摘要: 測試了不同石粉含量對機制砂混凝土拌合物泌水率的影響。結(jié)果表明: 機制砂與河砂泌水率隨靜置時間成對數(shù)關(guān)系變化; 隨石粉含量增加( 水粉比降低) , 機制砂混凝土泌水率降低, 泌水潛伏時間延長, 泌水中沉淀物減少。
關(guān)鍵詞: 石粉; 機制砂; 混凝土; 泌水
中圖分類號: TU528.04 文獻標志碼: A 文章編號: 1002- 3550-( 2007) 02- 0058- 03
0 前言
隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的迅猛發(fā)展和對環(huán)境保護的日益重視, 現(xiàn)有的天然砂資源已經(jīng)不能滿足工程建設(shè)的需要, 使用機制砂配制混凝土已成為今后的發(fā)展趨勢。但機制砂與河砂相比, 具有顯著的特點。機制砂顆粒表面粗糙, 多棱角, 且大多級配不良, 0.63~0.315mm 顆粒偏少, 機制砂與天然砂最顯著的區(qū)別是機制砂中含有大量粒徑小于0.075mm 的顆粒, 但機制砂中小于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, 但機制砂中的細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。一般在剛破碎出來的原砂中會含有10%~20%的石粉( 隨機制砂細度模數(shù)的降低, 石粉含量增加) 。但國標GB/T 14684-200《1 建筑用砂》規(guī)定混凝土用機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) 。為滿足國標的要求, 制砂企業(yè)只能采取電動收塵或水洗的方法生產(chǎn)機制砂, 尤其是在生產(chǎn)用于高強度混凝土的機制砂時, 必須采用水洗法。
而進行水洗時, 為洗除機制砂中小于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。既浪費了大量的水資源也降低了砂的產(chǎn)量, 同時破壞了機制砂原有的級配[1~3]。
機制砂的這些特性以及人為對機制砂中石粉的清除和對級配的破壞導(dǎo)致機制砂混凝土拌合物容易出現(xiàn)離析、泌水現(xiàn)象。同時水泥新標準的實施使得水泥強度大幅提高, 在配制混凝土時, 為了減少強度的浪費和降低造價, 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, 致使混凝土表面強度、抗風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、骨料的界面強度以及混凝土與鋼筋的握裹力[4, 5]。為解決機制砂易于泌水的問題, 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題, 但都增加了混凝土的原材料的成本。而同時機制砂中大量小于0.075mm 的顆粒大量被浪費未加利用。是否可以采用提高機制砂中石粉含量的方法來解決泌水的問題, 本文在這方面做了有益的探索。
1 試驗
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 級水泥,
水泥主要性能見表1。
(2) 粗集料為5~25mm 連續(xù)級配石灰?guī)r碎石。
(3) 細集料采用細度模數(shù)相近的機制砂( 細度模數(shù)為2.78) 、廟山天然砂( 細度模數(shù)為2.85) 進行對比試驗, 機制砂石粉含量為3.11%。級配曲線見圖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 試驗方法
1.2.1 混凝土拌合物性能試驗
按GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》進行試驗。
1.2.2 混凝土拌合物泌水率試驗
按DL/T 5150-200《1 水工混凝土試驗規(guī)程》中“ 混凝土拌合物泌水率試驗”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, 計算各時刻的泌水率。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 試驗結(jié)果與討論
2.1 石粉含量對混凝土拌合物泌水率的影響
本文對比了5 個不同石粉含量的機制砂以及天然砂對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, 含石粉的機制砂混凝土泌水率小于天然砂混凝土。天然砂泌水率較機制砂略大可能是由于機制砂砂率較高造成。
2.2 泌水率與靜置時間的關(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), 蓋嚴蓋子, 開始計時。每30min 從試樣表面吸一次水、測泌水量, 計算泌水率, 泌水率隨時間的變化趨勢如圖3, 各試樣試驗結(jié)束時的泌水率見表2。
從圖3 可以看出, 各試樣的泌水率與靜置時間成對數(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 為混凝土靜置時間( min) ;
t0 為泌水潛伏時間, 即出現(xiàn)泌水之前的時間, t>t0 時開始泌水;
k 為泌水速度系數(shù)。
泌水過程基本上是剛開始泌水快, 然后逐漸變緩, 多數(shù)泌水到初凝。整個過程中, 泌水量和泌水率與靜置時間符合對數(shù)關(guān)系。粘聚性好、保水性好的混凝土需靜置一段時間才開始泌水, 人們的目測一般是在短時間內(nèi)進行的, 目測到的“ 無泌水”結(jié)果并非真正沒有泌水量, 將要泌出的水上升到表面需要一定時間, 積累到一定量之后, 才能測到。就象這些水需要“ 潛伏”一段時間才開始泌出, 式( 2) 中t0 就是指這一段時間, 其意義是當t≤t0 時泌水量或泌水率為0, t>t0 時才開始泌水。系數(shù)k 是與混凝土體系、試驗條件相關(guān)的常數(shù)。
從式( 2) 可以看出, 在時刻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)。可以進一步推斷, t0 越大, 也就是出現(xiàn)泌水的時間越晚, 泌水率就越小, 目測結(jié)果有一定意義。
2.3 影響泌水因素之間的關(guān)系
在泌水試驗過程中, 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價工作性的重要參數(shù), 其意義是沉淀物越多拌合物的離析程度越嚴重, 見表2。
混凝土拌合物離析越嚴重, 即ppt 越大, 泌水潛伏時間越短, 即t0 越小, 見圖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, 推遲了泌水開始時間( t0 增大) , 通過式( 2) 可以推斷出泌水率Bc 減小, 見圖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。
泌水情況的目測結(jié)果受泌水的混濁程度影響, 混濁程度低者, 視覺誤差較大、不易看到泌水, 而誤判為“ 不泌水”。天然砂混凝土拌合物中沒有石粉, 含泥量也不超過規(guī)范限制, 它的泌水混濁程度較低, 所以目測結(jié)果與實測結(jié)果出入很大, 同時其水粉比高于機制砂混凝土各試樣( 見表2) , 實際上在用水量相同的情況下其泌水率大于機制砂混凝土的泌水率( 見圖2) 。
3 結(jié)論
(1) 配制中低強度混凝土時, 水灰比較大、水泥用量少, 機制砂中的石粉補充了細顆粒, 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水的比例, 保水性增強, 泌水情況得到改善。
(3) 機制砂中含有適當比例的石粉可以提高坍落度, 改善了混凝土和易性, 提高了混凝土密實度, 即提高混凝土的強度,改善混凝土的耐久性。
參考文獻:
[1] 蔡基偉, 李北星, 周明凱, 等.石粉對中低強度機制砂混凝土性能的影響[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報, 2006,( 4) :27- 30.
[2] 楊玉輝, 周明凱, 趙華耕.C80 機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, 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/塑性收縮與開裂[J].2006, 1:1- 4.
