配合比对机制砂混凝土性能的影响

张会芝,刘纪峰

(1.三明学院建筑工程学院,福建三明 365004;2.福州大学土木工程学院,福建福州 350108)

配合比对机制砂混凝土性能的影响

张会芝1,2,刘纪峰1

(1.三明学院建筑工程学院,福建三明 365004;2.福州大学土木工程学院,福建福州 350108)

为测试原材料及配合比对全机制砂混凝土性能的影响,对粗细骨料、机制砂级配、水泥、外加剂等原材料各项指标进行了检测,对不同配合比的全机制砂混凝土的各项指标的进行了试验测试,分析了砂率和胶水比对各龄期强度的影响以及强度增长规律。结果表明:原材料各项指标符合规范要求,全机制砂混凝土能达到施工坍落度、可泵性及强度、抗冻、抗渗等性能指标,砂率和胶水比对各龄期强度影响较为明显。用全机制砂混凝土具有经济和环保的双重效益。

配合比;全机制砂混凝土;性能;影响

目前,我国大部分地区的混凝土细骨料仍普遍采用天然河砂,该种材料为短期不可再生资源,远距离运输又受制于经济性的限制。随着我国基础建设的飞速发展,混凝土用量不断增加,不少地区面临无天然河砂可用的情况。此外,有些铁路、水利工程因工程建设地区的限制,也存在着类似问题。在此背景下,利用岩石破碎、筛分制成的机制砂取代天然河砂配制混凝土成为迫切的现实需要,引起了不少学者和施工单位的重视,刘小兵等[1]研究了石粉含量对机制砂混凝土性能的影响;郑忠双[2]研究了机制砂对混凝土各方面性能的影响、石粉的活性效应、含泥量对混凝土的影响,认为机制砂混凝土具有广阔的应用前景;易文等[3]通过实验研究了机制砂混凝土的工作性能、力学性能和耐久性能;Li Beixing等[4]研究了石粉性质对筑路混凝土强度和耐磨性进行了实验研究;Prakash Nanthagopalan等[5]对机制砂自密实混凝土的各项性能进行了实验。考虑到机制砂存在级配不良、石粉含量高、表面粗糙等不足,容易导致机制砂混凝土出现泌水、工作性能差、坍损大等问题,因此,加强其配合比设计及对性能的影响,值得深入研究。本文结合南水北调工程某标段机制砂混凝土应用的实测数据,研究配合比参数对机制砂混凝土性能的影响。

1 原材料及配合比设计

1.1 试验要求及原材料检测

南水北调中线某工程施工部位包括:排水沟倒虹吸管身、排水沟倒虹吸垫层、公路桥桩基、公路桥桥墩桥台等。所包涵的混凝土配合比为:C10、C30W6F150 、C25 、C30F200 、C20W6F150 、C25W6F150,6个配合比均为泵送混凝土。

所用原材料分别为:

砂和碎石均为鹤壁市通达石料有限公司生产。砂为机制砂,中砂,表观密度2 680 kg/m3,堆积密度1 660 kg/m3,含泥量2.1%,无泥块含量,细度模数2.95,坚固性1%,饱和面干吸水率1.1%,空隙率38%。砂的颗粒级配曲线见图1。

图1 砂的颗粒级配曲线

碎石粒径范围为5 mm～20 mm、20 mm～40 mm二级,表观密度2 700 kg/m3,含泥量0.3%,压碎值4.6%,针片状含量4%,吸水率0.8%。粗骨料分5 mm～20 mm和20 mm～40 mm二级,根据每级骨料所占的不同比例进行振实,选择振实密度最大的比例为最佳搭配,采用最大密度法配置后的二级粗骨料各占50%。

水泥为河南同力水泥有限公司生产的P.C32.5、P.O42.5、P.O52.5普通硅酸盐水泥;密度 2.94 g/cm3～2.98 g/cm3,细度 302 m2/kg～ 308 m2/kg,其它各项指标符合GB175-1999标准[6]要求。

粉煤灰为鹤壁电厂生产的F-Ⅰ、F-Ⅱ级粉煤灰,经检测符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T1596-2005)[7]中Ⅰ、Ⅱ级粉煤灰相应的质量要求,粉煤灰检测结果见表1。

