石粉作掺合料对机制砂高性能混凝土性能的影响.pdf

2 0 1 5年 第 1 0期 1 O月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT PR0DUCTS 2 01 5 No 1 0 0c t o be r 石粉作掺合料对机制砂高性能混凝土 性能的影响 刘晓东 ( 合肥市建筑质量安全监督站， 2 3 0 0 0 1 ) 摘 要 ： 采 用材料 学原理和 高性 能混凝土配制技 术 研 究了石粉做掺 合料 对 C 3 0 、 C 6 0 、 C8 0机制砂 混凝 土工作 性 、 强度和抗渗性能的影响。结果表明 ， 石粉作掺合料在 C 3 0 、 C 6 0 、 C8 0机 制砂 高性 能混凝土的取代 比例 高达 2 0 、 1 5 、 1 0 时， 其和 易性 、 强度及抗氯 离子渗透性能均较好。 关键词： 石粉 ； 掺合料 ； 机制砂 ； 强度 ； 氯 离子扩散 系数 Ab s t r a c t ：B y p r i n c i p l e o f ma t e r i a l s c i e n c e a n d h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e p r e p a r a t i o n t e c h n o l o g y ，t h e w o r k a b i l i t y ， s t r e n g t h a n d i mp e r me a b i l i t y o n C 3 0 ，C 6 0 ， C8 0 o f ma n u f a c t u r e d - s a n d h i g h p e r f o rm a n c e c o n c r e t e a r e s t u d i e d Re s u h s s h o w t h a t wo r k a b i l i t y ， s t r e n g t h a n d i mp e rm e a b i l i t y a r e b e t t e r wh e n 2 0 ，1 5 a n d 1 0 c e me n t i s r e p l a c e d b y s t o n e d u s t a s a d mi x t u r e i n C 3 0 ， C6 0 ， C 8 0 h i g h p e r f o rm a n c e c o n c r e t e Ke y wo r d s ： S t o n e d u s t ； Ad mi x t u r e ； Ma n u f a c t u r e d s a n d ； S t r e n g t h ； Ch l o ri d e d i f f u s i o n c o e f f i c i e n t 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 4 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 5 ) 1 0 2 4 0 4 0前言 石粉是机制砂中粒径小于 7 5 1 x m的颗粒含量 1 1 。 安徽省 内生产出的机制砂石粉含量在 1 O 2 O ， 无 论 是 国标 、 行 标 ， 还 是 安 徽 省 地 方 标 准 闭 ， 均对 机 制 砂石粉含量进行了限制 ， 实际生产出的机制砂石粉 含量 大部分 高于规定 的限值 ，多余 的石粉堆 积起 来 ， 既 占用 空 地 ， 又 污染 环 境 ， 因此 ， 本 文研 究 了 石 粉做掺合料对机制砂高性能混凝 土性能的影 响。 试 图为石粉的综合利用开辟新途径 。 1 原 材料 水 ： 清洁饮 用水 。 水 泥 ： P 0 4 2 5级 和 P 0 5 2 5级 普 通 硅 酸 盐 水泥 ， 性 能指 标见 表 1 。 C 3 0混 凝 土用 P O 4 2 5级 水 泥 ， C 6 0和 C 8 0混凝 土用 P O 5 2 5级水 泥 。 