摘 要: 为了推广机制砂在混凝土中的应用, 利用机 制砂配制高质量的混凝土, 采用混凝土拌合物性能测试的 方法, 试验研究了具有不同级配曲线特征的机制砂对混凝 土和易性的影响。试验结果表明: 采用相同配合比制备混 凝土, 细度模数大致相同的情况下, 级配曲线呈拉伸的正 S 形的机制砂制备的混凝土和易性最优, 级配曲线呈下凸形 的次之, 级配曲线呈拉伸的反 S 形和上凸形最差。
0 前 言 机制砂是由机械破碎、 筛分制成的, 粒径 ＞ 4. 75 mm 的岩石颗粒。 机制砂混凝土和易性较差, 易产生离析和泌 水现象, 这些不良的性质主要由机制砂的级配差造成的。 混凝土的微观流变学表明, 混凝土的和易性取决于各组分 的互相填充程度, 这与其固相颗粒的各粒级分布有决定性 的关系。 细集料的级配表示其在不同粒径上的分布情况, 由于各个国家评定级配的标准在筛分上给出的是一较大的 范围数值。现实中时常出现满足级配区要求的机制砂用于 制备混凝土的质量还是很差。很多机制砂生产单位也只简 单通过细度模数来评定机制砂质量的优劣, 这也会导致生 产出的机制砂应用于混凝土制备时和易性不好。这说明对 机制砂的质量控制不能简单的等同于天然砂来对待。虽然 大体满足要求, 但是粒级分布不均匀, 某些粒级比例过大, 某些粒级缺失, 就会导致新拌混凝土和易性不良。对机制砂合理级配曲线特征的研究, 总结出便于级配 质量控制的一些特征, 不但有利于提高机制砂的生产水平 和推广使用, 而且有利于制备性能优良的机制砂混凝土。本文通过对不同级配曲线机制砂混凝土和易性试拌试验, 给出了优良机制砂级配曲线特征。
1 级配对混凝土和易性的影响
1． 1 试验方案
GB14684 - 《建设用砂》 规范要求制备高性能混凝 土所用的细集料优选 II 区砂, 因此, 试验用机制砂级配曲 线要大致满足Ⅱ区砂要求。 试验用级配曲线的选取是用均 匀试验设计方法, 把 GB14684 - 《建设用砂》规定的细 集料的级配Ⅱ区作为样本空间, 把各筛孔累计筛余作为因 素来考虑; 并运用数据处理和分析软件 SPSS 均匀选取形成 了一系列级配曲线。均匀设计方法是从样本点均匀分散角 度出发的设计思想方法, 抛弃正交设计的整齐可比性, 实 现小样本代表试验整体的目的, 以均匀的小样本来研究整 体样本的特性, 因此, 试验次数较少, 具有代表性。由于 机制砂中细微颗粒对混凝土和易性影响较大, 因此, 设计 实验方案时考虑排除上述影响因素, 把各组粒径 ＜ 0. 15 mm 取相同水平。而细集料对 4. 75 mm 粒级含量要求严格, 也 考虑对其取相同水平, 取Ⅱ区砂的中值 5% 。
除均匀设计试验用的 9 组机制砂级配外, 还选取了最 紧密堆积状态机制砂 M1。由于机制砂的粒型和表面形貌对 混凝土的和易性也有影响, 为了排除这些干扰, 试验用机 制砂是用相同母岩和生产工艺生产出, 并经过筛分调级配 而成。实际工程中高水灰比低强度机制砂混凝土和易性较 难控制, 受机制砂级配影响较大, 因此, 和易性试验的目 标混凝土为 W/ C 为 0. 5 的机制砂混凝土。
1． 2 机制砂混凝土和易性评定方法
