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时间:2020-05-17
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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%、随着人工砂研究工作的不断深入,人工砂的应用21%的
2、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
3、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、GBJ81O85、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
4、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
5、,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
6、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109
7、mm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 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(
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