矿物掺合料 ： 粉煤灰 ： 淮南平圩产 F类 级 粉煤灰； 矿渣粉： 合肥某建材有限公司产， $ 9 5 级； 硅粉 ： 上海产 ， S i O ： 含量 9 0 8 ， 密度 2 2 g c m ， 比 表 面 积 2 0 0 0 0 mE k g ( B E T ) 法 。 细骨料 ： 淮北产 机制砂 。 细度模 数为 3 O ， 颗粒 级配见表 2 ， 属 区， 石粉含量为 1 3 ， 表观密度为 2 7 5 0 k g m 亚甲蓝 MB值为 O 5 0 。 粗骨料 ： 巢湖散兵碎石 ， 连续 粒级 5 - 2 0 m m， 用 于 C 8 0机制砂混凝土 ：连续粒级 5 2 5 m m用 于 C 3 0 和 C 6 0机 制砂 混凝 土 。 外加剂 ： 四川 I 某新型材料有限公 司产聚羧酸高 性 能减 水 剂 ，标 准 型 掺 量 为胶 凝 材 料 的 0 8 5 2 5 ， 减水 率大于 2 5 ， 其他性 能符合 G B 8 0 7 6 2 0 0 8 ( 混凝土外加剂 中相应技术指标要求 。 2试 验 方法 拌合物性能按 G B T 5 0 0 8 0 -2 0 0 2 ( 普通混凝 土 表 1 P 0 4 2 5级和 P 0 5 2 5 级水 泥性 能指标 2 4 刘晓东 石粉作掺合料对机制砂高性能混凝土性能的影响 拌 合物性能试验方法标准 进行测试 ； 力学性能按 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 普通混凝土力学性能试验方法 标准 进行测试 ； 耐久性能按 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 ( 普 通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准 进行 测 试 。 3试验 结果 及 分析 以 C 3 0 、 C 6 0 、 C 8 0混凝 土 为研 究对 象 ， 机 制砂 中 石粉含量分别为 1 0 、 7 、 4 ，石粉按不 同比例取 代 粉煤 灰做掺合 料 ， 考察其对混凝土工作性 、 强度 和抗 渗性 能 的影 响。 3 1 C 3 0机制 砂混凝 土 C 3 0机制砂混凝土配合 比及试验结果见表 3 。 在机制砂石粉含量 1 0 ，粉煤 灰掺量 2 5 的基础 上 ，石粉按 0 、 2 5 、 5 O 、 7 5 、 1 0 0 逐步取代粉煤 灰做掺合料 。 从表 3中 A 1 A 4组可以看 出， 随石粉取代粉煤 灰 比例的增大 ，坍落度和扩展度均有下降趋势 ， 但 均 保 持在 1 7 0 mm 以上 ， 黏聚 性逐 渐增 强 。强度 随石 粉 取代粉煤灰 比例 的增大 而降低 ， 7 d强度下 降 了 1 0 3 ， 2 8 d强度下降了 9 2 。 从 表 3可 知 ， A3组 石粉 取 代 粉 煤灰 比例 在 7 5 ( 即 1 8 7 5 石粉作掺合料 ) 以内， 与 A 0组 ( 石粉 未取代粉煤灰 ) 相 比， 坍落度和扩展度基本无变化 ， 黏聚性 和保水性较好 ， 均达到了高性 能泵送混凝 土 和易性的要求。7 d强度下 降了 6 3 ， 2 8 d强度增加 了 3 7 。石粉 1 0 0 取代粉煤灰( 即 2 5 石粉作掺 合料) 时 ， 混凝土拌合物 比较黏稠 ， 7 d强度降低较多 ( 降低 1 4 7 ) ， 2 8 d强度下降幅度减缓( 降低 3 7 ) 。 石 粉 与 机 制 砂 母 岩 成 分 相 同 ，细 度 小 于 0 0 7 5 m m， 当配制 中低强度等级的机制砂混凝土时 ， 增加 了固体表面积对水 的比例 ， 保水性增强 ， 泌水 情况得到改善 ，同时石粉还起 到了微滚珠 的效应 ， 减 少 了砂 与砂 之 间摩 擦 ， 从 而 改 善 了混 凝 土 的 和易 性f3 。在强度方面， 石粉在水泥水化过程中起到一定 的晶核作用 ， 诱导水泥的水化产物析 晶， 加速水泥 水化并参与水化物的形成 。