人工砂中石粉对混凝土性能影响及其作用机理研究

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1、人工砂中石粉对混凝土性能影响及其作用机理研究摘要:研究石屑中石粉及其含量对混凝土性能影响，并通过XRD、TG、SEM技术分析了其作用机理。结果表明，石粉含量在24%范围内，其含量越高，混凝土强度越高，抗冻、抗渗性越好；石屑混凝土的收缩变形、碳化和钢筋锈蚀性能与普通混凝土相当。石屑中石粉的填充效应、晶核效应、活性效应、吸水效应和形态效应的共同作用，改善了石屑混凝土的性能。关键词:人工砂；石屑；混凝土；石粉含量；作用机理0　前言      研究发现，高石粉含量人工砂对混凝土也没什么不良影响。文献[3]通过对石粉含量为12%、16%、随着人工

2、砂研究工作的不断深入，人工砂的应用21%的混凝土性能进行了对比试验，得出了石粉含量技术日益成熟，但有些问题还存在争议。其中人工砂为16%的混凝土综合性能最优的结论。周中贵[4]在中石粉对混凝土性能影响及其作用机理、石粉的最佳对黄丹电站工程中所用的高石粉人工砂研究后，确定含量及其上下限一直是争议较大的问题。有人认为石了最佳石粉含量为15%～18%。文献[5]的研究认粉含量应限制在较低的范围内[1，2]，但有的通过试验为，不同岩性的石粉最佳含量虽有差异，但宜控制在17%±2%。      为了对人工砂中的石粉有更深入的认识，本文研究了人工砂

3、中石粉及其含量对混凝土性能影响，并通过XRD、TG和SEM等现代分析技术揭示其作用机理。1　石屑特性      石屑表面比河砂粗糙，有尖锐棱角，含有一定量粒径小于0.16mm的石粉。石屑会因产地和生产工艺的差别，其基本物理性能和矿物组成存在差异。本研究所用石屑的基本物理性能表见1，且将粒径小于0.16mm的颗粒含量定义为石粉含量。氮吸附法测得粒径小于0.16mm石粉的比表面积为119m2/g，粒径小于0.08mm部分(占石粉总量的2/3)的比表面积为2.9m2/g。2　石粉对混凝土性能影响      混凝土试验按规范GBJ80O85、G

4、BJ81O85、GBJ82O85进行，配合比见表3。2.1          拌和物性能及强度      从表3可看出，同等级混凝土在水灰比相同的条件下，由于石屑中含有24%的石粉，导致混凝土的吸水率增大，其流动性比普通混凝土要差，但通过添加少量的减水剂便能有效改善其流动性，且比普通混凝土的保水性好、粘聚性强、泌水少，即和易性好。这主要是由于石屑中的石粉在拌和期间起到了水泥浆体的作用。此外，石屑混凝土的初凝和终凝时间均比普通混凝土略长，其密度和普通混凝土差不多，结果见表4。      从表4还可以看出：(1)石屑混凝土的立方体抗压强度要

5、高于同龄期同等级普通混凝土；(2)石屑混凝土28d的劈裂抗拉强度要高于同等级普通混凝土。　　此外，作者还通过正交试验研究了石粉含量5%、15%、24%对混凝土强度的影响，结果表明，在24%范围内，石粉含量越高，混凝土强度也越高[6]。2.2　收缩性能      图1表明，石屑混凝土的收缩发展规律与普通混凝土相似，其收缩率总体来说与普通混凝土相当。石粉含量为24%、16%的石屑混凝土的收缩率比普通混凝土略大，石粉含量为10%的石屑混凝土收缩率与普通混凝土差不多，石粉含量为24%和16%的石屑混凝土收缩没有明显的差异，说明石粉含量虽对混凝土

6、的收缩有影响，但影响不大。2.3　耐久性      表5试验数据表明:石屑混凝土的碳化和钢筋锈蚀性能与普通混凝土相当；但抗冻、抗渗性比普通混凝土好。C40普通混凝土的抗冻等级小于D25(25次循环后相对动弹性模量低于60%)，而石屑混凝土达到了D50。抗冻试验都是在其相对动弹性模量低于60%而停止的，试件重量几乎没有损失，且在试验过程中笔者发现，普通混凝土在经过25次冻融循环后有两个试件的中间出现横向可见贯穿裂缝，而石屑混凝土没有；经过75次循环后，石屑混凝土外观均呈鱼鳞状，且起皮脱落，但C40X24的情况比C40X16、C40X10要

7、好，说明在24%范围内，石粉含量越高，混凝土的抗冻性可能更好。C40普通混凝土抗渗等级为P14，而C20X10的抗渗等级也达到了P14，C20X16、C20X24抗渗等级要大于P14，纵向劈开发现C20X24的渗水高度为79mm，比C20X16的109mm要小，这说明在24%范围内，石粉含量越高，混凝土的抗渗性越好。3　机理分析    试验直接用砂浆试样(普通河砂砂浆的水泥∶水∶砂=1∶019∶416；石屑砂浆的水泥∶水∶砂=1∶019∶418)代替从混凝土中取样，进行了XO射线衍射分析、热分析(TG)和扫描电镜分析(SEM)。3.1　

8、XO射线衍射分析      国内外的研究[7～10]普遍认为石粉中的CaCO3微粒具有活性效应，即CaCO3微粒能与C3A反应生成碳铝酸盐，在这一点上绝大多数研究者达成了共识，只是有人认为是生成单碳铝酸盐(