行業(yè)動態(tài)
摘要
機(jī)制砂顆粒形狀是否良好是評價機(jī)制砂品質(zhì)的重要方面。本文通過研究不同片狀顆粒含量機(jī)制砂對水泥膠砂和混凝土流動性、強(qiáng)度、耐久性的影響，提出片狀機(jī)制砂的定義及檢測方法，同時提出片狀含量合理控制范圍，為今后機(jī)制砂相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)片狀顆粒技術(shù)指標(biāo)制定提供參考。研究表明，隨著片狀機(jī)制砂含量的增加，水泥膠砂和混凝土的各項性能隨之下降。對于水泥膠砂用機(jī)制砂，片狀顆粒含量不宜超過10\%；對混凝土用機(jī)制砂，片狀顆粒含量不宜超過20\%。片狀顆粒對高強(qiáng)度等級混凝土的影響要高于低強(qiáng)度等級混凝土。
關(guān)鍵詞：機(jī)制砂，片狀顆粒，混凝土性能，條形孔篩
0.引言
細(xì)骨料是混凝土的主要組分，約占混凝土體積總量的 30％-40％，其性質(zhì)的好壞將直接影響到新拌混凝土和硬化后混凝土的性能。為了配制工作性符合要求的混凝土，表面粗糙、多角或者細(xì)長的顆粒與表面光滑、粒形渾圓的顆粒相比，需要更多的漿體，從而影響性能和成本。廉慧珍[2]指出砂石質(zhì)量是影響混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵。天然河砂顆粒形狀相對較好，一般不存在粒形問題。而機(jī)制砂則普遍存在不規(guī)則顆粒形狀—片狀顆粒的問題。季韜[3]指出由于針片狀顆粒較多且表面凹凸不平，機(jī)制砂具有較大的比表面積，隨著機(jī)制砂比表面積的增大，混凝土拌合物的坍落度減小。對于骨料粒形，F(xiàn)letcher等介紹了一種基于計算機(jī)控制的骨料成像體系（AIMS）來描述骨料形狀。H．He研究了細(xì)骨料表征的不同試驗(yàn)方法，認(rèn)為不同種類砂的顆粒形狀尺寸等指標(biāo)用圖像分析法、篩析法、激光衍射法等不同方法研究得到的特性表征是不一樣的。王稷良也指出常規(guī)測試機(jī)制砂粗糙度的試驗(yàn)方法不能準(zhǔn)確反映出機(jī)制砂的顆粒形貌特征。目前關(guān)于機(jī)制砂，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)沒有細(xì)骨料片狀顆粒的定義和指標(biāo)要求，更沒有建立片狀顆粒含量的檢測方法，細(xì)骨料的顆粒形狀對預(yù)拌混凝土工作性、強(qiáng)度以及耐久性的影響還缺少系統(tǒng)研究。本文提出了片狀顆粒的定義和檢測方法，通過試驗(yàn)研究了機(jī)制砂不同片狀顆粒含量對水泥膠砂和混凝土的影響。
1.原材料及試驗(yàn)方法
本試驗(yàn)采用金隅P.O 42.5水泥，需水量比和燒失量分別為98\%和 3.2\%的 Ⅱ級粉煤灰，比表面積和活性分別為453 m2/kg和89\%的S95級礦粉。
采用細(xì)度模數(shù)為3.1的石灰?guī)r機(jī)制砂和花崗巖機(jī)制砂，5-25mm連續(xù)級配石灰?guī)r碎石，采用減水率33\%的聚羧酸減水劑。
我們提出的片狀顆粒定義為：1.18mm以上的機(jī)制砂顆粒中最小一維尺寸小于該顆粒所對應(yīng)粒徑范圍平均粒徑0.45倍的顆粒。機(jī)制砂規(guī)則顆粒和片狀顆粒如圖1所示；機(jī)制砂片狀顆粒含量根據(jù)我們依據(jù)定義開發(fā)的條形孔篩（如圖2所示）試驗(yàn)所得。篩子共3種型號，條形篩孔寬分別為為0.8mm、1.6mm和3.2mm，分別檢測1.18-2.36mm 、2.36-4.75mm、4.75-9. 50mm三個粒徑范圍的片狀砂。
檢測步驟：取500g烘干或風(fēng)干砂，篩除1.18mm以下砂樣，將剩下的砂進(jìn)行篩分，然后將1.18-2.36mm 、2.36-4.75mm、4.75-9. 50mm三個粒徑區(qū)的砂分別放到條形孔寬為0.8mm、1.6mm和3.2mm的篩子中進(jìn)行篩分，稱取各篩篩下顆粒質(zhì)量，并相加得到篩下顆?？傎|(zhì)量G。G除以砂樣總質(zhì)量500g所得百分比即為機(jī)制砂中片狀顆粒含量。
選擇含片狀顆粒10\%、20\%、30\%的機(jī)制砂做膠砂試驗(yàn)。試驗(yàn)各原材料用來如表1所示，混凝土配合比如表2所示。
表1 膠砂試驗(yàn)原材料用量 單位：g
表2 混凝土配合比 單位：kg/m3
▲圖1 機(jī)制砂規(guī)則顆粒（左）和片狀顆粒（右）
▲圖2 機(jī)制砂片狀顆粒條形孔試驗(yàn)篩示意
2.試驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1 機(jī)制砂片狀顆粒含量對水泥膠砂性能的影響
不同含量片狀砂砂漿流動度圖3所示
▲圖3 機(jī)制砂片狀顆粒含量對砂漿流動度的影響
