石灰?guī)r機(jī)制砂級(jí)配對(duì)混凝土性能的影響研究

發(fā)布日期：2023-11-09   瀏覽次數(shù)： 111 次

石灰?guī)r機(jī)制砂級(jí)配對(duì)混凝土性能的影響研究

編者按：中國砂石協(xié)會(huì)定于2023年12月5日—7日，在中國上海召開第八屆中國國際砂石骨料大會(huì)（點(diǎn)擊了解）。本次大會(huì)在砂石行業(yè)內(nèi)廣泛征集了學(xué)術(shù)論文，今日，中國砂石協(xié)會(huì)融媒體中心推出蔣澤宇、盧超琦、孟文慧共同撰寫的《石灰?guī)r機(jī)制砂級(jí)配對(duì)混凝土性能的影響研究》一文，以饗讀者。

石灰?guī)r機(jī)制砂級(jí)配對(duì)混凝土性能的影響研究

蔣澤宇，盧超琦，孟文慧（北京建筑大學(xué)，北京100044）

【摘要】為驗(yàn)證T/CBMF38-2018，T/CAATB001-2018《高性能混凝土用骨料》機(jī)制砂分計(jì)篩余的控制范圍，本文通過調(diào)整石灰?guī)r機(jī)制砂各粒級(jí)分計(jì)篩余設(shè)計(jì)不同的級(jí)配，研究其對(duì)混凝土性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：T/CBMF38-2018，T/CAATB001-2018《高性能混凝土用骨料》中對(duì)機(jī)制砂分計(jì)篩余范圍是比較合理的。總體上看， 0.3、0.6mm這兩個(gè)粒徑的顆粒含量不宜低于標(biāo)準(zhǔn)下限，0.15mm、0.3mm、0.6mm這三個(gè)粒徑分計(jì)篩余總量宜保持在55%以上。C50混凝土機(jī)制砂過粗或過細(xì)都會(huì)導(dǎo)致混凝土拌合物狀態(tài)不佳，選取該標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ級(jí)分計(jì)篩余范圍最為合適。

【關(guān)鍵詞】石灰?guī)r；機(jī)制砂；分計(jì)篩余；大流態(tài)混凝土；和易性；強(qiáng)度

Study on the influence of limestone machine-made sand grade on the performance of concrete

Jiang Zeyu1,Lu Chaoqi1,Meng Wenhui1(Beijing University of Civil Engineering and Architecture, Beijing Key Laboratory of Building Structure and Environmental Remediation Functional Materials, Beijing 100044, China)

Abstract: In order to verify the control range of manufactured-sand grader retained percentage in T/CBMF38-2018，T/CAATB001-2018 "aggregates for high performance concrete", this paper studies the influence on concrete performance by adjusting the different grading of each particle size grader retained percentage of limestone manufactured-sand. The test results show that: T/CBMF38-2018，T/CAATB001-2018 "aggregates for high performance concrete" is more reasonable for the grader retained percentage of manufactured-sand. In general, the particle content of 0.3 and 0.6 mm should not be lower than the lower limit of the standard, and the total amount of grader retained percentage of 0.15 mm, 0.3 mm and 0.6 mm should be kept above 55%. For C50 concrete , whether the manufactured-sand particles is too thick or thin can both result in a poor state of concrete mixture, It is more resonable to select the level I range in the specification.

Key words: Limestone；Manufactured-sand；Grader retained percentage；High-fluidity concrete；Workability；Strength

1.引言近年來，我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模巨大，砂石作為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程用量最大的材料，對(duì)其需求量越來越大。由于資源和生態(tài)壓力，天然砂石資源日益短缺，為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展，機(jī)制砂石骨料已替代天然砂石成為我國的主力砂石源 [1-4]。與河砂相比，機(jī)制砂經(jīng)不同生產(chǎn)工藝破碎、篩分及整形生產(chǎn)出，品質(zhì)也有較大的差異。當(dāng)前，機(jī)制砂常存在級(jí)配不良、超出級(jí)配范圍、石粉含量超標(biāo)等質(zhì)量問題，配制的混凝土經(jīng)常出現(xiàn)和易性不良[5-6]。機(jī)制砂級(jí)配對(duì)混凝土拌合物工作性能影響較大，GB/T14684-2011《建設(shè)用砂》中用累計(jì)篩余和細(xì)度模數(shù)來表征機(jī)制砂級(jí)配存在問題,在不同程度上常出現(xiàn)粗顆粒多，中間顆粒含量較少，石粉多的“啞鈴型”級(jí)配，滿足標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ區(qū)要求級(jí)配的機(jī)制砂可能對(duì)混凝土的性能產(chǎn)生不同影響[7-9]。本研究的目的就是為了驗(yàn)證T/CBMF38-2018 ，T/CAATB001-2018《高性能混凝土用骨料》（中國建筑材料聯(lián)合會(huì)、中國砂石協(xié)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)）利用分計(jì)篩余的合理性，對(duì)石灰?guī)r機(jī)制砂的級(jí)配提出適宜的控制范圍。

