丁 浩
(中鐵十八局集團(tuán)第四工程有限公司,天津市 300350)
隨著我國(guó)基本建設(shè)的日益發(fā)展,混凝土用砂需求量急增,現(xiàn)有天然砂資源難以保證我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。天然砂是一種地方性資源,分布很不均勻,短時(shí)間內(nèi)不可再生,也不適宜長(zhǎng)距離運(yùn)輸。以甘肅省榆中迎賓大酒店建設(shè)項(xiàng)目施工為研究,該項(xiàng)目位于甘肅省蘭州市榆中縣,天然砂資源緊缺,省內(nèi)還有很多地方已經(jīng)開始禁采或限采天然砂,這樣工程用砂供需矛盾日益突出,導(dǎo)致砂的價(jià)格越來(lái)越高,甚至無(wú)天然砂可用,影響了工程建設(shè)的進(jìn)展。機(jī)制砂是巖石經(jīng)除土開采、機(jī)械破碎、篩分制成的,粒徑在4.75 mm以下的巖石顆粒。機(jī)制砂與天然砂在粒形、級(jí)配和表面特性上明顯不同,機(jī)制砂顆粒表面粗糙、尖銳多棱角,細(xì)度模數(shù)大,級(jí)配不良,最明顯的區(qū)別是機(jī)制砂在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量粒徑小于0.075 mm的石粉顆粒,約占機(jī)制砂總量的10%~20%。機(jī)制砂中小于0.075 mm的顆粒與河砂中小于0.075 mm的顆粒性質(zhì)完全不同。河砂中的被稱作泥粉,泥粉對(duì)混凝土的工作性、體積穩(wěn)定性和耐久性都有不利的影響,但機(jī)制砂中的細(xì)小顆粒則被稱為石粉,石粉與泥粉對(duì)混凝土性能的影響完全不同[1]。因此對(duì)機(jī)制砂中石粉的研究也成為機(jī)制砂混凝土性能研究的重點(diǎn)。
目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建設(shè)用砂》GB/T14684—2011中規(guī)定石粉含量限值為10%[2],建工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土用砂、石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》JGJ52—2006中[3],根據(jù)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不同規(guī)定石粉含量限值為5%~10%,貴州地方標(biāo)準(zhǔn)《山砂混凝土技術(shù)規(guī)程》DBJ 22—016—95根據(jù)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不同規(guī)定[4]石粉含量限值為10%~20%。實(shí)際研究表明,不同巖性的石粉對(duì)混凝土性能的影響不盡相同,不同巖性機(jī)制砂的石粉最佳含量范圍不同,其中石灰石巖性的石粉對(duì)混凝土諸多方面性能改善較大,近年來(lái),由中國(guó)建筑科學(xué)研究院主編的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《石灰石粉混凝土》GB/T 30190—2013,行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《石灰石粉在混凝土中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ/T 318—2014均已頒布。本文針對(duì)石灰?guī)r性的機(jī)制砂,在不同水膠比下,或不同強(qiáng)度等級(jí)下,研究不同石粉含量對(duì)混凝土性能的影響規(guī)律,以期獲得適宜的石粉含量范圍。
(1)水泥 采用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥,主要性能指標(biāo)(見(jiàn)表1)。
(2)石灰?guī)r機(jī)制砂 采用石灰石巖性的水洗機(jī)制砂,級(jí)配屬于Ⅱ區(qū)中砂,主要物理性能指標(biāo)(見(jiàn)表2)。
表1 水泥的主要性能指標(biāo)
表2 機(jī)制砂的主要性能指標(biāo)
(3)石灰?guī)r石粉
將石灰?guī)r機(jī)制砂經(jīng)過(guò)75 μm篩進(jìn)行篩析,篩出來(lái)的石粉按《石灰石粉在混凝土中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ/T 318—2014,其主要性能指標(biāo)(見(jiàn)表3),將石粉與機(jī)制砂進(jìn)行復(fù)摻,配出不同石粉含量的機(jī)制砂。