外加剂为河北省外加剂生产的高强高效减水剂、引气剂、早强防冻剂,外加剂的检验项目符合《混凝土外加剂》[8]指标要求。混凝土中的总碱含量不大于2.5 kg/m3。

表1 粉煤灰物理性能检测结果

1.2 配合比设计

考虑在施工中砂子及5 mm～20 mm和20 mm～40 mm碎石级配不稳定、投料顺序、拌和时间、混凝土盘内变异系数等因素,最主要是砂和5 mm～20 mm骨料级配不稳定,对混凝土的质量有一定影响,为了使混凝土配合比满足设计要求,考虑加大水泥用量和掺用粉煤灰以改善和提高混凝土的技术性能,并减少骨料级配不稳定所造成的影响。

根据上述因素,为保证建筑物混凝土达到设计要求,考虑施工中不利因素产生的质量波动情况,为保证配制出的混凝土满足强度、耐久性等要求,按照《混凝土配合比试验大纲》设计了渐变段、进水口挡墙及护底、排水沟倒虹吸混凝土和公路建筑物(桥桩及桥墩桥台)混凝土配合比。依据《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55-2000)[9]和《水工混凝土配合比设计规程》(DL/T 5330-2005)[10],按重量法设计混凝土配合比。

最终各标号全机制砂混凝土的配合比见表2。

2 试验结果与分析

全机制砂混凝土各项性能指标见表2,各标号全机制砂混凝土抗冻抗渗试验结果见表3。

砂率对混凝土7 d、14 d和28 d立方体抗压强度的影响分别见图2～图4,由表2及图2～图4可知:全机制砂混凝土砂率对各龄期立方体抗压强度的影响为一阶指数衰减型曲线,7 d、14 d和28 d立方体抗压强度均随砂率的增加而降低。

各龄期全机制砂混凝土立方体抗压强度和砂率的拟合曲线相关参数见图2～图4。

表2 混凝土配合比及各项性能指标

表3 混凝土抗冻抗渗性能试验成果

图2 砂率对7 d抗压强度的影响

图3 砂率对14 d抗压强度的影响

图4 砂率对28 d抗压强度的影响

水胶比对各龄期立方体抗压强度的影响亦为一阶指数衰减型曲线,28 d立方体抗压强度均随水胶比的增加而降低。限于篇幅,本文只给出水胶比和28 d立方体强度的拟合曲线。全机制砂混凝土28 d立方体抗压强度和水胶比的拟合曲线相关参数见图5。

图5 水胶比对28 d抗压强度的影响

通过分析胶水比对混凝土7 d、14 d和28 d立方体抗压强度的影响可知:全机制砂混凝土胶水比对各龄期立方体抗压强度的影响为一直线,7 d、14 d和28 d立方体抗压强度均随胶水比的增加而增大,其中7 d的立方体抗压强度和胶水比的关系式为:

14 d的立方体抗压强度和胶水比的关系式为:

28 d的立方体抗压强度和胶水比的关系式为:

其中式(5)的相关系数为0.9025,方差为2.0931;式(6)的相关系数为0.8971,方差为2.8909;式(7)的相关系数为0.9224,方差为2.7793。

各配合比混凝土强度随龄期的增长曲线如图6所示。由图6可知,在表2所示配合比条件下,7 d龄期全机制砂混凝土的强度可以达到28 d立方体抗压强度的55%～67%,其中13组配合比的7 d强度增长较慢,为28 d强度的55%;18组配合比的7 d强度增长较快,为28 d强度的67%。14 d龄期强度可以达到28 d立方体抗压强度的66%～85%,其中9组～11组配合比的强度增长较慢,分别为28 d强度的 67%、69%和 66%;4、5、14、16 ～ 18 组配合比的强度增长较快,为28 d强度的85%。

图6 各配合比混凝土强度增长曲线

有抗冻和抗渗要求的全机制砂C20、C25和C30混凝土的抗冻抗渗性能试验结果如表3所示,由表3可知,各标号混凝土的抗冻抗渗性能均达到了设计要求。

3 结 论

南水北调中线某标段全机制砂混凝土试验历时三个月,通过试验确定的混凝土配合比具有和易性好、水泥用量少、耐久性高等特点。单方碱含量全部控制在2.5 kg之内。通过对试验数据的分析,可得出以下结论:

(1)全机制砂混凝土砂率对各龄期立方体抗压强度的影响为一阶指数衰减型曲线,7 d、14 d和28 d立方体抗压强度均随砂率的增加而降低,二者关系式见图2～图4;

