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機(jī)制砂對(duì)混凝土的體積變形和力學(xué)性能的影響

2015-04-26 09:12:10夏吉濤李子成張愛菊王振田楊新偉
湖南交通科技 2015年1期
關(guān)鍵詞:干縮率負(fù)效應(yīng)石粉

夏吉濤,李子成,張愛菊,王振田,楊新偉

(1.中鐵二十一局集團(tuán)有限公司,甘肅 蘭州 730000;2.石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河北 石家莊 050041)

普通水泥混凝土是工程中使用最廣泛的材料之一,其中混凝土的細(xì)集料大多數(shù)采用天然河砂。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,對(duì)天然砂的需求量急劇增加,而天然砂又是短期不可再生資源,因此天然砂資源顯得日益緊缺[1]。因此,人們迫切需要尋找一種與天然砂性質(zhì)類似的材料的替代。機(jī)制砂就是經(jīng)除土處理,由機(jī)械破碎、篩分制成,粒徑小于4.75 mm 的巖石、礦山尾礦或工業(yè)廢渣顆粒,但不包括軟質(zhì)巖、風(fēng)化的顆粒,俗稱人工砂。機(jī)制砂與天然砂的性質(zhì)相近,其最大區(qū)別是含有一定量的石粉。近年來研究人員對(duì)機(jī)制砂的研究主要集中在機(jī)制砂的巖性[2]以及機(jī)制砂對(duì)混凝土工作性能和耐久性[3-5]等方面的影響。但關(guān)于機(jī)制砂對(duì)混凝土體積變形的報(bào)道尚不多見。鑒于此本研究針對(duì)幾種不同的機(jī)制砂對(duì)混凝土體積穩(wěn)定性進(jìn)行了初步的試驗(yàn)研究。

1 原材料和試驗(yàn)方法

1.1 原材料

水泥:鼎鑫P·O42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥。4種機(jī)制砂:石灰?guī)r機(jī)制砂,其各項(xiàng)指標(biāo)見表1。減水劑:選用聚羧酸高效減水劑(減水率30%)。

1.2 試驗(yàn)方法

機(jī)制砂混凝土的體積穩(wěn)定性試驗(yàn)依據(jù)GB/T50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。

表1 細(xì)集料的性能指標(biāo)

機(jī)制砂混凝土的早期開裂試驗(yàn)采用尺寸為800 mm×600 mm×100 mm 的平面薄型板試件,試驗(yàn)溫度(20±2)℃,相對(duì)濕度為(60±5)%。收縮試驗(yàn)采用接觸法測定無約束和規(guī)定的溫濕度條件下硬化混凝土試件的變形情況,樣品尺寸100 mm×100 mm×515 mm 的棱柱體試件。

機(jī)制砂混凝土的力學(xué)性能檢測依據(jù)GB/T50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 機(jī)制砂對(duì)混凝土抗裂性的影響

機(jī)制砂混凝土的早期抗裂性檢測是在試件成型30 min 后,用風(fēng)扇使試件表面中心正上方100 mm處風(fēng)速為(5±0.5)m/s,在(24±0.5)h 測讀裂縫尺寸并計(jì)算單位面積的總開裂面積。結(jié)果由表2 示出,可見機(jī)制砂中隨著石粉含量的增加單位面積的總開裂面積增大,但石粉含量不超過12.5%時(shí),開裂面積增大幅度不大,當(dāng)石粉含量達(dá)到18.7%時(shí)開裂面積迅速增加。原因是隨著石粉含量的增加,集料比表面積增大,使總漿體數(shù)量增多,增加了出現(xiàn)開裂的傾向。因此,對(duì)于機(jī)制砂混凝土一定要做好早期養(yǎng)護(hù),防止混凝土表面失水過快,才能減少開裂。

表2 機(jī)制砂混凝土早期抗裂試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2 機(jī)制砂對(duì)混凝土收縮性的影響