大量研究表明, 至今尚没有能直接测量和易性适宜的 试验方法。国内外最常用的现场测试方法是坍落度试验法, 因此, 本项目混凝土的和易性测试方法均采用坍落度试验 法。坍落度试验只能定性粗略地衡量新拌混凝土的和易性, 但是作为检测一定标称配合比拌合物的均匀性的变化却是 十分有用的。
由于和易性的优劣评价是基于混凝土实际用途和施工 工艺的, 单独探讨混凝土的和易性意义不大, 但是坍落度 法可以侧面反映混凝土的流动性、 黏聚性和保水性。坍落 度值的大小是评定流动性大小的标准, 根据坍落度值可将 混凝土划分为四个流动性级别。而黏聚性测定方法是观察 混凝土锥体的坍落形态, 混凝土的坍落形态常呈现三种形 态, 分别是正常型、 剪切型和坍塌型。若锥体四周逐渐下 沉, 坍落后混凝土各个方向分布均匀, 这种坍落形态为正 常型, 说明混凝土的黏聚性好, 而且坍塌过程越慢说明黏 聚性越好。值得注意的是正常坍落状态测出的坍落度值才 能真实反映混凝土的流动性, 才是真实的坍落度值。假若 所发生的不像真坍落那样的均衡坍落, 而是圆锥形混凝土 坍落成一个斜面, 即发生了剪切坍落的话, 则此试验应重 做。如果一再发生剪切坍落, 这就表明该拌合物黏聚性不 足, 这时的坍落度值是虚假的。当出现混凝土锥体在提起 坍落度桶后崩塌, 这时表明混凝土拌合物的黏聚性特别差。混凝土保水性也是采用观察法: 根据新拌混凝土中浆体析 出的程度来评定。若混凝土锥体坍落片刻后混凝土拌合物 有较多的浆体从坍落体底部流出, 坍落体顶部出现大颗粒 骨料堆积, 则表明此混凝土拌合物的保水性差; 若混凝土 锥形体坍落片刻后混凝土拌合物无浆体或仅有少量的浆体 从底部析出, 则表明新拌混凝土的保水性良好。
本文对混凝土和易性的评价方法是: 通过正常坍落状 态的坍落度值来评价混凝土的流动性, 坍落度值越大, 流 动性越好; 通过坍落形态来评价混凝土的黏聚性, 把剪切 型和坍塌型依次界定为黏聚性差、 很差, 把正常坍落型的黏聚性描述根据坍落的快慢划分为黏稠和一般两个档次; 保水性根据泌水的程度分为好、 一般、 差三个档次。
1． 3 级配对混凝土和易性影响试验结果
对各级配机制砂样品 P1 ～ P9、 Z1、 M1、 H1 采用相同 的配合比拌制混凝土试验结果见表 1
对以上各组机制砂混凝土拌合物在拌合过程中的和易 性现象的具体描述见表 2。
表 2 不同级配机制砂混凝土和易性现象具体描述
编号 机制砂混凝土和易性具体描述
P1 拌合物干稠呈松散状,坍落度桶提起后,混凝土锥形体塑性较 低,不发生坍落,只出现微小的变形
P2 拌合物干稠呈松散状,坍落度桶提起后,混凝土锥形体塑性较 低,不发生坍落,只出现微小的变形
P3 拌合物黏聚性不良,坍落度桶提起后,混凝土锥形体呈剪切型 坍塌;拌合物具有一定塑性,流动性差;并有泌 水现象
P4 拌合物黏聚性不良,呈剪切型坍落,流动性较差,锥形体底部 泌水
P5 拌合物黏聚性不良,呈剪切型坍落,有泌水现象,具有一定流 动性,坍落度后的混凝土上锥形体表面有碎石浮现
P6 拌合物黏聚性不良,呈剪切型坍落,有轻微的泌水现象,流动 性较大,坍落度后的混凝土上表面有碎石浮现
P7 拌合物黏聚性不良,呈剪切型坍落,有轻微的泌水现象,流动 性较大,坍落度后的混凝土上表面有碎石浮现
P8 拌合物黏聚性改善,呈正常坍落状态,有轻微的泌水现象,具 有较大的流动性,混凝土的和易性有很大改善
