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混凝土原材料——细骨料

2020-02-23 17:41 作者:电竞app 点击:

  砂石骨料是当前混凝土材料研究中的薄弱环节,毋容置疑,但砂石骨料的研究是滞后于混凝土研究的。一直以来没有能够建立砂石特性和混凝土性质之间的定量关系,更谈不上“定量化、数值化”,造成骨料的研究一直停留在含糊的定性水平。砂石骨料在混凝土中不仅仅是起到骨架作用,其自身的的材质、强度、吸水率、以及不同的形成条件(表面特征)和不同的生产工艺(空隙率、颗粒形状等)都对混凝土胶凝材料用量、外加剂用量以及拌合后的工作性能、力学性能和耐久性产生较大影响。长期以来混凝土企业管理人员长期形成的“重胶凝材料,轻砂石”观念认为水泥等胶凝材料是影响混凝土质量的根本,控制住胶凝材料质量就能控制住混凝土质量。

  砂子按其细度模数分为粗砂(3.1~3.7)、中砂(2.3~3.0)、细砂(1.6~2.2)。砂的细度模数与砂的颗粒级配有联系又有区别,一般来说砂的颗粒级配决定细度模数,砂的细度模数反映颗粒级配的状态。同一细度模数的砂可以有多种级配,砂的细度模数相同不代表砂的级配相同见表1。

  砂的级配是与细度模数完全不同的两个不同的概念。砂的颗粒级配用级配区表示,以级配区或级配曲线判定砂级配的合格性。砂级配对混凝土的工作性能具有显著影响,粒径≥1.18mm的颗粒主要影响混凝土的泌水性,粒径1.18mm的颗粒主要影响混凝土的保水性和黏聚性,为保证混凝土良好的工作性能,两者的含量比例保持在1:2左右,且4.75mm、2.36mm和1.18mm三个筛档累计筛余百分率按2:3:1进行控制。0.3mm以下颗粒含量的大小对混凝土的工作性、抹面和泌水也很重要。

  对于中低强度等级混凝土,0.3mm以下颗粒含量至少应达到15%,含量20%时混凝土工作性较好;而对于高性能混凝土,由于胶凝材料用量大,混凝土中胶凝材料能保证其粘度,砂的颗粒在0.6mm筛的累计筛余大于70%,0.3mm筛的累计筛余为85%~95%。如,C30混凝土适合的级配区为Ⅱ区上限偏下区域,且0.15~0.6mm颗粒分计筛余合适范围为35%~50%,1.18~4.75mm分计筛余合适范围为10%~30%;C50混凝土适合的级配区为中值和下限之间偏上区域,且0.15~0.6mm颗粒分计筛余合适范围为30%~40%之间,1.18~4.75mm颗粒分计筛余合适范围为30%~50%。

  砂中含有大量的层状吸水泥土矿物成分,会吸收大量的拌合水,使拌合物中自由水减少,混凝土流动性变差。聚羧酸减水剂对含泥量非常敏感,当混凝土中的含泥量小于3%以下时,含泥量对减水剂的影响较小,含泥量大于3%,随着含泥量的增加,减水剂的效果迅速降低。一般来说,含泥量<3%时,随着含泥量增加坍落度减低,但对混凝土的工作性影响较小;当含泥量大于3%时,随着含泥量的增加,混凝土拌合物的初始坍落度降低,混凝土的坍落度经时损失加快。

  在混凝土硬化过程中,一方面泥的存在会阻碍水泥石与骨料之间的粘结,容易形成结构的薄弱区,使得混凝土的强度下降。另一方面,较细的泥颗粒,比表面积大,而且不会水化,混凝土搅拌后吸收了大量的自由水,随着混凝土的水化或这些自由水蒸发后,在有泥存在的区域形成严重的薄弱区。当含泥量≤3%的情况下,混凝土强度受到的影响较小,同强度混凝土抗压强度无论是3d、7d还是28d龄期的强度都随砂中含泥量的增加明显地降低。当>3时,含泥量每增加1%,混凝土28d强度降低3%左右。

  含水率时搅拌站生产过程中质量控制最重要的指标之一,砂含水率的波动对混凝土拌合物状态影响比较大。砂含水率波动1%,混凝土拌合物生产用水量变化8kg/m3左右,拌合物坍落度变化20~40mm。生产时,应时刻对砂含水率进行监视,将用水量控制到一定范围内,保持混凝土工作性的稳定。

  含石率是指细骨料中粒径超过4.75mm的颗粒含量,其含量的大小对混凝土拌合物和易性具有重要影响,也是调整砂率的主要原因之一。目前,砂中含石率问题越来越突出,生产时应予以重视。