由圖3可知，對于花崗巖機(jī)制砂，不含片狀顆粒的機(jī)制砂膠砂流動度為165mm，當(dāng)片狀顆粒含量分別為10\%、20\%、30\%時，砂漿流動度分別下降了6.7\%、10.9\%、13.9\%。對于石灰?guī)r巖機(jī)制砂，不含片狀顆粒的機(jī)制砂膠砂流動度為185mm，當(dāng)片狀顆粒含量為10\%、20\%、30\%時，砂漿流動度分別下降了8.6\%、16.2\%、20\%。對于兩種機(jī)制砂，當(dāng)片狀顆粒含量為20\%，砂漿流動度降低10\%以上。
不同含量片狀砂膠砂強(qiáng)度如表4所示。由這些數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)片狀顆粒含量不大于10\%時，對膠砂的抗折、抗壓強(qiáng)度影響不太大，但含量在20\%以上時，對膠砂的抗折、抗壓強(qiáng)度影響較大，下降10\%左右。所以對于膠砂來說，片狀顆粒的含量不應(yīng)超過10\%。
2.2 機(jī)制砂片狀顆粒含量對混凝土性能的影響
2.2.1.機(jī)制砂片狀顆粒含量對混凝土坍落度的影響
不同含量片狀顆粒對不同強(qiáng)度混凝土坍落度的影響如圖4所示
▲圖4 機(jī)制砂片狀顆粒含量對不同強(qiáng)度等級混凝土坍落度的影響
由圖可知，對于C30混凝土，初始坍落度200mm，當(dāng)片狀顆粒含量分別為20\%、30\%時，坍落度分別下降5\%、10\%。對于C50混凝土，初始坍落度220mm，當(dāng)片狀顆粒含量為20\%、30\%時，坍落度分別下降7.3\%、9.1\%。由此可見，要保證良好的流動性，片狀顆粒不應(yīng)超過20\%。
2.2.2 片狀顆粒對混凝土強(qiáng)度的影響
圖5是機(jī)制砂不同片狀顆粒含量混凝土28d抗壓強(qiáng)度，由圖可以看出，隨著片狀顆粒含量的增加，混凝土立方抗壓強(qiáng)度下降。對于C30和C50混凝土，當(dāng)片狀顆粒含量超過30\%時，混凝土立方抗壓強(qiáng)度下降10\%以上
▲圖5 機(jī)制砂不同片狀顆粒含量混凝土的28d抗壓強(qiáng)度
機(jī)制砂不同片狀顆粒含量混凝土28d抗折強(qiáng)度圖6所示
▲圖6 機(jī)制砂不同片狀顆粒含量混凝土的28d抗折強(qiáng)度
由圖可知，片狀顆粒含量對高強(qiáng)混凝土抗折強(qiáng)度影響略高于低強(qiáng)度混凝土。分析原因，隨著混凝土強(qiáng)度等級的提高，骨料的品質(zhì)越來越顯得重要。配制高強(qiáng)度混凝土?xí)r，更因控制機(jī)制砂片狀顆粒含量。
2.2.3.機(jī)制砂片狀顆粒含量對混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)的影響
混凝土28d氯離子擴(kuò)散系數(shù)結(jié)果見表5
表5 混凝土28d氯離子擴(kuò)散系數(shù)(×10-14m2/s)
對于C30混凝土，當(dāng)片狀顆粒含量為20\%時，兩種砂氯離子擴(kuò)散系數(shù)增加20\%以上；對于C50石灰?guī)r砂混凝土，當(dāng)片狀顆粒含量為30\%時，氯離子擴(kuò)散系數(shù)增加50\%以上?？烧f明片狀砂含量對混凝土滲透性的影響是明顯的；片狀砂含量對高強(qiáng)混凝土的滲透性影響也大于對低強(qiáng)混凝土的影響，從片狀砂粒形及骨料強(qiáng)度方面綜合分析原因：強(qiáng)度越高，水膠比越低，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)越密實(shí)，片狀砂發(fā)揮的影響越大，即機(jī)制砂片狀顆粒含量高，孔隙率高于正常粒形顆粒，故在硬化混凝土結(jié)構(gòu)中，同樣骨料用量條件下，含片狀顆粒高的混凝土內(nèi)部孔隙率越大，擴(kuò)散系數(shù)增大證明了這一點(diǎn)分析。所以考慮混凝土耐久性時，混凝土應(yīng)該控制機(jī)制砂片狀顆粒含量。
3.結(jié)論
（1）提出機(jī)制砂片狀顆粒的定義，制定了條形孔篩片狀顆粒檢測方法。
（2）隨著機(jī)制砂片狀砂含量的增加，水泥膠砂流動度和強(qiáng)度隨之下降。當(dāng)片狀顆粒含量為20\%時，水泥膠砂流動度和強(qiáng)度下降10\%以上。
（3）隨著機(jī)制砂片狀砂含量的增加，混凝土強(qiáng)度和抗?jié)B性隨之下降。當(dāng)片狀顆粒含量為30\%時，混凝土強(qiáng)度下降10\%以上，氯離子擴(kuò)散系數(shù)增加20\%以上。
（4）對于水泥膠砂用機(jī)制砂，片狀顆粒含量不宜超過10\%。對混凝土用機(jī)制砂，片狀顆粒含量不宜超過15\%。
（5）機(jī)制砂片狀顆粒含量對高強(qiáng)度混凝土影響要高于低強(qiáng)度混凝土。