(4)粉煤灰 采用Ⅱ級(jí)粉煤灰,主要性能指標(biāo)(見(jiàn)表4)。
表3 石灰?guī)r石粉的主要性能指標(biāo)
表4 粉煤灰的物理性能
(5)碎石 采用5~25 mm連續(xù)級(jí)配的石灰?guī)r碎石,壓碎值12.4%,針片狀含量為5.3%。
(6)減水劑 采用聚羧酸系高性能減水劑。
本次試驗(yàn)水膠比分別選用0.35、0.40、0.45、0.50、0.55、0.60。機(jī)制砂中石粉含量分別為5%、7%、10%、15%、20%、25%。經(jīng)過(guò)試拌調(diào)整后的配合比(見(jiàn)表5)。
對(duì)表5中的混凝土配合比進(jìn)行混凝土工作性能和力學(xué)性能試驗(yàn),工作性能主要包括坍落度和擴(kuò)展度,并對(duì)工作性能進(jìn)行描述,同時(shí)進(jìn)行7 d和28 d抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),具體試驗(yàn)結(jié)果(見(jiàn)表6)。
表5 不同石粉含量機(jī)制砂混凝土配合比
(續(xù)表)
表6 不同石粉含量機(jī)制砂混凝土的工作性及強(qiáng)度
表6中混凝土的工作性能數(shù)據(jù)表明,在同一水膠比下,隨著石粉含量的變化,混凝土的工作性隨之變化。石粉含量過(guò)少時(shí),混凝土容易離析、泌水;石粉含量過(guò)大時(shí),混凝土較為干稠,流動(dòng)性不佳;當(dāng)石粉含量在最佳適宜范圍時(shí),混凝土工作性才處于最佳的狀態(tài)。不同水膠比的混凝土石粉適宜含量范圍不同,低水膠比的石粉適宜含量較低,高水膠比的的石粉適宜含量較高。
根據(jù)表6結(jié)果,繪制每個(gè)水膠比下的石粉含量與強(qiáng)度關(guān)系(見(jiàn)圖1—6)。
圖1 0.35水膠比下石粉含量與抗壓強(qiáng)度關(guān)系
圖2 0.40水膠比下石粉含量與抗壓強(qiáng)度關(guān)系
圖3 0.45水膠比下石粉含量與抗壓強(qiáng)度關(guān)系
圖4 0.50水膠比下石粉含量與抗壓強(qiáng)度關(guān)系
圖5 0.55水膠比下石粉含量與抗壓強(qiáng)度關(guān)系
圖6 0.60水膠比下石粉含量與抗壓強(qiáng)度關(guān)系
圖1—6表明,0.35水膠比下,石灰?guī)r機(jī)制砂的石粉適宜含量為7%;0.40水膠比下,石灰?guī)r機(jī)制砂的石粉適宜含量為10%;0.45水膠比下,石灰?guī)r機(jī)制砂的石粉適宜含量為15%;0.50水膠比下,石灰?guī)r機(jī)制砂的石粉適宜含量為20%;0.55和0.60水膠比下,石灰?guī)r機(jī)制砂的石粉適宜含量可達(dá)25%及以上。不同水膠比的石灰?guī)r機(jī)制砂混凝土石粉適宜含量不同,低水膠比的石粉適宜含量較低,高水膠比的石粉適宜含量較高[5]。
(1)在同一水膠比下,當(dāng)機(jī)制砂石粉含量過(guò)少時(shí),混凝土容易離析、泌水;石粉含量過(guò)大時(shí),混凝土較為干稠,流動(dòng)性不佳;當(dāng)石粉含量在最佳適宜范圍時(shí),混凝土工作性才處于最佳的狀態(tài)[6]。
(2)在同一水膠比下,當(dāng)機(jī)制砂石粉含量最佳時(shí),混凝土強(qiáng)度最高,石粉含量過(guò)低或過(guò)高,混凝土強(qiáng)度均會(huì)降低[7]。
(3)0.35水膠比下,石灰?guī)r機(jī)制砂的石粉適宜含量宜為7%左右;0.40水膠比下,石灰?guī)r機(jī)制砂的石粉含量宜為10%左右;0.45水膠比下,石灰?guī)r機(jī)制砂的石粉含量宜為15%左右;0.50水膠比下,石灰?guī)r機(jī)制砂的石粉含量宜為20%左右;0.55和0.60水膠比下,石灰?guī)r機(jī)制砂的石粉含量可達(dá)25%及以上。
(4)機(jī)制砂混凝土中的適宜石粉含量跟水膠比或混凝土強(qiáng)度等級(jí)存在相關(guān)性,不同水膠比的混凝土石粉適宜含量范圍不同,低水膠比或高強(qiáng)度混凝土的石粉適宜含量較低,高水膠比或低強(qiáng)度混凝土的石粉適宜含量較高[8]。由于石灰?guī)r機(jī)制砂中的
石灰石粉的自身性質(zhì),其石粉適宜含量可根據(jù)不同水膠比或不同強(qiáng)度等級(jí)進(jìn)行確定,在高水膠下,可以突破標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范限值進(jìn)行確定。