摘要: 測(cè)試了不同石粉含量對(duì)機(jī)制砂混凝土拌合物泌水率的影響。結(jié)果表明: 機(jī)制砂與河砂泌水率隨靜置時(shí)間成對(duì)數(shù)關(guān)系變化; 隨石粉含量增加( 水粉比降低) , 機(jī)制砂混凝土泌水率降低, 泌水潛伏時(shí)間延長(zhǎng), 泌水中沉淀物減少。
關(guān)鍵詞: 石粉; 機(jī)制砂; 混凝土; 泌水
中圖分類號(hào): TU528.04 文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A 文章編號(hào): 1002- 3550-( 2007) 02- 0058- 03
0 前言
隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的迅猛發(fā)展和對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視, 現(xiàn)有的天然砂資源已經(jīng)不能滿足工程建設(shè)的需要, 使用機(jī)制砂配制混凝土已成為今后的發(fā)展趨勢(shì)。但機(jī)制砂與河砂相比, 具有顯著的特點(diǎn)。機(jī)制砂顆粒表面粗糙, 多棱角, 且大多級(jí)配不良, 0.63~0.315mm 顆粒偏少, 機(jī)制砂與天然砂最顯著的區(qū)別是機(jī)制砂中含有大量粒徑小于0.075mm 的顆粒, 但機(jī)制砂中小于0.075mm 的顆粒與河砂中小于0.075mm 的顆粒性質(zhì)完全不同。河砂中的被稱作泥粉, 泥粉對(duì)混凝土的工作性、體積穩(wěn)定性和耐久性都有不利的影響, 但機(jī)制砂中的細(xì)小顆粒則被稱為石粉, 石粉與母巖的物理化學(xué)性質(zhì)完全一樣。一般在剛破碎出來(lái)的原砂中會(huì)含有10%~20%的石粉( 隨機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)的降低, 石粉含量增加) 。但國(guó)標(biāo)GB/T 14684-200《1 建筑用砂》規(guī)定混凝土用機(jī)制砂的石粉含量分別小于3%( 大于等于C60) , 5%( 介于C30~C60 之間) , 7%( 小于等于C30) 。為滿足國(guó)標(biāo)的要求, 制砂企業(yè)只能采取電動(dòng)收塵或水洗的方法生產(chǎn)機(jī)制砂, 尤其是在生產(chǎn)用于高強(qiáng)度混凝土的機(jī)制砂時(shí), 必須采用水洗法。
而進(jìn)行水洗時(shí), 為洗除機(jī)制砂中小于0.075mm 的顆粒, 就必然要附帶損失一些小于0.60mm, 甚至1.18mm 以下的顆粒。既浪費(fèi)了大量的水資源也降低了砂的產(chǎn)量, 同時(shí)破壞了機(jī)制砂原有的級(jí)配[1~3]。
機(jī)制砂的這些特性以及人為對(duì)機(jī)制砂中石粉的清除和對(duì)級(jí)配的破壞導(dǎo)致機(jī)制砂混凝土拌合物容易出現(xiàn)離析、泌水現(xiàn)象。同時(shí)水泥新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施使得水泥強(qiáng)度大幅提高, 在配制混凝土?xí)r, 為了減少?gòu)?qiáng)度的浪費(fèi)和降低造價(jià), 施工單位都大幅降低水泥的用量, 水泥用量的降低更加劇了混凝土拌合物離析泌水, 這種現(xiàn)象在低等級(jí)混凝土中表現(xiàn)的尤為顯著。泌水常導(dǎo)致硬化混凝土表面出現(xiàn)流砂水紋, 致使混凝土表面強(qiáng)度、抗風(fēng)化和抗侵蝕能力下降; 泌水還可使混凝土粗骨料、鋼筋周圍形成水囊, 影響混凝土的致密性、骨料的界面強(qiáng)度以及混凝土與鋼筋的握裹力[4, 5]。為解決機(jī)制砂易于泌水的問(wèn)題, 通常采取加大水泥用量或采用礦物摻合料超量取代的方法。這兩種方法均可以解決泌水問(wèn)題, 但都增加了混凝土的原材料的成本。而同時(shí)機(jī)制砂中大量小于0.075mm 的顆粒大量被浪費(fèi)未加利用。是否可以采用提高機(jī)制砂中石粉含量的方法來(lái)解決泌水的問(wèn)題, 本文在這方面做了有益的探索。