综上 C 3 0机制砂高性 能混凝土石粉作掺合料取代约 2 0 水泥时 在混凝 土中的作用效果与 级粉煤灰相当。 3 2 C 6 0机 制砂 混凝 土 C 6 0机制砂混凝土配合 比及试验结果见表 4 。 从 表 4可 知 ， 在 机制 砂 石粉 含 量 7 的基 础上 石粉逐步取代 占胶凝材料量 2 0 的粉煤灰 ， 取代 比 例分别为 0 、 2 5 、 5 0 、 7 5 、 1 0 0 ，考察石粉作掺 合料对 C 6 0机制砂高性能混凝土性能的影响规律 。 从 B 0 B 4组 ，坍落度和扩展度有下降趋势 ， 但 均在 2 0 0 m m和 5 0 0 ram以上 ， 黏聚性和保水性较好 满足高性能 昆 凝土和易性要求 。在强度方面 ， 随石 粉取代粉煤灰比例的增大 ， 7 d强度和 2 8 d强度变化 不大 ，但 当石粉 1 0 0 取代粉煤灰时 ， 2 8 d强度降低 1 1 0 ， 下降幅度较大。 B 0组石粉未取代粉煤灰 与 B 3组取代 7 5 的 粉 煤 灰 ( 即 l 5 石 粉 作 掺 合 料 ) 相 比 ， 和 易 性 均 较 表 3 C 3 0机制砂混凝土配合 比及试验结果 一 2 5 2 0 1 5年第 1 0期 混凝土与水泥制品 总第 2 3 4期 好 ， 7 d和 2 8 d抗 压 强 度 略 有 增 大 ， 7 d强 度 增 加 3 7 。 2 8 d强度增 加 2 2 。 C 6 0机制砂高性能混凝土石粉作掺合料 比例可 达 1 5 所 配 制 的混 凝 土 与粉 煤 灰作 掺 合料 相 比 ， 和易性差别不大 ， 2 8 d强度略有增长。 这一方面是因 为高强混凝土胶凝材料用量较大 ，水胶 比较低 ， 部 分未水化的水泥填充在 C S H凝胶中， 而石粉正是 取 代 了这部 分 水 泥作 为填 充 料 ， 因此 对混 凝 土 和 易 性 和 强度 的影 响不 大 ，甚 至 2 8 d强 度 略 有增 加 ； 另 一 方面 ， 高效 、 高性能减水剂的广泛使用 ， 在影响高 强高性能混凝土的诸多因素中， 石粉含量变化对混 凝土性能影响的敏感系数降低。 3 3 C 8 0机制 砂 混凝 土 C 8 0机 制砂 混凝 土 配合 比及试 验结 果见 表 5 。 从表 5可以看 出 ， C 8 0混凝土石粉作掺合料配 合 比的特点是 ： 在机制砂石粉含量 4 的基础上 ， 石 粉逐步取代 占胶凝材料量 1 5 的粉煤灰 ， 取代比例 分 别 为 0 、 2 5 、 5 O 、 7 5 、 1 0 0 ，考 察 石 粉作 掺 合 料 的最大掺量及对 C 8 0机制砂 高性 能混凝 土性能 的影 响规 律 。 在和易性方 面，石粉作掺合料 1 0 0 取代粉煤 灰 ， 即 1 5 的石粉做掺合料 ， C 8 0机制砂高性能混凝 土的和易性较好 ，坍落度和扩展度均在 2 2 0 mm和 5 4 0 mm左右 ， 黏聚性和保水性较好 。 强 度方 面 ， 石粉作掺合料在 1 5 以内 ， 随掺量 增加， C 8 0混凝土 3 d和 2 8 d强度均有下降 ，但降低 幅度不 大 ，即每增加 3 7 5 的石粉作掺合料 ， 3 d强 度 下 降 1 - 2 MP a ， 2 8 d强 度 降低 幅度 更小 。这可 能是 表 5 C 8 0机制砂混凝 土配合 比及试验 结果 因为高强混凝土水泥用量较大 。 水灰 比较小 ， 水泥 熟料不能完全水化 ， 只能作为一种填 充料 ， 这不仅 导致资源浪费 ， 而且增加了混凝土开裂 的几率。石 粉作掺合料 ， 不仅起到填充料的作用 ， 而且一定量 的石粉在水泥水化过程中起晶核作用 ， 促进水泥熟 料的水化 ， 使混凝土结构更密实， 强度更高。 可见 ， 石粉作 掺合料在 C 8 0机制砂高性能混凝 土中达 1 0 ( 即 C 3组 1 1 2 5 的石粉作掺合料 ) 时 ， 对 混凝 土 和易性 和 强度影 响不大 。 3 4 石粉作掺合料对机制砂高性能混凝土抗渗性 能 的影 响 渗透性是混凝土破坏 的一种主要方式 ， 氯离子 扩散系数 越大 。 混凝土渗 透性越强 ， 抵抗外界侵蚀 环境 破 坏 的 能力 就越 弱 ， 混 凝 土耐 久 性 就 越差 。