2.原材料與試驗(yàn)方法2.1原材料（1）水泥金隅P.O 42.5水泥，其主要物理力學(xué)性能如表2-1所示：

表 2-1 水泥指標(biāo)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

（2）粉煤灰北京敬業(yè)達(dá)公司生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰。其主要的性能指標(biāo)如表2-2所示：

表2-2粉煤灰的主要指標(biāo)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

（3）S95礦渣粉S95礦渣粉產(chǎn)自河北，其主要指標(biāo)數(shù)據(jù)如表2-3所示：

表2-3礦渣粉主要的指標(biāo)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

（4）細(xì)骨料細(xì)骨料為石灰?guī)r機(jī)制砂，產(chǎn)地為昆明，其性能指標(biāo)與級(jí)配如表2-4、2-5所示：

表2-4機(jī)制砂性能指標(biāo)

表2-5 機(jī)制砂級(jí)配

將砂看做球形，相同質(zhì)量的每一粒級(jí)砂的粒徑均比相鄰粒級(jí)砂的粒徑相差1/2，稱作比表面積指數(shù)。比粒度即各粒級(jí)分級(jí)篩余與相應(yīng)比表面積指數(shù)的乘積的加和。不同粒徑的砂子比粒度按表2-6計(jì)算[10]。用比粒度來表征機(jī)制砂細(xì)度，由于和顆粒表面積相關(guān)度高，相對(duì)于細(xì)度模數(shù)表征機(jī)制砂細(xì)度更精確。

表2-6 機(jī)制砂比粒度計(jì)算

（5）粗骨料5-10mm、10-25mm兩個(gè)粒級(jí)的碎石，二者比例為1:2，其性能指標(biāo)見表2-7。

表2-7 粗骨料技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

（6）減水劑聚羧酸減水劑，產(chǎn)地為河北唐山，其主要性能指標(biāo)見表2-8。

表2-8 聚羧酸減水劑性能指標(biāo)

（7） 水自來水。

2.2試驗(yàn)方法2.2.1機(jī)制砂級(jí)配設(shè)計(jì)對(duì)于石灰?guī)r機(jī)制砂級(jí)配的配制原則，遵循以下思路。參考標(biāo)準(zhǔn)為T/CBMF38-2018，T/CAATB001-2018《高性能混凝土用骨料》和GB/T14684-2011《建設(shè)用砂》。

機(jī)制砂級(jí)配設(shè)計(jì)分為兩個(gè)步驟，第一是在上述兩種標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，分別對(duì)砂的級(jí)配進(jìn)行粗、中、細(xì)的調(diào)整，并標(biāo)注每種級(jí)配所屬于的標(biāo)準(zhǔn)名稱，使配制出的機(jī)制砂涵蓋GB/T14684-2011的3個(gè)級(jí)配區(qū)以及T/CBMF38-2018，T/CAATB001-2018Ⅰ級(jí)Ⅱ級(jí)等范圍；第二是分別調(diào)整特定粒級(jí)，使被調(diào)整的粒級(jí)分計(jì)篩余超出T/CBMF38-2018，T/CAATB001-2018《高性能混凝土用骨料》規(guī)定粒級(jí)范圍限制，每一個(gè)粒級(jí)分別設(shè)置高于標(biāo)準(zhǔn)和低于標(biāo)準(zhǔn)分計(jì)篩余范圍兩種情況，再分別調(diào)整其細(xì)度。

表2-9  T/CBMF38-2018，T/CAATB001-2018《高性能混凝土用骨料》級(jí)配范圍

表2-10 級(jí)配在標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)機(jī)制砂A組級(jí)配設(shè)計(jì)