1 試驗(yàn)
1.1 原材料
(1) 水泥為湖北華新水泥有限公司生產(chǎn)P·O32.5 級(jí)水泥,
水泥主要性能見(jiàn)表1。
(2) 粗集料為5~25mm 連續(xù)級(jí)配石灰?guī)r碎石。
(3) 細(xì)集料采用細(xì)度模數(shù)相近的機(jī)制砂( 細(xì)度模數(shù)為2.78) 、廟山天然砂( 細(xì)度模數(shù)為2.85) 進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn), 機(jī)制砂石粉含量為3.11%。級(jí)配曲線見(jiàn)圖1。
( 4) 外加劑為武漢浩源化學(xué)建材有限公司生產(chǎn)的萘系高效減水劑FDN-1。
1.2 試驗(yàn)方法
1.2.1 混凝土拌合物性能試驗(yàn)
按GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行試驗(yàn)。
1.2.2 混凝土拌合物泌水率試驗(yàn)
按DL/T 5150-200《1 水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》中“ 混凝土拌合物泌水率試驗(yàn)”方法。采用內(nèi)徑及高均為267mm 的金屬圓容量筒裝試樣, 每隔20~30min 用吸液管吸出泌水一次, 注于量筒中, 直至連續(xù)三次無(wú)泌水為止。根據(jù)拌和混凝土的總質(zhì)量和總用水量、試樣質(zhì)量和泌水量, 計(jì)算各時(shí)刻的泌水率。其公式如下:
式中: Bc—泌水率( %) ;
Wb—泌水總質(zhì)量( g) ;
W—拌和的總用水量( g) ;
G—拌和的混凝土總質(zhì)量( g) ;
G1—試樣質(zhì)量( g) 。
2 試驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1 石粉含量對(duì)混凝土拌合物泌水率的影響
本文對(duì)比了5 個(gè)不同石粉含量的機(jī)制砂以及天然砂對(duì)混凝土拌合物泌水率的影響。
注: Dn 采用天然河砂配制, 其余采用機(jī)制砂配制; 水粉比( W/P) 指單位體積混凝土中的水與粉料( 石粉、水泥、摻合料) 質(zhì)量比; 高效減水劑FDN-1 摻量為水泥用量的0.5%; 天然砂中的rd 指含泥量。
從表2 中可以看出, 在水泥、水、集料及外加劑用量相同的情況下, 隨石粉含量的增加、水粉比的減小, 混凝土拌合物粘聚性逐步得到改善, 坍落度有所提高, 離析泌水現(xiàn)象得到明顯改善。同等條件下, 含石粉的機(jī)制砂混凝土泌水率小于天然砂混凝土。天然砂泌水率較機(jī)制砂略大可能是由于機(jī)制砂砂率較高造成。
2.2 泌水率與靜置時(shí)間的關(guān)系
混凝土拌和之后, 裝入內(nèi)徑及高均為267mm 的金屬圓筒中, 靜置于20℃恒溫室內(nèi), 蓋嚴(yán)蓋子, 開(kāi)始計(jì)時(shí)。每30min 從試樣表面吸一次水、測(cè)泌水量, 計(jì)算泌水率, 泌水率隨時(shí)間的變化趨勢(shì)如圖3, 各試樣試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的泌水率見(jiàn)表2。
從圖3 可以看出, 各試樣的泌水率與靜置時(shí)間成對(duì)數(shù)關(guān)系, 其回歸方程為:
式中: Bc 為混凝土拌合物的泌水率( %) ;
t 為混凝土靜置時(shí)間( min) ;
t0 為泌水潛伏時(shí)間, 即出現(xiàn)泌水之前的時(shí)間, t>t0 時(shí)開(kāi)始泌水;
k 為泌水速度系數(shù)。