本 次试验分别从表 3 表 5的 C 3 0 、 C 6 0 、 C 8 0机制砂混 凝土中选择石粉作掺合料最大掺量组 ，即 A 3 、 B 3 、 C 3共 3组 ，用快速氯离子迁移系数法( 或称 R C M 法 ) ， 考察石粉作掺合料对混凝 土渗透性能 的影响 ， 具体试验结果见表 6 。 从 表 6可 知 ， C 3 0 、 C 6 0 、 C 8 0石 粉 取 代 2 O 、 1 5 、 1 0 水泥作掺合料时， 其 2 8 d氯离子迁移系数 一 2 6一 表 6 机制砂高性能混凝土氯离子迁移系数 均小 于 3 0 x 1 0 c m 2 s ，符合 高 性 能混 凝 土设 计 指 标 要求5 1 。这说明对 以 C 3 0为代表 的中低强度等级机 制砂混凝土而言 ， 石粉作掺合料不仅改善了混凝土 的和易性 ， 使混凝土更密实 ， 有害大孔减少 ， 同时石 粉 的晶核 效应 生成 了更 多 的 C S H 凝胶 ， 阻断 了混 凝土 的渗透通道 ， 氯离子扩散系数减小 ， 抗渗性增 强 。以 C 6 0 、 C 8 0为代表 的高 强高性 能机制砂混凝 土， 本身胶凝材料量 比较多 ， 粉煤灰 、 硅粉及矿粉与 水泥之间相互填充 。 有利于硬化混凝土结构的致密 化 而石粉的加入 ， 则在一定程度上破坏 了这种堆 积效 果阎。 从 而 导 致 C 8 0机 制 砂 混凝 土 的氯 离 子 渗 透系数 比 C 6 0的大 。 ( 下转 3 1页 ) 秦菱 ， 武卫 ， 王思扬 ， 等 基于孑 L 结构分析 的引气混凝土盐冻耐久性研究 两者之 间呈较好的线性关系。通过 Ma t l a b计算拟 合 ， 并考虑适用 区间 ， 最后求得盐冻剥蚀量和孔间 系数 的关系式为二次幂 函数 ： y = 0 0 1 2 1 x + 0 6 0 8 3 x - 2 2 9 6 9 8 ( 7 ) 从 图 8中还 可 以看 出 。引 气 组 和非 引气 组 相 比，孑 L 间 系数差距 很大 。B 5 0 1组 的孔 间系数 为 8 3 3 0 9 1x m，是 最 小 引气 量 B 5 0 3 1组 的 3 5 2倍 。 B 5 0 7 2组孑 L 间系数最小仅为 1 5 6 1x m，同时该组也 是盐冻剥蚀量最低的一组 表现出最好的抗盐冻耐 久 性 。通过 本试 验可 以看 出 ， 在 含气 量相 近 时 ， 使 用 三萜 皂苷引气剂的混凝 土孔 间系数普遍低 于热聚 松香 引气剂的混凝 土 ，这与盐 冻试验结果不谋而 合 ， 即三萜皂苷引气剂效果更好。相对于气孔平均 孑 L 径 ， 孔 间系 数 和混 凝 土盐 冻 剥蚀 量 程 的相 关 性 更 高， 更适合于表征混凝土的盐冻耐久性 。 4结 论 ( 1 ) 有利孔 和无 害孑 L 所 占比重越多 ， 混凝土抗 盐冻 的耐久性能越好 。 而引气混凝土气孔孔径和耐 盐冻性能并无 明显相关性。 ( 2 ) 孔问系数能够有效反映道面混凝土盐冻耐 久性 ， 两者呈线性关系 ， 随着孔间系数 的增长 ， 混凝 土抗盐冻效果 明显变差 。 ( 3 ) 对 比了三萜皂苷引气剂和热聚松香 引气剂 对混凝土耐盐冻性能的影响程度 两者对硬化混凝 土切片内气泡分布有不 同影响 ， 三萜皂苷引气混凝 土有 J ： f L 比例较大 耐盐冻效果较好 。 参考文献 ： 【 1 】 吴 中伟， 廉 慧珍 高性 能混凝 土 M 北 京： 中国铁道 出版社， 1 99 9 2 】 P o w e r T C ， H e hnu t h ， R A T h e o r y o f v o l u m e c h a n g e i n h a r d e n e d P o r t l a n d c e m e n t p a s t e s d u ri n g f r e e z i n g【 J P r o c e e d i n g s o f t h e H i g h w a y R e s e a r c h B o a r d ， 1 9 4 9( 3 2 ) ： 2 8 5 2 2 9 7 3 】 