機(jī)制砂對(duì)混凝土收縮性的影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)由表3示出??梢姡S著齡期的增長早期干縮率明顯增加,后期干縮率略微增加。另外,相同齡期下隨著石粉含量的增加,干縮率呈現(xiàn)出總體增大的趨勢,但當(dāng)石粉含量超過12.5%時(shí),干縮率增大趨勢有所減小。機(jī)制砂對(duì)于混凝土的干縮率有正負(fù)兩方面作用。正效應(yīng)方面:機(jī)制砂中粒徑很小的石粉起微集料填充作用,使混凝土孔隙率降低,結(jié)構(gòu)更密實(shí),對(duì)其干燥收縮有一定抑制作用。負(fù)效應(yīng)方面:機(jī)制砂中石粉粒徑小,比表面積增大,漿體數(shù)量增多,增大了混凝土的收縮。當(dāng)石粉含量較小時(shí),負(fù)效應(yīng)占優(yōu)勢,干縮率隨石粉含量的增加而增大;當(dāng)石粉含量超過一定值時(shí),正效應(yīng)占優(yōu)勢,干縮率隨石粉含量的增加而減小。

表3 機(jī)制砂對(duì)混凝土干縮率的影響

2.3 機(jī)制砂對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響

采用機(jī)制砂配制混凝土,在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期,分別檢測其抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度,強(qiáng)度數(shù)據(jù)如表4 所示。結(jié)果發(fā)現(xiàn),隨著機(jī)制砂中石粉含量的增加其抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度均有所提高,其中石粉含量為12.5%的機(jī)制砂強(qiáng)度最高,但當(dāng)機(jī)制砂中石粉含量達(dá)18.7%時(shí),強(qiáng)度下降。分析原因,機(jī)制砂對(duì)混凝土的強(qiáng)度也有正負(fù)兩方面效應(yīng)。正效應(yīng)方面:石粉粒徑小,可以起到微集料填充效應(yīng),使混凝土結(jié)構(gòu)致密;小顆粒石粉分散在新拌混凝土中起微晶核作用,加速水化產(chǎn)物的沉積和析出;另外,機(jī)制砂表面粗糙棱角多,可以增強(qiáng)與膠結(jié)材料的把持力。負(fù)效應(yīng)方面:機(jī)制砂中如果石粉含量過多,集料比表面積增加,水泥漿量顯得不足,導(dǎo)致膠結(jié)料粘性降低,所以強(qiáng)度降低。因此,用機(jī)制砂配制混凝土對(duì)提高強(qiáng)度有利,但需控制機(jī)制砂中的石粉含量,機(jī)制砂中石粉含量在10%~15%較適宜。

表4 機(jī)制砂混凝土的抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度 MPa

3 結(jié)論

1)機(jī)制砂中的石粉會(huì)增加了混凝土的早期開裂傾向,對(duì)機(jī)制砂混凝土工程要加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)制度。

2)機(jī)制砂對(duì)于混凝土的收縮具有正負(fù)效應(yīng),當(dāng)石粉含量較小時(shí),干縮率隨石粉含量的增加而增大;當(dāng)石粉含量超過一定值時(shí),干縮率隨石粉含量的增加而減小。

3)采用機(jī)制砂配制混凝土有利于提高其力學(xué)性能,但需控制機(jī)制砂中的石粉含量,機(jī)制砂中石粉含量在10%~15%較適宜。

[1]徐 健,蔡基偉,王稷良.人工砂與人工砂混凝土的研究現(xiàn)狀[J].國外建材科技,2004,25(3):20-21.

[2]秦 廉,張 雄,伍根伙,等.機(jī)制砂生產(chǎn)線投產(chǎn)前的母巖檢驗(yàn)與機(jī)制砂評(píng)價(jià)方法[J].新型建筑材料,2012(1):24-26.

[3]艾長發(fā),彭 浩,胡 超,等.機(jī)制砂級(jí)配對(duì)混凝土性能的影響規(guī)律與作用效應(yīng)[J].混凝土,2013(1):73-76.

[4]陳學(xué)鋒,耿京芳,黃才文,等.低標(biāo)號(hào)混凝土采用機(jī)制砂代替天然砂可行性分析[J].公路工程,2009(5):119-120,124.

[5]盧向華.機(jī)制砂在高標(biāo)號(hào)混凝土中的應(yīng)用[J].湖南交通科技,2007(4):88-90.

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