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機(jī)制砂混凝土應(yīng)用研究現(xiàn)狀及存在問(wèn)題之探析

2020-07-02 10:43:47

概要:

機(jī)制砂是通過(guò)制砂機(jī)與其它附屬設(shè)備加工而成的砂子,砂體多呈灰白色或者黑色,粒徑均小于4.75mm的巖石、礦山尾礦或工業(yè)廢渣顆粒,但不包括軟質(zhì)、風(fēng)化的顆粒,其中,粒徑小于0.075mm的石粉顆粒含量占據(jù)5~10%的比例,而粒徑大于2.36mm和小于0.15mm顆粒較多,砂粒外形多為方矩體或者三角體,質(zhì)地較粗。由于天然河砂的過(guò)度開(kāi)采,在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法再生的天然砂資源驟減,同時(shí)對(duì)自然生態(tài)環(huán)境也造成了嚴(yán)重破壞。因此,我國(guó)著重加大了對(duì)機(jī)制砂的研制力度,以機(jī)制砂為主要細(xì)集料的混凝土逐步應(yīng)用于建筑工程與交通水利工程建設(shè)當(dāng)中,并取得了理想的應(yīng)用效果。

機(jī)制砂混凝土應(yīng)用研究現(xiàn)狀分析

2.1機(jī)制砂對(duì)混凝土工作性能的影響
由于機(jī)制砂中,粒徑在0.075mm以下的石粉含量控制在10%,因此,這一級(jí)配的顆粒極易填充骨料空隙,在混凝土集料當(dāng)中起到潤(rùn)滑作用,進(jìn)而降低了骨料的需水量,通常情況下,當(dāng)機(jī)制砂中的石粉含量在5~10%之間時(shí),不用增加水量,骨料的工作性能依然良好。

2.2機(jī)制砂對(duì)混凝土力學(xué)抗壓、抗折強(qiáng)度的影響
研究表明,機(jī)制砂混凝土較天然砂混凝土相比,強(qiáng)度較高,這主要是由于機(jī)制砂當(dāng)中的石粉在水泥水化反應(yīng)中,起到晶核的作用,使水泥水化的最終產(chǎn)物析出晶體,進(jìn)而生成水化的碳鋁酸鈣。與此同時(shí),機(jī)制砂中的石灰石粉細(xì)度越大,活性效應(yīng)越明顯,尤其對(duì)于粒徑在0.16mm以下的微小顆粒來(lái)說(shuō),當(dāng)含量增加至20%以上時(shí),混凝土的密實(shí)性就會(huì)受到影響,由此可見(jiàn),當(dāng)機(jī)制砂顆粒級(jí)配不符合標(biāo)準(zhǔn)時(shí),在水泥含量不變的情況下,機(jī)制砂越多,混凝土的抗壓強(qiáng)度反而會(huì)大幅降低。此外,當(dāng)機(jī)制砂細(xì)度增大時(shí),混凝土的抗折強(qiáng)度也相應(yīng)增大,如果在拌合混凝土過(guò)程中,增加石灰石粉的摻量,混凝土的早期強(qiáng)度將有所提升,但是,石灰石粉的增加量應(yīng)嚴(yán)格控制在0~15%的范圍之內(nèi),如果超過(guò)15%,混凝土的抗折強(qiáng)度將明顯下降。

2.3機(jī)制砂對(duì)混凝土體積穩(wěn)定性的影響
在混凝土拌合過(guò)程中,如果固定水泥用量以水灰比,機(jī)制砂混凝土的彈性模量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于天然砂混凝土。究其原因主要由于,機(jī)制砂質(zhì)地粗糙,棱角分明,這些方矩體或者三角體顆粒在砂漿當(dāng)中充當(dāng)著骨架的角色,對(duì)水泥石起到穩(wěn)固作用,同時(shí),水泥石與機(jī)制砂的結(jié)合面,粘結(jié)度較大,粘結(jié)面不易產(chǎn)生孔隙,有效分散了內(nèi)部應(yīng)力。此外,機(jī)制砂中的石粉顆粒在水化產(chǎn)物當(dāng)中起到結(jié)晶作用,使水泥石的強(qiáng)度增加,不易產(chǎn)生變形。
實(shí)驗(yàn)表明,機(jī)制砂中石粉含量對(duì)混凝土體積穩(wěn)定性的影響數(shù)據(jù)差別較大,每一組實(shí)驗(yàn)結(jié)果中的影響規(guī)律也各不相同。通過(guò)與天然砂混凝土實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比對(duì),隨著齡期的增長(zhǎng)干縮率早期增加明顯,后期略微增加,相同齡期下隨著石粉含量的增加,干縮率呈現(xiàn)出總體增大的趨勢(shì),當(dāng)石粉含量超過(guò)12%時(shí)干縮率又有所減少。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)論證,當(dāng)石粉含量為12%時(shí),機(jī)制砂混凝土的收縮率最大。對(duì)于粒徑小于0.075mm的石粉顆粒來(lái)說(shuō),在混凝土拌合物當(dāng)中起到增加水泥漿含量的作用,單位體積水泥漿多,混凝土的干縮率就會(huì)增大。通過(guò)選取石粉含量為(0~20%)的機(jī)制砂做混凝土干縮實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),混凝土的干縮率受石粉含量的影響顯著,即石粉含量每增加1%,混凝土的干縮率也跟著增加1%,達(dá)到一定峰值后會(huì)相應(yīng)減少。
此外,混凝土體積穩(wěn)定率與混凝土的齡期也有著密切關(guān)聯(lián),齡期在14天之內(nèi)的混凝土,干縮率隨著石粉含量的增加而增大,齡期在14天之后的混凝土,干縮率以7%的石粉含量為臨界點(diǎn),當(dāng)石粉含量大于等于7%時(shí),隨著石粉含量的增加,干縮率呈現(xiàn)出下降趨勢(shì),當(dāng)石粉含量小于7%時(shí),隨著石粉含量的增加,干縮率呈現(xiàn)出增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),由于機(jī)制砂的石粉含量增加了混凝土早期開(kāi)裂傾向,所以要加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)減少開(kāi)裂情況。

