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        機制砂混凝土配合比設計參數(shù)選擇的研究

        2016-10-24 08:22:00于新榮詹鎮(zhèn)峰李從波
        廣東建材 2016年7期
        關鍵詞:機制混凝土

        于新榮詹鎮(zhèn)峰李從波

        (1佛山市鴻獅混凝土有限公司;2廣州大學土木工程學院)

        機制砂混凝土配合比設計參數(shù)選擇的研究

        于新榮1詹鎮(zhèn)峰2李從波2

        (1佛山市鴻獅混凝土有限公司;2廣州大學土木工程學院)

        機制砂中的石粉含量影響著單位用水量、砂率等參數(shù)選擇。本文在試驗的基礎上,探討了機制砂石粉含量對水灰比與強度關系、單位用水量以及砂率等參數(shù)的影響,提出對水灰比與強度關系,以及單位用水量、砂率選擇的修正公式,希望本文的試驗結果對機制砂配合比設計有參考作用。

        機制砂;石粉;混凝土配合比;設計參數(shù)

        由于天然砂資源的匱乏,機制砂作為混凝土細骨料的替代材料,正被越來越廣泛地應用于各種工程建筑中。與天然砂相比,機制砂的特證表現(xiàn)為:顆粒粒型粗糙,級配差,含有一定量的細顆粒(石粉)等。用機制砂配制混凝土時,由于機制砂的顆粒粒型粗糙和級配差的原因,如果砂率選擇不當,容易出現(xiàn)拌合物干澀、泌水等現(xiàn)象,同時,也由于機制砂含有一定的石粉使得單位用水量要高于河砂。但實踐證明只要配合比設計恰當,利用機制砂同樣可以配制滿足工程要求的混凝土。作者通過對機制砂混凝土配合比的試驗和總結,分析了石粉含量對機制砂混凝土的水灰比與強度關系的影響,以及對單位用水量和砂率選擇的影響,并提出對水灰比與強度關系,以及單位用水量、砂率選擇的修正公式,希望本文的試驗結果對機制砂配合比設計有參考作用。

        1 原材料

        水泥:韶關昌山水泥廠有限公司生產(chǎn),粵海牌中熱硅酸鹽水泥,強度等級為P·MH42.5。

        粗骨料:石灰石,20~40mm,5~20mm二級配,m(20~40mm):m(5~20mm)=60:40。

        細骨料:機制石灰石巖人工砂,原石粉含量為12.2%,細度模數(shù)為2.8;天然砂:細度模數(shù)為2.7。

        2 試驗方案及配合比

        將機制砂晾干后,用0.016mm的篩篩除石粉,并按試驗要求配制不同石粉含量的機制砂。機制砂混凝土配合比設計流程、混凝土配制強度的確定、膠凝材料以及砂石骨料用量的計算與河砂混凝土相同,按JGJ55-2011《普通混凝土配合比設計規(guī)程》進行。

        表1、表2分別為12%石粉含量的機制砂和河砂,不同水灰比下混凝土配合比及性能,表3為不同石粉含量機制砂混凝土配合比及性能。

        表1 采用石粉含量為12%的機制砂配制混凝土

        表2 采用河砂砂配制混凝土

        3 試驗結果與分析

        3.1石粉含量對水灰比與強度關系的影響

        表1、表2分別為不同水灰比下,機制砂、河砂混凝土的強度結果,對表1、表2數(shù)據(jù)處理,與灰水比進行線性回歸,得出圖1的結果,其線性回歸方程式見式1~式4。

        機制砂:

        R7=16.791C/W-0.2246R2=0.9941(式1)

        R28=12.563C/W+16.178R2=0.9789(式2)

        天然砂:

        R7=14.808C/W+0.9348R2=0.9899(式3)

        R28=12.598C/W+11.853R2=0.9865(式4)

        眾所周知,混凝土的強度與灰水比在一定范圍內(nèi)是呈現(xiàn)出線性關系。圖1的結果可以看出:

        圖1 機制砂與天然砂混凝土的強度與灰水比關系

        圖2 石粉含量與混凝土強度關系

        ⑴機制砂混凝土的強度與灰水比關系與天然砂一樣表現(xiàn)出良好的線性關系,且相關系數(shù)均在0.97以上。

        ⑵機制砂混凝土的7d和28d強度關系線均在河砂的上方,這說明在同樣水灰比下,機制砂的強度高于河砂,由于本試驗采用的機制砂母巖是石灰石,而石灰石粉在水泥水化過程中能起到晶核和微集料的效應,提高混凝土的強度,即是說一定的石粉含量對混凝土強度有增強效果。

        表3和圖2為三種水灰比下,不同石粉含量的強度結果,式7~式12為線性回歸方程式。該試驗結果也驗證了石灰石粉的增強效應,尤其是水灰比0.55時,石粉的增強效果更為明顯,強度與石粉含量的相關性更好,7d和28d的線性相關系數(shù)均大于0.98,如式9、式12所示。

        以上的試驗結果證明了石粉對混凝土強度的增強作用,因此,以機制砂來配制混凝土時,考慮石粉的增強效應,可以對現(xiàn)有的水灰比計算公式作適當?shù)男拚?,以本試驗為例,參照以上的試驗結果,在相同水灰比下,12%石粉含量的機制砂 28d強度比河砂高 4.1~4.5MPa,即:R機,12=R河+(4.1~4.5)MPa,其中:R機,12為12%石粉含量的機制砂強度,R河為河砂混凝土強度。石粉含量在6%~21%范圍內(nèi),某一石粉含量的機制砂混凝土R機=R機,12+(φ-12)×k,與河砂相比的增加量為:

        ΔR=(4.1~4.5)+(φ-12)×k

        其中φ為石粉含量,其值在6%~21%之間;

        k線性回歸線的斜率,其值在0.481~0.738之間。

        根據(jù)鮑羅米公式,機制砂的配制強度fcu,o與灰水比的關系可修正為

        fcu,o,機=αafce(C/W-αb)+ΔR(式5)

        或:

        W/C=αafce/(fcu,o,機+αaαbfce-ΔR)(式6)

        修正后公式的意義在于:與河砂相比,采用機制砂配制同樣強度的混凝土,因石粉的增強效應,其水灰比可隨石粉含量的增大而提高,反之,減小。

        R7=0.4343φ+35.404R2=0.9176(W/C=0.35)(式7)

        R7=0.4962φ+28.751R2=0.9769(W/C=0.45)(式8)

        R7=0.6048φ+21.452R2=0.9835(W/C=0.55)(式9)

        R28=0.5648φ+42.092R2=0.9057(W/C=0.35)(式10)

        R28=0.481φ+36.09R2=0.959(W/C=0.45)(式11)

        R28=0.7381φ+26.452R2=0.9955(W/C=0.55)(式12)

        表3 不同石粉含量機制砂混凝土配合比

        表4 采用石粉含量為12%和18%的機制砂配制混凝土

        3.2單位用水量的選擇

        單位用水量大小的選擇取決于坍落度大小的要求以及砂、石的粗細,但對于機制砂而言,除了以上的因素之外,石粉含量的差異,也是影響單位用水量選擇的一個重要因素。

        相比于河砂渾圓的顆粒外形,機制砂顆粒表面粗糙,棱角多,同時含有一定量的石粉,因此,配制同樣坍落度的混凝土,其單方用水量高于河砂,表1、表2的試驗結果驗證這一結論,從表中的試驗結果可以看出,以12%石粉含量的機制砂,配制與河砂相同(或相近)的坍落度,其單方用水量比河砂約高20kg。

        表4為機制砂的石粉含量分別為12%、18%,固定W/C=0.50,無摻外加劑的情況下,混凝土的坍落度隨單位用水量變化的變化情況,圖3為對兩者的線性關系圖。

        從圖3可以看出,用水量和坍落度呈現(xiàn)出良好的線性關系,線性相關系數(shù)均超過了0.95,同時由表3中的數(shù)據(jù)可以計算出:當石粉含量為12%時,坍落度增加2cm,單位用水量大約需增加8kg/m3;當石粉含量為18%時,坍落度增加2cm,單位用水量大約需增加8.5kg/m3,而同樣條件下,河砂混凝土拌合物的坍落度每增加2cm,單位用水量大約需增加5kg/m3,低于機制砂,其原因在于機制砂含有較多的細顆粒(石粉)。

        對表3的數(shù)據(jù)進行分析處理還得出:水灰比0.35~0.55,石粉含量6%~21%之間,石粉含量每增加10%,同樣的單位用水量,其坍落度減小約1.6cm。

        基于以上的試驗數(shù)據(jù),以12%石粉含量為參照樣,機制砂混凝土的單方用水量(W機制砂)可參照公式(式13)來計算

        W機制砂=W表+20+0.16×4×(φ-12)

        W機制砂=W表+0.64φ+12.32(式13)

        式中:W表為JGJ55-2011《普通混凝土配合比設計規(guī)程》表5.2.1-2中的選值;

        φ為石粉含量,其值在6%~21%之間。

        圖3 單位用水量與坍落度的關系

        3.3砂率的選擇

        機制砂總體上細度模數(shù)偏大,級配欠佳,級配呈現(xiàn)兩頭大、中間小的現(xiàn)象,同時顆粒表面粗糙、棱角尖銳,縱長比較大、扁平比較小,不及河砂渾圓,顆粒之間存在架橋、摩擦、阻滯作用,含有一定量的石粉,機制砂砂漿更粗澀,流動度更低,對粗骨料的潤滑作用較河砂砂漿小,為了保證機制砂混凝土具有較好的工作性,往往要提高砂率。

        表5為機制砂和河砂混凝土配合比。配合比設計中,選用相同的單位用水量以確保膠材用量相同,通過外加劑摻量變化調節(jié)拌合物的坍落度。從表5可以看出,機制砂的砂率高于河砂,以石粉含量為12%砂為參照樣,水灰比為0.55時,機制砂的砂率增大了3%;水灰比為0.45時,機制砂的砂率增大了2%。同時隨著石粉含量的增加,砂率的選擇可逐漸減小,綜合表5以及表3等試驗數(shù)據(jù),認為石粉含量每增加3%,砂率相應減少0.5%;因此,人工砂砂率Sp人的選擇可參照公式式14來計算:

        Sp人=Sp河+(2%~3%)-(φ-12%)/6(式14)

        其中Sp河按照JGJ55-2011《普通混凝土配合比設計規(guī)程》中表5.4.1選擇;φ為石粉含量,其值在6%~21%之間。

        表5 不同石粉含量機制砂及天然砂混凝土配合比

        4 結語

        用機制砂配制普通混凝土同樣可以按照現(xiàn)行的JGJ55-2011《普通混凝土配合比設計規(guī)程》進行,但由于機制砂含有一定量的石粉,這使得在強度與水灰比關系、單位用水量和砂率等參數(shù)的選擇等方面有別于天然砂。本文在試驗的基礎上,分析了機制砂石粉含量對強度與水灰比關系、單位用水量和砂率的影響,結合現(xiàn)有的配合比設計規(guī)程(JGJ55-2011),提出了對水灰比與強度關系、單位用水量和砂率的修正公式,希望對機制砂的配合比設計有一定的參考作用。●

        [1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.JGJ55-2011普通混凝土配合比設計規(guī)程[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2011.

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