泌水過(guò)程基本上是剛開(kāi)始泌水快, 然后逐漸變緩, 多數(shù)泌水到初凝。整個(gè)過(guò)程中, 泌水量和泌水率與靜置時(shí)間符合對(duì)數(shù)關(guān)系。粘聚性好、保水性好的混凝土需靜置一段時(shí)間才開(kāi)始泌水, 人們的目測(cè)一般是在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行的, 目測(cè)到的“ 無(wú)泌水”結(jié)果并非真正沒(méi)有泌水量, 將要泌出的水上升到表面需要一定時(shí)間, 積累到一定量之后, 才能測(cè)到。就象這些水需要“ 潛伏”一段時(shí)間才開(kāi)始泌出, 式( 2) 中t0 就是指這一段時(shí)間, 其意義是當(dāng)t≤t0 時(shí)泌水量或泌水率為0, t>t0 時(shí)才開(kāi)始泌水。系數(shù)k 是與混凝土體系、試驗(yàn)條件相關(guān)的常數(shù)。
從式( 2) 可以看出, 在時(shí)刻t 的泌水率與ln( t/t0) 成正比, 因此t0 是構(gòu)成泌水率的重要參數(shù)??梢赃M(jìn)一步推斷, t0 越大, 也就是出現(xiàn)泌水的時(shí)間越晚, 泌水率就越小, 目測(cè)結(jié)果有一定意義。
2.3 影響泌水因素之間的關(guān)系
在泌水試驗(yàn)過(guò)程中, 泌出的水混濁程度是不同的, 泌出的水越混濁其水中固體顆粒含量越多, 在量筒中的沉淀物( 用ppt表示) 也就越多, 因此沉淀物的多少也是評(píng)價(jià)工作性的重要參數(shù), 其意義是沉淀物越多拌合物的離析程度越嚴(yán)重, 見(jiàn)表2。
混凝土拌合物離析越嚴(yán)重, 即ppt 越大, 泌水潛伏時(shí)間越短, 即t0 越小, 見(jiàn)圖3( b) 。在用水量相同的情況下, 石粉含量越
高, 水粉比就越小, 拌合物的粘聚性就越高, 也就越能改善離析情況( ppt 減小) 。離析情況的改善和保水性增強(qiáng), 推遲了泌水開(kāi)始時(shí)間( t0 增大) , 通過(guò)式( 2) 可以推斷出泌水率Bc 減小, 見(jiàn)圖3(a) 。因此, 在其它條件相同的情況下, 隨著石粉含量的增加, 泌水率逐漸下降。
泌水情況的目測(cè)結(jié)果受泌水的混濁程度影響, 混濁程度低者, 視覺(jué)誤差較大、不易看到泌水, 而誤判為“ 不泌水”。天然砂混凝土拌合物中沒(méi)有石粉, 含泥量也不超過(guò)規(guī)范限制, 它的泌水混濁程度較低, 所以目測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果出入很大, 同時(shí)其水粉比高于機(jī)制砂混凝土各試樣( 見(jiàn)表2) , 實(shí)際上在用水量相同的情況下其泌水率大于機(jī)制砂混凝土的泌水率( 見(jiàn)圖2) 。
3 結(jié)論
(1) 配制中低強(qiáng)度混凝土?xí)r, 水灰比較大、水泥用量少, 機(jī)制砂中的石粉補(bǔ)充了細(xì)顆粒, 增加了混凝土拌合物的稠度, 拌合物的粘聚性隨著石粉含量的增加而增加, 離析現(xiàn)象隨石粉含量增加明顯改善。
(2) 石粉的存在, 增加了固體表面積對(duì)水的比例, 保水性增強(qiáng), 泌水情況得到改善。
(3) 機(jī)制砂中含有適當(dāng)比例的石粉可以提高坍落度, 改善了混凝土和易性, 提高了混凝土密實(shí)度, 即提高混凝土的強(qiáng)度,改善混凝土的耐久性。
參考文獻(xiàn):
[1] 蔡基偉, 李北星, 周明凱, 等.石粉對(duì)中低強(qiáng)度機(jī)制砂混凝土性能的影響[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2006,( 4) :27- 30.
[2] 楊玉輝, 周明凱, 趙華耕.C80 機(jī)制砂泵送混凝土的配制及其影響因素[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2005,( 8) :27- 30.
[3] 徐健, 蔡基偉, 王稷良, 等.人工砂與人工砂混凝土的研究現(xiàn)狀[J].國(guó)外建材科技, 2004, 3:20- 24.
[4] 柯昌君, 程從密.混凝土泌水的成因及其控制[J].建筑技術(shù)開(kāi)發(fā),2004, 31( 4) :39- 41.
[5] 覃維祖.初齡期混凝土的泌水/沉降/塑性收縮與開(kāi)裂[J].2006, 1:1- 4.