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C55 石屑混凝土配合比設(shè)計的探討

2012-12-02 13:40:54陳祥榮秦勤陽岸波
商品混凝土 2012年6期
關(guān)鍵詞:機制混凝土

陳祥榮,秦勤,陽岸波

(1.桂林信強混凝土有限公司,廣西 桂林 541004;2.桂林銳龍混凝土有限公司,廣西 桂林 530000)

0 前言

混凝土是現(xiàn)代土木工程用量最大的建筑材料,其中砂是混凝土的重要組成部分。目前我國處于工程建設(shè)的高峰期,建筑用砂需求十分巨大。由于連年超量開采,使得天然河砂資源日漸枯竭而且天然河砂的質(zhì)量也越來越差。采用機制砂代替天然砂配制混凝土是擺在我們面前的一項重要任務(wù)。桂林地區(qū)擁有非常豐富的石灰石巖資源。石屑是生產(chǎn)碎石過程中篩出的副產(chǎn)品,每加工100t 的碎石,就會產(chǎn)生20~30t 的石屑,它作為石場的廢棄物,既占用場地又污染環(huán)境,目前多用于道路填方。若將石屑用于混凝土中取代河砂、機制砂將會產(chǎn)生較高的經(jīng)濟和社會價值。而對于石屑代砂制備混凝土,我國已有較多研究,但在高強混凝土中的應(yīng)用還很少,一個很重要的原因是對石屑性能的系統(tǒng)性研究不足, 對石屑的質(zhì)量以及其對混凝土性能影響的規(guī)律掌握不足。因此合理使用機制砂配制高強度等級混凝土具有重要的技術(shù)和經(jīng)濟意義。本文主要闡述石屑在C55 混凝土配合比設(shè)計中的研究以期能推進石屑在混凝土中的應(yīng)用。

1 原材料

1.1 水泥

廣西興安海螺水泥有限責(zé)任公司生產(chǎn)的P·O42.5,其物理性能指標(biāo)如表1。

表1 水泥物理性能指標(biāo)

1.2 粒化高爐礦渣粉

廣西柳州臺泥S95 級礦粉,性能指標(biāo)見表2。

表2 S95 礦粉物理性能指標(biāo)

1.3 粉煤灰

廣西桂林國電永福發(fā)電有限公司生產(chǎn)的II 級粉煤灰。性能指標(biāo)見表3。

表3 II 級粉煤灰無力性能指標(biāo) %

1.4 減水劑

天津同祥科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的TX-B 泵送劑,其物理性能見表4。

表4 TX-B 泵送劑性能指標(biāo)

1.5 機制砂

河卵石機械破碎篩洗生產(chǎn)的II 類機制砂,針片狀顆粒稍多,壓碎指標(biāo)值4.0%,細(xì)度模數(shù)2.9,表觀密度2630kg/m3,石粉含量4.0%,泥塊含量0.5%,亞甲藍(lán)MB 值1.0,空隙率40%,顆粒級配見表5。

表5 機制砂與石屑顆粒級配 %

1.6 石屑

由5~10mm 石機械破碎加工而成,顆粒形狀基本成球形,針片狀顆粒極少,壓碎指標(biāo)值4.0%,細(xì)度模數(shù)3.4,表觀密度2740kg/m3,石粉含量7.4%,泥塊含量0.6%,亞甲藍(lán)MB 值0.9,空隙率40%,屑顆粒級配見表5。

1.7 石子

石灰石質(zhì)巖,5~25mm 碎石,表觀密度2735 kg/m3,含泥量0.4%,泥塊含量0.3%,針片狀顆粒含量3%,壓碎指標(biāo)值10%。

2 試驗方法及混凝土配合比設(shè)計指標(biāo)

根據(jù)JGJ55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)范》進行機制砂原始配方設(shè)計,參考朱效榮等《現(xiàn)代多組分混凝土理論》在原始配合比的基礎(chǔ)逐漸摻礦粉替代部分水泥,確定礦粉的最佳摻量,然后石屑逐步增加,石屑取代機制砂的比例,甚至全部使用石屑配制C55 混凝土,通過對比石屑摻量與28 天抗壓強度的關(guān)系,最后確認(rèn)石屑在C55 混凝土中應(yīng)用的可行性。C55混凝土設(shè)計要求坍落度大于220mm,擴展度大于600mm,倒坍落度筒流出時間小于15 秒且1 小時坍落度損失小于10%。

3 試驗數(shù)據(jù)

3.1 機制砂C55混凝土配合比的確認(rèn)

由于高強混凝土膠凝材料比較富足,粘性偏大,為了能達(dá)到良好的工作性,必須保證大流動性,抗離析性和良好的保水性,同時機制砂粒形多呈三角體或方矩體(有些片狀顆粒較多),表面粗糙顆粒尖銳有棱角,影響混凝土的流動性,所以在設(shè)計的同時要經(jīng)過試拌確定好減水劑的最佳摻量。機制砂的雙摻配合比及拌合物性能見表6。