2.4機(jī)制砂對(duì)混凝土耐久性能的影響
混凝土耐久性能主要表現(xiàn)在滲透系數(shù)的大小,當(dāng)機(jī)制砂中石粉含量增加時(shí),混凝土的滲透系數(shù)減小,混凝土的耐久性能越高。這主要由于機(jī)制砂中的石粉發(fā)揮了填充作用,阻塞了氣孔,隨著石粉含量的增加,氣孔阻塞越加明顯,因此,滲透系數(shù)越小,混凝土的抗?jié)B性越好。
對(duì)石灰石粉取代水泥對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響研究表明,機(jī)制砂中的石粉本身不屬于惰性材料,但是,它卻屬于一種膠結(jié)材料,在混凝土拌合料當(dāng)中扮演著微集料的角色,當(dāng)這種微集料取代水泥后,水泥的水化產(chǎn)物相應(yīng)減少,混凝土骨料的空隙相應(yīng)增大,這就使得混凝土的密實(shí)度變差,因此,當(dāng)石灰石粉取代水泥后,混凝土的滲透系數(shù)增大,抗?jié)B性能越來(lái)越差。研究結(jié)果顯示,采用外摻石粉的方法,能夠有效改善混凝土的抗?jié)B性能,抗?jié)B透性較好。如果采用內(nèi)摻石粉的方法,將對(duì)混凝土的抗?jié)B性能造成不利影響,導(dǎo)致混凝土耐久性能下降。

2.5含泥量對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響
通過(guò)測(cè)試不同泥粉含量對(duì)機(jī)制砂混凝土強(qiáng)度的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著石粉含量的增加而逐漸下降,當(dāng)泥粉含量由0%增加至8%時(shí),混凝土坍落度下降超過(guò)60mm,而抗壓強(qiáng)度則下降16.9%,這主要是由于含泥量的增加,混凝土的需水量也不斷增加,此時(shí),混凝土的黏性增強(qiáng),使得強(qiáng)度下降。此外,當(dāng)機(jī)制砂中的含泥量過(guò)高,將嚴(yán)重阻礙水泥的正常水化過(guò)程,機(jī)制砂表面因此形成一層覆蓋膜,抑制了水泥漿體與骨料的結(jié)合,形成了強(qiáng)度薄弱區(qū),導(dǎo)致水泥漿體與骨料之間黏結(jié)力降低,進(jìn)而影響混凝土的強(qiáng)度。如果含泥量攪拌不均勻而形成泥團(tuán),混凝土強(qiáng)度惡化將更加嚴(yán)重。

機(jī)制砂混凝土研究過(guò)程中存在的問(wèn)題

目前,機(jī)制砂混凝土與天然砂混凝土相比,在性能方面還有所差別,尤其是高性能、高強(qiáng)度混凝土的研制情況,還需要進(jìn)一步改善,比如砂率、石粉含量、是否摻用礦物細(xì)摻料及摻量的多少等,并沒(méi)有取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。同時(shí),由于機(jī)制砂質(zhì)地粗糙,表明棱角分明,這就導(dǎo)致混凝土的流動(dòng)性較差。此外,在制備高強(qiáng)混凝土?xí)r,需要大量的膠凝材料,除了石粉以外,還需要添加硅粉,以提升混凝土的強(qiáng)度,但是,隨著石粉含量的增加,需水量也相應(yīng)增大,進(jìn)而增加了混凝土的粘度,這樣,將直接影響混凝土的各方面性能,給工程施工帶來(lái)諸多不利影響。

結(jié)語(yǔ)

機(jī)制砂屬于人造砂,無(wú)需通過(guò)開(kāi)采、挖掘等作業(yè)工序,就可以直接用來(lái)制備混凝土,既節(jié)省了開(kāi)采成本,同時(shí)也保護(hù)了自然生態(tài)環(huán)境,因此,機(jī)制砂混凝土具有廣闊的應(yīng)用前景,也必將成為各項(xiàng)工程建設(shè)當(dāng)中的常規(guī)性原材料。

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