(2)水胶比对各龄期立方体抗压强度的影响亦为一阶指数衰减型曲线,28 d立方体抗压强度均随水胶比的增加而降低,二者关系见图5;

(3)全机制砂混凝土胶水比对各龄期立方体抗压强度的影响为一直线,7 d、14 d和28 d立方体抗压强度均随胶水比的增加而增大,二者关系式见式(1)～式(3);

(4)表2所示配合比条件下,7 d龄期全机制砂混凝土的强度可以达到28 d立方体抗压强度的55%～67%。14 d龄期强度可以达到28 d立方体抗压强度的66%～85%;

(5)各标号混凝土的抗冻抗渗性能均达到了设计要求;

(6)粉煤灰用作混凝土掺合料有两方面的效果:一是节约水泥,有较显著的经济效果;二是改善和提高混凝土的技术性能,如改善混凝土拌合物的和易行、可泵性和抹面性,提高混凝土的抗硫酸盐性能,提高混凝土的抗渗性,抑制混凝土中碱骨料反应,大量降低单方混凝土碱含量值。

[1]刘小兵,朱 祥,陈福松,等.石粉含量对机制砂混凝土性能的影响[J].粉煤灰,2011,(6):29-31.

[2]郑忠双,李志坤,苏礼清.配合比参数对全机制砂混凝土性能的影响研究[J].重庆建筑,2011,10(3):37-40.

[3]易 文,马健霄,聂忆华.机制砂混凝土性能研究[J].中外公路,2008,28(3):151-153.

[4]Li Beixing,Ke Guoju,Zhou Mingkai.Influence of manufactured sand characteristics on strength and abrasion resistance of pavement cement concrete[J].Construction and Buildint Materials,2011,(25):3849-3853.

[5]Prakash N,Manu S.Fresh and hardened properties of selfcompacting concrete produced with manufactured sand[J].Cement&Concrete Composites,2011,(33):353-358.

[6]国家质量技术监督局.GB175-1999.硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥[S].北京:中国标准出版社,1999:3-5.

[7]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.GB/T1596-2005.用于水泥和混凝土中的粉煤灰[S].北京:中国标准出版社,2005:4-6.

[8]国家技术监督局.GB8076-1997.混凝土外加剂[S].北京:中国标准出版社,1997:7-18.

[9]中国建筑科学研究院.JGJ55-2000.普通混凝土配合比设计规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2000:9-18.

[10]中华人民共和国国家发展和改革委员会.DL/T 5330-2005.水工混凝土配合比设计规程[S].北京:中国电力出版社,2005:7-23.

[11]中华人民共和国水利部.DL/T5150-2001.水工混凝土试验规程[S].北京:中国电力出版社,2002:95-96,149-150.

[12]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.JTJ041-2000.公路桥涵施工技术规范[S].北京:人民交通出版社,2000:93-95.

[13]黑龙江省寒地建筑科学研究院.JGJ104-97.建筑工程冬期施工规程[S].北京:中国建筑工业出版社,1998:23-34.

Influence of Mix Ratio on Machine-made Sand Concrete's Performance

ZHANG Hui-zhi1,2,LIU Ji-feng1
(1.School of Architectural Engineering,Sanming College,Sanming,Fujian365004,China;2.College of Civil Engineering,Fuzhou University,Fuzhou,Fujian350108,China)

For studying the influence of raw materials and mix ratio to the full machine-made sand concrete,the coarse and fine aggregate,sand gradation,cement,additives and other indicators are tested,the different indicators of the full machine-made sand concrete with different mix ratio are tested,and the influence of sand ratio and cement water ratio on the different age concrete strength and the growth law of different age strength are analyzed.It is showed that the full machine-made sand concrete is qualified to be good in the performances of the construction slump,pumpability and strength,frost resistance,impermeability,and with the dual benefits in economy and environment.

mix ratio;full machine-made sand concrete;performance;influence

TU528.59

A

1672—1144(2012)05—0014—04

2012-04-06

2012-05-10

福建省自然科学基金项目(2010J0511);福建省高校服务海西重点项目(HX200802)

张会芝(1981—),女(汉族),河南太康人,博士研究生,国家注册一级结构工程师,研究方向为高性能混凝土材料。