P9 拌合物黏聚性一般,呈正常坍落状态,有轻微的泌水现象,具 有较大的流动性,混凝土的和易性总体表现良好 Z1 拌合物黏聚性良好,无离析泌水现象,具有较大的流动性,坍 落后的圆锥形中间没有碎石堆积现象,和易性非常好
M1 拌合物黏聚性很差,有泌水现象,几乎没有流动性,坍落度桶 提起时,混凝土呈崩塌型坍落,所表现出的坍落度值并不能反 映混凝土的流动性,混凝土的和易性很差
H1 坍落度桶提起时,拌合物慢慢流动至圆锥形,圆锥中间没有碎 石堆积现象;流动性,黏聚性都很好,混凝土表现出很好的和易性。
1． 4 试验结果分析
由表 1 ～ 2 试验结果可知: 各个级配拌制混凝土和易性 测试结果显示: 机制砂不同级配曲线对混凝土拌合物和易 性影响很大, 分别呈现出低塑性、 塑性和流态等不同性能 和坍落状态。表明机制砂的级配对机制砂混凝土的和易性 有重要的影响。从 12 组试拌样品中发现 P8、 P9、 Z1、 H1 制备的混凝土和易性较好, 而 P1、 P2、 M1 三种机制砂制 备的混凝土和易性较差。
试验结果显示机制砂 P8、 P9 制备出的混凝土和易性相 对较好, Z1、 H1 的和易性也很好。P8、 P9 级配曲线的形 状与Ⅱ区的中值级配曲线和河砂级配曲线相似, 都呈拉伸 状的正 S 形。因此, 可以推断出拉伸正 S 形级配曲线是机 制砂的优良级配曲线形状。由分布特点来看, 优质级配曲 线分布在Ⅱ区砂中值级配曲线和Ⅱ区级配上限之间的范围 内, 形状呈拉伸的正 S 形, S 形上下端的斜率较小, 中部的 斜率较大; 与典型的机制砂粒级分布“两头大、 中间小”不 同。从级配组成上分析, 曲线中间斜率较大较陡说明机制 砂级配中 0. 3 ～ 0. 6 mm 和 0. 6 ～ 1. 18 mm 两粒级所占的比例 较大, 而且分布较均匀。
机制砂 P1、 P2 和 M1 制备出的混凝土呈松散状或离析 泌水严重。这种劣质级配曲线的形状多呈抛物线形; 或者 曲线中间较平, 两端较陡的拉伸反 S 形。分析曲线特性, P1 曲线是开口向上的下凸抛物线, 这种曲线特性表明小于 0. 6 mm 粒级的颗粒含量偏多, 而 2. 36 mm 粒级颗粒含量偏 少; P2 曲线特性是拉伸的反 S 形曲线, 这种是典型机制砂 的级配曲线, 颗粒分布呈“两头多、中间小”,甚至中间粒级 出现断档现象。而 M1 呈开口向下的上凸形抛物线, 斜率随 着粒级的减小而减小, 1. 18 mm 粒级以上的大颗粒偏多, 细小颗粒偏少。因此可推断出: 级配不良机制砂级配特征 曲线呈抛物线或拉伸反 S 形曲线。
2 结 论
1) 机制砂的级配特征对机制砂混凝土和易性有着很大 的影响; 制备具有优良和易性的机制砂混凝土, 选取级配 良好的机制砂是关键。
2) 机制砂级配曲线形状大体上分为四种: 上凸形、 下 凸形、 拉伸正 S 形、 拉伸反 S 形。具有拉伸正 S 形级配曲 线的机制砂制备出的混凝土和砂浆的流动性大, 而且保水 性和稳定性好。
3) 具有下凸形级配曲线的机制砂制备出的混凝土和砂 浆流动性、 保水性和稳定性一般; 拉伸反 S 形和上凸形级 配曲线的机制砂制备出的混凝土和砂浆性能和易性最差。
本文来自与网络，如有侵权请告知删除
