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机制砂比表面积对混凝土性能的影响

来源:智榕旅游
2011年第2期(总第256期) 混 凝 土 原材料及辅助物料 Number2 in 2011(TotalNo.256) Concrete MATERIAI AND ADMINICLE doi:10.3969 ̄.issn.1002—3550.2011.02.024 机制砂比表面积对混凝土性能的影响 季韬,李锋,庄一舟,梁咏宁,朱荣军,左国庆,周丰 (福州大学土木工程学院,福建福州350108) 摘要: 测定原河砂和原机制砂及其每个筛分区间砂的比表面积,验证砂比表面积测试仪器和计算方法的可靠性。配制了同批而不同比 表面积的河砂和机制砂,设计了河砂混凝土和机制砂混凝土各3组,分别测试其坍落度和28 d抗压强度。研究表明:对于相同级配河砂和 机制砂,机制砂具有较大的比表面积;机制砂比表面积对混凝土拌合物的坍落度有显著影响,随着机制砂比表面积的增大,混凝土拌合物 的坍落度减小;但机制砂比表面积对混凝土抗压强度的影响较小。建议给出机制砂比表面积控制指标,以体现机制砂的粒形和表面特征。 关键词:机制砂;混凝土;比表面积;抗压强度;坍落度 中图分类号:TU528.041 文献标志码:A 文章编号: 1002—3550(2011)02—0080—03 Effect of specific su ̄ace area of manufactured sand on concrete behaviors Tao,LIFeng,ZHUANG Yi—zhou,LIANG Yong-ning,ZHURong-jun,ZUO Gun—qing,ZHOUFeng (College ofCivil Engineering,Fuzhou University,Fuzhou 350108,China) Abstract:The speciifc surface areas ofprimary river sand and primary manufactured sand,and their sieve—sized region sands were measured, and the validity ofthe testing device and calculation method of sand speciifc surface area has been veriifed.Meanwhile,three groups ofriver sand concretes with the prepared river sands and three groups ofmanufactured sand concretes with the prepared manufactured sands were designed and mixed.Also,their slump and 28 day compressive strength were tested.The study results reveal that,for the irver sand and manufactured sand with the same grading,the manufactured sand has larger speciifc surface area;that the specific surface area of manufactured sand has singiifcant influ— ence on the slump offlesh concrete,which decreases with the increase ofthe specific surface area ofmanufactured sand;that the effect ofthe spe— ciifc surface area of manufactured sand on concrete compressive strength can be ignored.A control index of the speciifc surface area of manufac— tured sand should be advised in order tO reflect the sand rgain shape and surface characteristics. Key words:manufactured sand;concrete;speciifc surface area;compressive strength;slump 0 引言 比表面积不同的河砂混凝土和机制砂混凝土各3组,研究砂比 表面积对混凝土坍落度和强度的影响。 混凝土是最大宗的建筑材料。目前我国多数地区采用的 是河砂。河砂是不可再生的资源。一些地区破坏河道挖砂,过量 1原材料 的开采危及江、河堤岸的稳定及桥梁的安全_l_。随着全球乃至我 水泥:福建炼石牌P・0 42.5级水泥。 国大力提倡可持续发展、低碳经济、节能环保、水土保持以及一 原河砂:闽江中砂,表观密度为2 632 kg/m ,堆积密度为 系列政策、法规及制度的建立,其开采量受到严重制约,寻找河 1 606 k m ,细度模数为2.32,级配如表l。 