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利用机制砂配制混凝土有什么特性

浏览: 发布时间:19/10/17

天然砂与机制砂形成方式不一样,机制砂由人工机械破碎而成,因而其其颗粒形貌多棱角、表面粗糙,加上石粉含量高等特点,与在自然条件作用下形成的天然砂对比具有有较大的区别,至今国内外科研人员做了大量有关于机制砂混凝土方面的试验研究工作。下面主要介绍国内外有关机制砂混凝土的工作性、力学性能、耐久性和体积稳定性方面的相关研究概况。

由于机制砂与天然砂在生产工艺的差异,导致它们在级配、颗粒形状、粗细程度及0.075mm以下颗粒的含量有明显的区别。现有的生产工艺很难满足规范对石粉的要求,我国规范对石粉的含量的仅对上限做了规定,而忽略了当机制砂石粉含量过低时,就会造成新拌混凝土极易泌水、离析,特别是低强度的混凝土。通过改变石粉含量配制不同强度混凝土用的试验研究,发现石粉含量的变化会影响高、低强度等级混凝的工作性,提出机制砂石粉含量应有一定的含量,并建议现行的机制砂标准中石粉含量给出范围值,而不是小于某个界限。不过对石粉的含量界限的研究处于百家争鸣状态,有些认为石粉含量的增加会导致需水量的增加,认为混凝土的坍落度随着石粉含量的增加而降低。另一些研究在则认为石粉不会增加需水量,反正混凝土的用水量随着石粉含量的增加而降低。更多的观点则认为机制砂石粉含量存在一个更佳范围,认为石粉可在一定程度上改善混凝土的保水性,防止新拌混凝土用泌水与离析。

现行的普通混凝土配合比设计规范依旧用细度模数来确定砂的一些参数。许多研究人员认为,细度模数已经不能准确的指导含粉体系机制混凝土的配制,不能直接配制出工作性优良的混凝土。认为可以将比表面积作为机制砂的一项控制指标,从而更加准确的表征机制砂的表面特征和粒形。也有采用数值图形处理技术,引入新的表征参数:棱角性指数、长宽比及丰满比。

试验研究发现,在不掺加外加剂时,机制砂取代部分天然砂会导致新拌混凝土工作性性变差,但随着外加剂的掺入,工作性被逐渐改善。提出施工时机制砂混凝土应适当缩短振捣时间,这是由于机制砂混凝土比天然砂混凝土更容易液化,避免过振而造成的泌水与离析。

众所周知,在相同条件下用机制砂所配制的混凝土强度将略高于天然砂。几乎所有的研究者都认同由于机制砂的多棱角性提高了水泥界面的咬合力从而提高了强度,但是在石粉在水泥的水化过程中是否具有活性还存在争议。认为石粉是惰性的,他们通过XRD和SEM测试水泥与不同岩性的石粉水化反应后的微观结构发现,石粉对水泥石的微观结构并未产生明显影响,普通机制砂混凝土力学性能得以改变的主要原因是:石粉含量的变化引起机制砂细度模数及更终一种对混凝土颗粒级配优化的结果。认为石粉并非完全惰性,在水泥的水化进程中,石粉(石灰岩,主要成分为碳酸钙)能与水泥中C4AF和C3A发生进一步的微弱的水化反应,生成新的水化产物(水化碳铝酸钙),生成的水化碳铝酸钙不仅改善了水泥石界面结构还填充了内部的孔隙,从而提高了混凝土的强度。采用石粉取代部分水泥发现,只有一小部分的石粉能阻止钙矾石向单硫型水化硫铝酸钙转变,并与C3A发生反应生成水化碳铝酸钙。取代水泥的绝大部分石粉仅仅起一种微集料的作用,依旧是惰性。

人在保持水泥用量和砂率不变的情况下,机制砂对天然砂分别采用0,30%,50%, 70%,100%的取代率,通过比较分析发现机制砂混凝土的抗压强度优于天然砂,机制砂混凝土的抗压强度随着取代率提高而提高,并确定了该机制砂的更佳取代率为50%。通过正交设计优化混凝土配合比设计,发现当采用机制砂与天然砂6:4比例复配作为混凝土的细集料时,配制的机制砂混凝土能够达到高性能混凝土的性能指标的要求。并且与天然砂相比,机制砂混凝土的力学性能均优于天然砂混凝土。他认为一定的石粉含量能使混凝土内部毛细孔得到进一步的填充,混凝土更加密实,而且改善骨料与水泥浆的界面结构,使得机制砂混凝土比在相同条件下的天然砂具有更大的断裂能,因而造成机制砂混凝土的力学性能优于天然砂混凝土。研究发现:机制砂之所以能提高混凝土的力学性能主要原因是,由于机制砂中的石粉能改善混凝土内部骨料与水泥浆的界面,并能改变混凝土晶相的程度。

将石粉在混凝土的中的作用类似于粉煤灰的矿物掺合料,通过对不同强度等级的机制砂混凝土工作性与力学性能研究发现,在混凝土中掺加15%~22.5%的石粉作矿物掺合料是完全可行的,并且发现石粉对混凝土强度的影响与II级粉煤灰类似。