在实际生产过程中，细度模数小的机制砂中细颗粒含量较多，该颗粒组分在混凝土中主要起保水增稠的作用；随着机制砂细度模数的增加，粗颗粒含量增加，混凝土流动性增强，但其保水增稠功能减弱，当细度模数增加到一定程度时，混凝土容易出现离析泌水现象。结果表明，当机制砂细度模数在2.9左右时，C50混凝土工作性能较好。3.2.石粉含量对混凝土工作性能的影响石粉含量与混凝土坍落度、扩展度的关系曲线如图2所示。-UWSJ J-tf!?图2石粉含与混凝土好落度、犷展度关系曲线Hg.2Kelaiionhipcurvebetween川rupowderroninandCGnCrH<*lunan<lexMn*i4>n-从图2可以看出，随着石粉含量的增加，混凝土坍落度呈先增大后减小的变化规律，但混凝土扩展度呈逐渐减小的特征。当石粉含量为0%时，混凝土骨料流动性差，水泥浆体流动性变大，导致扩展度偏大；当石粉含量增加至4%时，混凝土坍落度达到最大，混凝土周围未出现明显的自由浆体，其工作性能达到最佳状态。此外，当石粉含量超过4%时，混凝土坍落度、扩展度均降低，其和易性逐渐变差，拌和物偏粘稠，混凝土工作性能降低。3.3,细度模数对混凝土抗压强度的影响细度模数与混凝土抗压强度的关系如图3所示。图3细度模数与混凝土抗压强度关蔡曲段Rg.3RdalianshipCUrVebr<wrmGnriuwmodulusandcomp*Mivestrengthofconcrew*芳由图3可知，随着细度模数的增加，混凝土抗压强度先增加后降低，JX6机制砂的混凝土抗压强度最大，相对应的细度模数为2.9。分析表明，C50高性能混凝土中水泥用量较大，产生较多的胶凝材料，而细度模数偏大的机制砂含有较多的粗颗粒，可与胶凝材料结合，进一步填充混凝土的骨架结构，增加混凝土强度；当机制砂细度模数过大时，细颗粒含量减少，混凝土骨架结构内空隙增多，导致混凝土强度降低。3.4.石粉含量对混凝土抗压强度的影响石粉含量与混凝土抗压强度的关系曲线如图4所示。日的含量用图4石粉含量与混凝土抗压强度关系曲线Fig.4RcIalionUiipCUrVCbetweenMocirIMmdCrcontentandcwrv<ecompressiveSlrrngUt"r0当石粉含量为4%时，混凝土抗压强度最大，随着石粉含量的增加，混凝土抗压强度降低。结合石粉含量对混凝土工作性能的试验结果来看，较低的石粉含量导致混凝土保水性差，浇筑过程中水泥浆体出现流失现象；而较高石粉含量的机制砂比表面积提高，混凝土需水量增加，在用水量一定的情况下，可能导致水泥的水化作用不充分，水化产物含量降低，混凝土粘结性能变差，且石粉含量的增加将影响混凝土的骨架结构，降低混凝土抗压强度。4.结论本文以依托工程项目所在地生产的片麻岩机制砂为研究对象，开展了不同细度模数及石粉含量机制砂混凝土性能试验，分析了混凝土的工作性能和抗压强度在不同细度模数及石粉含量机制砂情况下的变化，并探究了机制砂级配参数中细度模数及石粉含量对C50高性能混凝土性能的影响，得出以下结论：1）随着细度模数的增大，机制砂中0.15mm2.36mm颗粒含量增加，进一步填充改善了混凝土的骨架结构，使混凝土拌和物坍落度、扩展度明显改善，抗压强度值明显提升；在细度模数增大至2.9左右时，混凝土坍落度、扩展度、抗压强度值达到最佳状态。2）机制砂石粉含量对混凝土性能的影响较大，随着石粉含量的增加，混凝土坍落度、扩展度逐渐下降，混凝土抗压强度值则呈现出先升后降的趋势，在石粉含量为4%时达到最佳强度。因此，最佳石粉含量为4%左右。