砂的替代材料是面临的紧迫问题[zl。因此,利用当地的岩石资源 表1原河砂筛级配 或工程弃置的废石(如尾矿、建筑废弃物、工程挖方和隧道弃渣 等)生产机制砂,全部或部分替代混凝土中的河砂成为必然的 趋势。 国内外学者对机制砂混凝土的研究主要集中在机制砂破 碎方法f3]、石粉 、泥粉[61等对机制砂混凝土性能(强度、坍落度 和耐久性等)的影响,很少有学者对机制砂的比表面积开展研 究。实际上,由于生产机械和工艺的不同,所生产机制砂的粒形 及表面凹凸程度是不同的,机制砂的比表面积也是不同的。采用 比表面积较大的机制砂,达到相同坍落度所需要的浆体量较多, 原机制砂:闽清山友机制砂厂生产的机制砂,表观密度为 这增加了混凝土成本,也增加了混凝土收缩、开裂风险。 2 655 kg/m’,堆积密度为1 693 kg/m ,细度模数为3.27,级配如 本研究从机制砂比表面积测试和计算方法人手,设计了砂 表2。 收稿日期:2010-10—12 基金项目:国家自然科学基金项目(51078090) ・80・ 表2原机制砂级配 粉煤灰:宁德II级粉煤灰。 石子:闽侯苏洋采石场石子,5~20 mm连续粒级。 减水剂:福建省建科院Tw一4缓凝高效减水剂,减水率1 5%一 20 ̄/o。 2砂比表面积试验 根据文献[7】自制 砂比表面积测定仪,其原理是空气通过 砂柱时受到的阻力不仅与砂柱的紧实程度有关,而且也与砂粒 的实际比表面积有关,即砂粒的实际比表面积是砂柱孔隙率和 透气率的函数。 采用该仪器测试了原河砂和原机制砂及其每个筛分区间 砂的比表面积,试验结果见表3。 表3比表面积试验值 由表3可知,河砂和机制砂均满足“集料粒径与表面积关 系法则”,即:粒形类似的A批集料的粒径为B批集料粒径的 1/n,则A批集料的总表面积为B批集料总表面积的n倍 。原 砂比表面积s 可按式(1)计算。 S n十ⅡlS l+n25 ̄2+a3S们+ 。 +血 (1) 式中:ao、nl、az、啦、an、as、 和s 5 wl、S 2、S∞、s 5mS 分别为0、 0.15、0.3、0.6、1.18、2.36、4.75各筛孔所对应的分计筛余率和各 筛分区问的比表面积。 对于河砂:S =Ox5.81+0.O06xl 1.61+O.024x23.22+0-314x43.54+ O.602x83.4+0.044xl63.45+0.01 x326.9=74.97,该计算值与试验值 73.32(见表3)仅相差2.25%。 对于机制砂:s 0.016x7.49+0.244x14.98+0.18x29.96+0.276x 49.81+0.192×105.49+0.062x210.03+0.03x420.06=68.79,该计算 值与试验值72.21(见表3)仅相差一4.74%。 这验证了砂比表面积测试仪器和计算方法的可靠性。 3混凝土配合比 对原河砂和原机制砂筛分后(见表3),按不同筛分区间砂 的比例配制同批不同比表面积的河砂和机制砂,其级配见表4。 采用自制的砂比表面积测定仪及文献[9J的方法测定河砂和机 制砂比表面积等性能指标,如表5所示。对于第1组和第6组, 两者的级配曲线及细度模数相同,由于第6组是机制砂,机制 表4河砂和机制砂分计筛余百分率 % 指标细度模数吸水率表观密度/(kg/m ) 比表面积/(cm。/g) 砂针片状颗粒较多且表面凹凸不平,因此其比表面积较比第l组 (河砂)的大。 为了研究砂比表面积对混凝土坍落度和立方体抗压强度 的影响,采用表6所示的混凝土配合比,砂采用表4所示的3种 河砂和3种机制砂,分别得到3种河砂混凝土和3种机制砂混 凝土的试验配合比。 表6混凝土配合比 kg/m 4试验方法及结果 混凝土拌合物坍落度试验按GB/T 50080--2002(普通混凝 土拌合物性能试验方法标准》【-Ol进行。混凝土28 d抗压强度试验 按GB/T 5008l一2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》…] 进行。6组混凝土的试验数据见图1、2。 比表面积/(cm /g) 图1 砂比表面积对混凝土拌合物坍落度的影响 比表面积/(cm!/g) 图2砂比表面积对混凝土28 ct抗压强度的影响 ・81・ 5分析与讨论 从图1中可以看出:比表面积对混凝土拌合物的坍落度有较 理工大学,2006. [2]杨文烈,邸春福.机制砂的生产及在混凝土中的应用『J】.混凝土,2008 (6):113-1I7. [3】GON( ̄ALVES J P,TAVARES L M,TOLEDO FILHO R D,et a1.Compari— son of natural and manufactured fine aggregates in cement mortars[J]. 大影响,混凝土拌合物的坍落度随砂的比表面积的增大而减小。 混凝土拌合物的浆体由两部分组成:一是包裹骨料的浆体, 一是填充骨料孔隙的浆体。本次试验6组混凝土配合比浆体体 的平均浆体厚度减小,所以坍落度也随之减d ̄tl21。 采用河砂的第1组和机制砂的第6组,虽然砂的级配曲线 Cement and Concrete Research,2007,37(6):924—932. 