注：A6比粒度和A7細(xì)度模數(shù)、比粒度不符合T/CBMF38-2018，T/CAATB001-2018《高性能混凝土用骨料》要求。

表2-11超出標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制砂B組級(jí)配設(shè)計(jì)

注：標(biāo)準(zhǔn)即指T/CBMF38-2018，T/CAATB001-2018《高性能混凝土用骨料》

2.2.2混凝土試驗(yàn)配合比

表2-12 C30大流態(tài)石灰?guī)r機(jī)制砂混凝土配合比（ 單位：kg/m3）

表2-13 C50大流態(tài)石灰?guī)r機(jī)制砂混凝土配合比 （單位：kg/m3）

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析3.1機(jī)制砂級(jí)配對(duì)C30混凝土性能的影響3.1.1機(jī)制砂級(jí)配對(duì)C30混凝土拌合物和易性的影響為達(dá)到大流態(tài)的要求，通過調(diào)整減水劑的摻量來使混凝土的坍落度范圍控制在230mm以上，擴(kuò)展度范圍控制在550mm以上，表3-1為A組和易性，表3-2為B組和易性。

表3-1  A組級(jí)配C30混凝土和易性

隨著細(xì)度的逐漸減小，混凝土拌合物狀態(tài)整體性能較好，外加劑用量也比較少。當(dāng)細(xì)度模數(shù)大于2.8，比粒度低于5.0后，即便符合T/CBMF38-2018，T/CAATB001-2018《高性能混凝土用骨料》分計(jì)篩余要求，混凝土拌合物性能也變差，且外加劑用量顯著提高。

表3-2   B組級(jí)配C30混凝土和易性

對(duì)C30混凝土抗壓強(qiáng)度的影響對(duì)C30大流態(tài)混凝土，石灰?guī)r機(jī)制砂調(diào)整單個(gè)粒級(jí)分計(jì)篩余，使其他粒徑在滿足T/CBMF38-2018，T/CAATB001-2018《高性能混凝土用骨料》級(jí)配區(qū)的前提下，0.3mm這一粒級(jí)不宜超過標(biāo)準(zhǔn)范圍，且這一粒徑對(duì)混凝土拌合物粘聚性、保水性作用明顯；0.6mm這一粒徑對(duì)于混凝土拌合物粘聚性、保水性也很重要，分計(jì)篩余對(duì)于不宜低于標(biāo)準(zhǔn)下限；0.6mm這一粒徑分計(jì)篩余如果超過標(biāo)準(zhǔn)大于40%，0.3mm分計(jì)篩余宜取下限；0.15mm粒徑適度超過標(biāo)準(zhǔn)分計(jì)篩余上限，只要0.3mm和0.6mm分計(jì)篩余在15-20%之間對(duì)于拌合物和易性影響不大；1.18mm粒徑對(duì)混凝土粘聚性有一定作用，但不明顯，不宜斷檔或低于標(biāo)準(zhǔn)下限。0.15、0.3、0.6mm這三個(gè)粒徑分計(jì)篩余總量宜保持在55%以上，如果在以下的話，需要保證2.36mm以下粒徑總量與2.36mm及以上粒徑總量之比大于3。石灰石機(jī)制砂比粒度的適宜范圍是4-7.5。

表3-3   A組級(jí)配C30混凝土抗壓強(qiáng)度（單位：MPa）    

由數(shù)據(jù)可知，分計(jì)篩余符合標(biāo)準(zhǔn)時(shí)對(duì)C30混凝土強(qiáng)度無明顯影響。

表3-4   B組級(jí)配C30混凝土抗壓強(qiáng)度（ 單位：MPa）

整體上看，B組強(qiáng)度相對(duì)A組有所降低，說明良好的級(jí)配會(huì)有效保證和提高混凝土強(qiáng)度。比粒度在一定程度上可以反應(yīng)機(jī)制砂級(jí)配，比粒度不在正常范圍內(nèi)的機(jī)制砂級(jí)配不良。級(jí)配不符合T/CBMF38-2018，T/CAATB001-2018《高性能混凝土用骨料》要求，尤其是0.6mm、0.3mm、0.15 mm等分計(jì)篩余過低時(shí)，對(duì)混凝土和易性和強(qiáng)度都影響較大。

3.1.4級(jí)配對(duì)C30混凝土抗氯離子滲透性能的影響試驗(yàn)所用混凝土試塊齡期為56d。各組混凝土試塊電通量及機(jī)制砂比粒度如表3-5所示。由表可知，級(jí)配對(duì)C30大流態(tài)混凝土抗氯離子滲透性能無顯著影響，混凝土電通量大都在1200~1500C之間，氯離子滲透性低。

