机制砂细度模数对混凝土工作性及力学性能的影响.pdf

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河砂是一种不可再生的天然资源,地域分布不均,其中在广西、贵州、四
川等山区河砂资源较为匮乏。砂是混凝土生产过程中不可或缺的组份,如远距
离运输用于工程建设,将使得工程成本巨增,采用当地矿石制备机制砂用于工
程项目建设,可有效解决天然河砂不足的现实问题。国内外学者对机制砂对混
凝土性能的影响开展了大量的研究工作,认为机制砂制备的混凝土在抗压强
度、弹性模量、耐久性等方面具有优于河砂混凝土的特征,并在我国西部山区
的交通工程中得到推广应用。细骨料是配制混凝土的重要组成部分,约占混
凝土总质量的1/3,其粗细程度(一般采用细度模数表征)对混凝土的工作
性、力学性能及长期耐久性具有一定的影响。机制砂生产过程中,可通过调
整设备参数来改变机制砂粗细程度。因此,研究机制砂的细度模数对混凝土工
作性、力学性能及长期耐久性具有一定的现实意义,确定合理机制砂细度模
数对混凝土配合比设计、施工质量控制具有重要意义。
本文首先分析了不同细度模数的机制砂堆积密度的变化,在此基础上,开
展了混凝土试验研究,分析了机制砂细度模数对混凝土拌合物和易性、抗压强
度、劈裂抗拉强度的影响,为机制砂在混凝土中的应用提供了参考。
1工程概况
本项目位于S347线英德市东华镇金门水库旁,是当地通往英德
市区重要交通要道,为加快东华镇经济建设的需要,市政府决定:在金门大桥
。该桥上部采用3-40m预应力钢筋混
凝土简支T梁桥,下部结构采用桩柱式墩台和肋板台(0号台),基础为钻孔
灌注桩基础。引道路基宽度按12m,断面
布置为:硬路肩(含路缘石)+。起点桩号为
K88+200,终点桩号为K89+135,(其中金门大桥长128m,
引道长807m)。
2试验方案及测试方法


泥,物理力学性能指标见表1所示。粉煤灰采用珠海电厂生产的I级粉煤灰,
试验结果见表2所示。细骨料采用清远市英德乐远土砂石开采有限责任公司生
产的砂岩机制砂,通过对不同粒径机制砂颗粒筛分,然后复配制备细度分别为
、、,并控制机制砂的石粉含量同为
5%,且机制砂的颗粒级配满足JTGTF50-2011公路桥涵施工技术规范的H区
要求,机制砂级配范围要求见表3。粗骨料采用狮前石场生产的5〜10mm、
10〜20mm二级配碎石,粗骨料各项性能指标均符合JTGTF50-2011公路桥
涵施工技术规范H类技术要求,粗骨料试验结果见表4;外加剂,选取广东柯
杰外加剂科技有限公司生产的KJ-JS聚羧酸高效减水剂,外加剂试验结果见
表5。
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粉煤灰试验结果
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基准混凝土配合比见表6所示。
表6不同机制砂细度模数和河砂对混凝土性能影响的基准配合比(单位:kg/m3)
强度等级总胶凝材料水泥粉煤灰机制砂碎石碎石水减水剂
5—10mm10-20mm


机制砂堆积密度测定方法采用《公路工程集料试验规程》
(JTGE42-2005)的规定进行;混凝土拌合物和易性测定方法采用《普通混凝
土拌合物性能试验方法标准》(GB/T50080-2016)的规定进行;混凝土的抗压
强度、劈裂抗拉强度的测定采用《普通混凝土力学性能试验方法标准》
(GB/T50081-2016)的规定进行。
3结果分析

表丁不同细僮根数机制砂的堆积密僮
松散堆积奋度紧密堆积窃度/kgF*

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不同细度模数机制砂的紧密和松散堆积密度见表7所示。机制砂
的松散堆积密度和紧密堆积密度随随机制砂细度模数的减小,机制砂
的堆积密度先增大后减小,。而
河砂的松散堆积密度与机制砂差别不大,但紧密堆积显著小于同细度模数的机
制砂,主要是由于机制砂在生产过程中,产生部分细颗粒的石粉,石粉可有效
填充机制砂颗粒之间的孔隙,提高机制砂的堆积密度。

在水胶比、砂率、减水剂等用量固定的条件下,改变机制砂的细度模数,
研究细度模数对混凝土工作性及坍落度、坍落扩展度的影响
见表8所示。
机制砂细度換裁对混聲土工作性的影喑
细度梗数_L作性搆述
、悍水性炭粘聚性均较塞
»


河砂3」215560谎功性、保水性惡枯聲性岗報妇
由表8析可知:伴随机制砂的细度模数的增加,混凝土坍落度及坍落
扩展度先增大后减小,,新拌混凝土的坍落度、坍落扩展
度最大,且流动性、保水性及粘聚性均较好,可满足混凝土现场施工要求。在
砂率及机制砂石粉含量一定的前提下,当细度模数较低时,粒径较小的颗粒比
例较大,颗粒表面吸附的水量增加,从而造成混凝土浆体的流动性变差,当细
度模数增大到一定程度时,不同粒径的机制砂相互搭配,相互填充空隙,颗
粒表面吸附的水量适中,且紧密堆积效应也可起到降低空隙的作用,使得有更
多的自由水参与到工作性中,从而使得拌合物的流动性增大。另外,在机制砂
细度模数进一步增大时,由于拌合浆体中细粉料含量的降低,填充效果变
差,细骨料不能有效起到润滑作用,同样也造成混凝土流动性降低,易出现离
析现象。因此,在实际工程应用时,应调整机制砂的生产工艺,宜生产中粗砂
拌合机制砂混凝土。另外,相比相同细度模数的机制砂,采用河砂拌合的混凝
土和易性较好,坍落度及扩展度均优于同细度模数的机制砂,主要是由于机
制砂颗粒形状不规则、多棱角所造成的。因此,相比普通河砂,在相同细度模
数下,为提供新拌混凝土的工作性,应适当增加砂率,以增加浆体含量提高
新拌混凝土的和易性。

表*细淮揍数时机制砂混閱土抗圧强度的影/
7(1抗FRaffi/MPa到<1抗乐强度

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表9为细度模数对机制砂混凝土不同龄期抗压强度的影响,在细
〜,机制砂细度模数对混凝土28d的抗压强度
并无显著影响,,混凝土的7d和28d
抗压强度均为最大,
性能达到最佳状态。,混凝土
抗压强度有所降低。
凝土,机制砂配制的混凝土抗压强度显著优于普通河砂混凝土,和28d的抗7d
压强度分别提高4MPa和6MPa。

表⑷绍IS模数对机斟砂泯跟土劈裂抗持企捲的影晌
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表10为细度模数对机制砂混凝土不同龄期劈裂抗拉强度的影
响,〜,机制砂对混凝土7d、28d劈裂抗
拉强度的影响并不显著,
土,机制砂混凝土的劈裂抗拉强度显著大于普通河砂混凝土,机制砂配制的混
凝土具有更为优异的力学性能。
4结语
(1)〜,随机制砂细度模数的
减小,机制砂的堆积密度先增大后减小,
有最大的堆积密度。
(2),新拌机制砂混凝土和易性差,易出现离
析、泌浆及包裹性差等风险,,混凝土的流动性降低。
(3)〜,细度模数对混凝土抗压强度
影响不显著,,混凝土的抗压强度有一定的降低。
(4)〜,细度模数对混凝土劈裂抗拉
强度影响并不显著。
(5)相比同细度模数的普通河砂,机制砂配制的混凝土具有更为优异的力
学性能。