根據(jù)表6 我們看出,在保證其他材料用量不變的情況下,礦粉摻量(取代水泥的量)為15%和30%時,無論7d 還是28d 混凝土強度都比沒摻礦粉的混凝土(試驗編號1)強度高,但當(dāng)?shù)V粉摻量提高到50%,混凝土的強度降低。礦粉在一定范圍內(nèi)取代水泥,混凝土強度增大可能是由于:礦粉取代水泥,在礦渣微粉吸收水泥水化時形成的 Ca(OH)2,并進一步水化生產(chǎn)更多有利的 C-S-H 凝膠,使界面區(qū)的Ca(OH)2晶粒變小,改善了混凝土的微觀結(jié)構(gòu),使水泥漿體的空隙率明顯下降,強化了集料界面粘結(jié)力。摻入15%和30%礦粉的混凝土,其粘性比不摻礦粉的低、坍落度和擴展度大、倒坍落度筒流出時間短,當(dāng)達(dá)到50%摻量的時候,混凝土拌合物出現(xiàn)輕微泌水板結(jié),這些現(xiàn)象和數(shù)據(jù)說明,在一定范圍內(nèi),礦粉的摻入能夠改善混凝土的施工性能,1 小時的坍落度損失也滿足我們初定要求。本實驗最終確定試驗編號3(礦粉摻量為30%的配方)為最佳配比。

表6 機制砂C55 混凝土配合比及拌合物性能

表7 石屑C55 混凝土配合比及拌合物性能

3.2 石屑C55混凝土配合比的確認(rèn)

在原機制砂C55 混凝土最佳礦粉摻量配合比的基礎(chǔ)上,本試驗分別以石屑分別取代機制砂30%、50%、75%、100%做混凝土試驗,得出混凝土相關(guān)性能數(shù)據(jù)如表7。

從表7 可以看出,用石屑取代機制砂,混凝土的坍落度和擴展度變化不大;倒坍落度流出時間比全機制砂的C55 混凝土要低一些,且倒坍落度流出時間變化不大,均能保持在12 秒上下;1 小時坍落度損失小于10%,都滿足試驗前對C55 混凝土設(shè)計的要求。使用石屑的混凝土7d 和28d 的抗壓強度都比全部使用機制砂配制的混凝土強度要高些,當(dāng)石屑全部取代機制砂時混凝土抗壓強度最大。原因可能是:(1)石屑代替機制砂作為細(xì)骨料,由于石屑質(zhì)地堅硬、表面粗糙、有棱角、且針片狀少,與水泥的粘結(jié)性能好,石屑的顆粒級配好于砂,表觀密度也大于砂,使摻入石屑的混凝土強度高于普通混凝土;(2)石粉中含有大量的 SiO2、CaO、Al2O3等化學(xué)成分,在水泥水化過程中,易形成堅硬的鋁硅酸鈣和碳酸氫鈣,從而進一步提高混凝土的強度;(3)由于石屑所含石粉較多,石粉改善了骨料的顆粒級配,石粉的填充效應(yīng)使得水泥石變得密實,減少了空隙率從而提高了強度。單純考慮抗壓強度數(shù)據(jù)方面,試驗編號8(石屑取代機制砂100%)是最佳配合比。

4 總結(jié)

(1)本實驗得出的礦粉的適宜摻量在30%~45%之間,可根據(jù)不同的技術(shù)、經(jīng)濟要求進行選擇。礦粉的摻入大大改善了C55 混凝土的粘性,改善了混凝土的流動性,因為水泥、礦粉、粉煤灰三種顆粒直徑大小不一。從膠凝材料顆粒級配來說,正因為三種材料顆粒粒徑不同,更有利于增加混凝土的密實度,有利于強度的增加。一定程度來說,也起到減少用水量的作用。在用水量不變的情況下,流動性自然會改善不少,粘性也會降低。

(2)由于石屑的顆粒形狀為球狀,相對于機制砂比較圓滑,所以其流動性要優(yōu)于機制砂,倒坍落度流出時間小。石粉中含有大量的 SiO2、CaO、 Al2O3等化學(xué)成分,在水泥水化過程中,易形成堅硬的鋁硅酸鈣和碳酸氫鈣,從而進一步提高混凝土的強度;同時由于石屑所含石粉較多,石粉改善了骨料的顆粒級配,石粉的填充效應(yīng)使得水泥石變得密實,減少了空隙率,提高了強度。

(3)通過試驗研究可知,石屑配制C55 混凝土滿足強度和各項工作性能要求,且優(yōu)于機制砂配制的C55 混凝土的性能。無論從環(huán)保還是經(jīng)濟方面考慮,都值得繼續(xù)研究和推廣應(yīng)用。

(4)滿足JGJ/T241-2011《人工砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中細(xì)集料要求的石屑均可以配制C55 混凝土,有條件的情況下,盡量選擇石粉含量低的石屑或者再加工為低石粉含量的人工砂。部分學(xué)者指出,由于石粉的存在石屑混凝土在相同條件下比普通混凝土的收縮大,更容易產(chǎn)生早期裂縫,因此施工過程中應(yīng)對石屑混凝土加強早期養(yǎng)護。

[1]許廣森,王遠(yuǎn),楊根民,等.混凝土復(fù)摻粉煤灰礦渣粉與石屑混凝土試驗研究[J].廣東建材,2011(4):9-11.

[2]朱效榮,李遷,孫輝.現(xiàn)代多組分混凝土理論[M].沈陽:遼寧出版社.2007

[3]華衛(wèi)兵.石屑混凝土耐久性研究[J].現(xiàn)代交通技術(shù),2005(5):4-6.

[4]鄭麗丹.石屑代砂在混凝土工程中的應(yīng)用[J].路基工程,2005(4):46-48.

[5]戚勇軍,蔡建.石屑在預(yù)拌混凝土中的應(yīng)用研究[J].商品混凝土.2011(6):47-50.

[6]JGJ/T241-2011.人工砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程[S].

[7]JGJ55-2011.普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程[S].

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