【4]LI B X,WANG J L,ZHOU M K.Effect oflimestone ifnes content in manu— 积和骨料孑L隙率相同,随着所用砂比表面积的增大,包裹骨料 faetured sand on durability of low—and high--strength concretes叨.Con— Struction and Building Matefials,2oo9,23(8):2846—2850. 相同,但由于第6组砂的比表面积比第1组大,所以第6组的 【5】杨华山,方坤河,涂胜金,等.石灰石粉在水泥基材料中的作用及其 机理IJ1_混凝土,2006(6):32—35. [6]WANG J L,YANG Z F,NIU K M,et a1.Influence ofMB-value ofanufac— 坍落度比第1组的小。 从图2中可以看出:所用砂的比表面积对混凝土的强度几 乎没有太大的影响。混凝土的强度主要由水灰比决定,这6组混 凝土的水灰比相同,砂比表面积不同导致骨料平均浆体厚度不 同,骨料平均浆体厚度的差别对混凝土强度影响不大[121。 6结论 (1)砂比表面积测试仪器和计算方法可靠性得到试验数据 的验证。 (2)对于相同级配及细度模数河砂和机制砂,由于针片状 颗粒较多且表面凹凸不平,机制砂具有较大的比表面积。 (3)机制砂比表面积对混凝土拌合物的坍落度有显著影响, 随着机制砂比表面积的增大,混凝土拌合物的坍落度减小;机制 砂比表面积对混凝土强度的影响较小。 (4)为了控制机制砂的粒形和表面凹凸程度,在级配曲线 (细度模数)、表观密度、堆积密度、吸水率等指标基础上,建议 给出机制砂比表面积控制指标。 参考文献: [II蔡基伟.石粉对机制砂混凝土性能的影响及机理研究[D】.武汉:武汉 ・上接第79页 品合成温度8O℃,合成时间为5 h时,所得产品的减水陛能最优。 (3)丁基磺酸纤维素醚减水剂的最佳掺量是水泥用量的 1.0%,且与各种水泥的适应性较好。 (4)在最佳掺量时塑化效果良好,减水性能达到GB 807 2008中高效减水剂(缓凝型)的质量指标。 参考文献: 【l】宋贤良,温其标,郭桦.以纤维素为基础的功能材料[J】.高分子通讯, 2002(4):47—52. 【2】PHILLIPS G O.Cellulose chemistry and its app lication[M].New York: Wiley,1985:125—189. [3 FERRI3】 T,PETRUZZELLI G,PEZZAROSSA B,et a1.Study of the influ— ence carb0xymethylcelluloce on the absorption selenium(and selected methals)in a target plant[J].Microchemical Journal,2003,74(3):257— 265. 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[12]JI T,LIN T W,LIN X J.A concrete mix proportion design algorithm based on artiifcial neural networks[J].Cement and Concrete Research, 2006,36(7):1399—1408. 作者简介 季韬(1972一),男,博士,教授,博士生导师,长期从事高性 能混凝土结构研究。 单位地址 福建省福州市福I1H大学土木工程学院(旗山校区)(350108) 联系电话 1 3609597752 学报,2008,1 l(3):359—362. f71熊犍,康兰艳,叶君.纤维素醚在干混砂浆中的应用进展fJ1.化工进 展,2009,28(6):1043—1046. [8]罗永会,金树新,杨惠先控制坍落度损失的缓凝剂优选研究[J].混凝 土,2000(6):30—32. [9】蒋正武,崔宝琦,孙振平,等.水下抗分散混凝土的性能研究【Jj_建筑 材料学报,2000,3(2):129—134. 【l0]周美茹,张文会.外加剂对干混砂浆J性能的影响[J1.混凝土,2000, (6):71—73. f11]VIEIRA M C,KLEMM D,EINFELDT L,et a1.Dispersing agents for cenlent based on modified polysaceharides们.Cement and Concrete Re— search,2005,35(5):883—890. [12】哈丽丹.买买提,努尔买买提,吾满江・艾力.植物纤维素聚合度的测 定iJ1.合成纤维工业,2006,29(1)40—42. [131 ̄,彭杰,赵听南.评价减水剂性能的新方法一砂浆坍落扩展度叨. 硅酸盐学报,2002,30(增TU):124—130. [14】朱诚身.聚合物结构分析[M】-] 京:科学出皈社,2004. 作者简介 哈丽丹・买买提(1966一),女,副教授,主要研究方向为高分 子材料。 单位地址 新疆乌鲁木齐市胜利路14号新疆大学化学与化工学院 (830046) 联系电话 099l一8585225 

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