罗晓辉， 卫军， 罗听 混凝土 劣化 与有害孑 L 洞 的物 理关系 J 华 中科技大学学报： 自然科学版， 2 0 0 6 ， 3 4 ( 3 ) ： 9 4 9 6 4 】 张云清， 余红 发， 王 甲春 气泡 结构特征对混 凝土抗盐 冻性 能 的影响 J 华南理工大学学报： 自然科学版， 2 0 1 0( 1 1 ) ： 7 1 1 5 】 中华人 民共和 国住房和城 乡建设部， 中华人 民共和国国家 质量 监督 检验 检疫总 局 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9普 通混 凝 土长 期性 能和耐 久性能试 验方法标 准 S 】 北京 ： 中国建筑工 业 出 版社。 2 0 0 9 6 】 王欣 宇方， 武卫， 沈哲， 等 A u t o C A D在道面混凝 土孔结 构研 究 中的应用 J 混凝 土与水泥制品， 2 0 1 3 ， 2 1 1 ( 1 1 ) ： 5 9 - 6 2 7 王铁成 混凝土结构 M 北 京： 中国建筑工业 出版社， 2 0 0 4 收稿 日期 ： 2 0 1 5 0 7 3 1 作者简介 ： 秦菱 ( 1 9 9 0 一 ) ， 男 ， 硕士研 究生。 通讯地址 ： 江苏省徐州市空军勤务学院一大队 2队 联系电话 ： 1 3 0 9 2 3 3 9 3 2 5 E - ma i l ： 7 2 9 7 7 6 2 3 4q qc o rn ( 上 接 2 6页 ) 4结 论 ( 1 ) C 3 0 、 C 6 0 、 C 8 0机 制 砂 高性 能 混 凝 土石 粉 作 掺合料掺量可高达 2 0 、 1 5 、 1 0 ，对混凝土和易 性和强度无 明显影响 ， 甚至有改善作用 ； 石粉含量 在 2 0 以内， 对 C 3 0机制砂混凝土的作用效果与 级粉煤灰相当。 ( 2 ) 石粉对 以 C 3 0为代表的中低强度机制砂混 凝 土 抗 渗性 能有增 强作用 ； 对高强高性能机制砂 混凝土而言 ， 随强度增大 ， 抗渗性能有减弱趋势。 参考文献 ： 1 】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 G B T 1 4 6 8 4 -2 0 1 1建设用砂【 S 】 北京 ： 中 国 标准 出版社 ， 2 0 1 1 【 2 】 安徽省质量技术监督局 D B 3 4 T 2 2 3 2 -2 0 1 4混凝土用机 制砂【 S 】 安徽省质量技术监督局 ， 2 0 1 4 f 3 1 蔡基伟， 李北 星 石 粉对 中低强度机 制砂混 凝土性 能的影 响 J 武汉理工大学学报， 2 0 0 6 ， 2 8( 4 ) ： 2 7 3 0 4 Z h o u Mi n g k a i ， P e n g S h a o mi n g ， X u J i a n ， e t a 1 E f e c t o f S t o n e P o w d e r o n S t o n e C h i p p i n g s C o n c r e t e J J o u r n a l o f Wu h a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， 1 9 9 6 ， 1 1 ( 4 ) ： 2 9 - 3 4 5 1中国工程 院土 木水 利与建筑学部工程结构 安全性与耐久 性研究咨询项 目组 混凝 土结构耐久性设计与施 工指南 M】 北京： 中国建筑工业 出版社 2 0 0 4 6 】 李婷婷， 王稷 良 机 制砂石 粉含量对 混凝土 抗渗性 能的影 响【 J 混凝土， 2 0 0 9 ( 3 ) ： 3 5 3 7 收稿 日期 ： 2 0 1 5 0 7 3 0 作者简介 ： 刘 晓东 ( 1 9 6 6 一 ) ， 男 ， 工程师 。 通讯地址 ： 安徽省 合肥 市霍 邱路 1 8 2号 联 系电话 ： 1 3 2 2 5 6 9 3 2 4 7 E- ma i l ： 1 d o n gl 1 11 6 3c o m 一 31