  因为中砂的级配合理,0.3mm以下的颗粒含量能达到15%左右,此部分颗粒在混凝土的砂浆中于泵管内紧贴管壁,摩擦阻力很小,有利于泵送。粗砂摩擦阻力大,不利于泵送。细砂的表面积大,在同等强度下多使用水泥,开裂的几率高。

  机制砂与天然砂相比,由于有一定数量的石粉,使得机制砂混凝土的和易性得到改善,可在一定程度上改善混凝土保水性、泌水性、粘聚性,使得混凝土易于成型振捣。这些作用在低标号混凝土中特别明显,尤其是在实行水泥新标准之后,水泥强度普遍提高。配制混凝土时很难解决强度富裕过大与工作性之间的矛盾,机制砂中的石粉很好地解决了这个矛盾,即在低水泥用量情况下,配制出工作性符合要求的混凝土。

  但在高标号混凝土中,对机制砂中的石粉均进行了严格的限制,因为在高标号混凝土中水灰比较小,石粉的存在严重影响了混凝土的工作性,一般机制砂砂中石粉含量限制在7%以下。

  在同等条件下,用机制砂配制的混凝土比天然砂配制出的混凝土强度略高。由石灰石破碎而成的机制砂,其成分是碳酸钙,处于高浓度氢氧化钙中,其表面会发生微弱化学反应,天然砂成分中二氧化硅含量高,不能发生类似反应;且机制砂质地坚硬,有新鲜界面,表面能高;机制砂表面粗糙、棱角多,有助于提高界面的粘结。机制砂提高混凝土的强度是由于石粉填充了混凝土中的孔隙,且0.08mm以下的石粉可以与水泥熟料生成水化碳铝酸钙。机制砂增强混凝土的主要原因是由于石粉的存在可以较明显改善混凝土的孔隙特征,改善浆-集料界面结构,并且混凝土晶相有不同程度的改变。并认为就强度而言石粉的最佳含量为7%。根据已有的研究:石粉对水泥具有增强作用,认为石粉在水泥水化反应中起晶核作用,诱导水泥的水化产物析晶,加速水泥水化并参加水泥的水化反应,生成水化碳铝酸钙,并阻止钙矾石向单硫型的水化硫铝酸钙转化。

  由于混凝土的抗渗性主要与其孔结构有关,因此大多数人认为机制砂中的石粉是其提高的主要原因。混凝土的研究者认为:机制砂中的石粉只是一种有效的填料,虽然不具有活性,但提高了混凝土的密实性,增强了水泥石与骨料界面粘结;而有人则认为石粉能加速C3S的水化,并与C3A、C4AF反应生成结晶水化物,并能改善水泥石的孔隙结构,因此抗渗性能得到提高。

  长期以来,由于石粉和泥都是砂中粒径小于0.075mm的颗粒,在没有引入亚甲蓝试验方法以前,缺乏鉴定的依据。一般认为石粉是对商品混凝土有害的,因为缺乏科学的了解,人们都以为石粉不能加以利用。有的地方甚至不惜浪费时间、精力和钱财,想尽办法来除去砂中的石粉。其实,许多的国内外专家都认为,商品混凝土中加入适当的石粉是有好处的。

  有研究表明,水化早期形成的钙矾石会在后期向单硫型硫铝酸钙转化,这会降低水泥石的强度,但是加入含有碳酸钙的石粉,就可以有效解决这个问题;另外,石粉是以碳酸钙为主的,而碳酸钙可以和C3A发生水化反应,形成水化碳铝酸钙,从而提高了商品混凝土的强度。

  石粉可以填充商品混凝土中的空隙,充当商品混凝土的填料,以此增加商品混凝土的密实度,从而起到惰性掺合料的作用。对于胶凝材料用量少、拌合物性能差的特点,只要使用中、低强度等级的机制砂商品混凝土,就可以得到有效的弥补。

  机制商品混凝土中有石粉,可以降低商品混凝土拌合物离析和泌水的风险。因为石粉可以吸收商品混凝土中的用水,无形中增加了商品混凝土的单方用水量,所以石粉含量越高,商品混凝土的粘度就越大;另外,加入石粉也可以减少商品混凝土的收缩,补偿商品混凝土后期水化用水,因为,即使商品混凝土硬化了,以前被石粉吸收的水分也会渐渐释放。

  石粉含量应该适量。机制砂中石粉的主要成份为碳酸钙,但水化作用并不是无限的,也要受限于水泥的成份。如果石粉含量过高,不利于集料与水泥石的粘结,因为水泥石中或界面过渡区会出现游离态的石粉,从而降低商品混凝土性能。另外,石粉含量超过一定限值后,不利于商品混凝土的耐久性能,因为单方石粉承担的保水量明显减少,干缩明显变大。

  综合各种研究,一般C50以下商品混凝土石粉含量应控制在10%~15%,而C50以上商品混凝土石粉含量应该不超过10%。返回搜狐,查看更多

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