表3-5  C30混凝土電通量值（單位：C）

機(jī)制砂級(jí)配對(duì)于混凝土電通量影響不顯著，但總體上看級(jí)配不良實(shí)驗(yàn)組的電通量較高。

3.2機(jī)制砂級(jí)配對(duì)C50混凝土性能的影響3.2.1機(jī)制砂級(jí)配對(duì)C50混凝土和易性的影響

表3-6   C50混凝土和易性

C50組混凝土和易性見表3-6。對(duì)于C50大流態(tài)石灰?guī)r機(jī)制砂混凝土來說，機(jī)制砂過粗或過細(xì)都會(huì)導(dǎo)致混凝土拌合物狀態(tài)不佳，T/CBMF38-2018， T/CAATB001-2018《高性能混凝土用骨料》Ⅰ級(jí)的范圍比較合適。比粒度在5~6時(shí)比較合適。

3.2.2級(jí)配對(duì)C50混凝土抗壓強(qiáng)度的影響C50混凝土各齡期強(qiáng)度與比粒度見表3-7。

表3-7  C50混凝土抗壓強(qiáng)度（單位：MPa）

機(jī)制砂級(jí)配對(duì)于C50強(qiáng)度混凝土強(qiáng)度影響規(guī)律性不明顯，但是整體均達(dá)到強(qiáng)度等級(jí)要求，整體上看，機(jī)制砂相對(duì)較粗實(shí)驗(yàn)組的強(qiáng)度更高，機(jī)制砂過細(xì)，強(qiáng)度有所降低。

3.2.3級(jí)配對(duì)C50混凝土抗氯離子滲透性能的影響試驗(yàn)所用混凝土試塊齡期為56d。C50混凝土試塊電通量及機(jī)制砂比例度如表3-8所示。

表3-8 C50混凝土電通量值（單位：C）

由表可知，級(jí)配對(duì)C50混凝土抗氯離子滲透性能無顯著影響，混凝土電通量大致在400~700C之間，氯離子滲透性很低。機(jī)制砂級(jí)配好的A組混凝土電通量略低。

4.結(jié)論

（1）T/CAATB001-2018《高性能混凝土用骨料》級(jí)配區(qū)分計(jì)篩余規(guī)定的范圍是比較合理的，石灰?guī)r機(jī)制砂分計(jì)篩余符合標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)總體上和易性好，尤其是0.60mm和0.30mm兩個(gè)粒徑顆粒的分計(jì)篩余不應(yīng)低于標(biāo)準(zhǔn)下限，0.60mm、0.30mm和0.15mm的分計(jì)篩余之和不宜低于55%。

（2）T/CBMF38-2018 T/CAATB001-2018《高性能混凝土用骨料》中定義的比粒度概念是一個(gè)比細(xì)度模數(shù)更精確的機(jī)制砂細(xì)度表征指標(biāo)，在一定程度上還可以反映機(jī)制砂級(jí)配。對(duì)于石灰?guī)r機(jī)制砂而言4.0-7.5范圍內(nèi)，混凝土和易性較好。

（3）對(duì)于C30混凝土，可以選擇相對(duì)比較細(xì)的石灰?guī)r機(jī)制砂，細(xì)顆粒和石粉含量可以較高；對(duì)于C50混凝土，級(jí)配過粗或過細(xì)都會(huì)導(dǎo)致混凝土拌合物狀態(tài)不佳，對(duì)于和易性而言，比粒度5-6，T/CBMF38-2018 T/CAATB001-2018《高性能混凝土用骨料》Ⅰ級(jí)的范圍比較合適。

（4）石灰?guī)r機(jī)制砂級(jí)配對(duì)C30混凝土強(qiáng)度無明顯影響，但整體上看，良好的級(jí)配會(huì)提高混凝土強(qiáng)度。機(jī)制砂偏細(xì)，C50混凝土強(qiáng)度有所降低，對(duì)于強(qiáng)度而言，比粒度宜控制在4.0-5.5。

（5）石灰?guī)r機(jī)制砂級(jí)配對(duì)混凝土電通量影響不顯著，但級(jí)配好的實(shí)驗(yàn)組略低。

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來源：第八屆中國國際砂石骨料大會(huì)論文集

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2023年11月09日