机制砂混凝土早期开裂及抗渗透性影响因素分析.docx

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1、机制砂混凝土早期开裂及抗渗透性影响因素分析目录1.引言1?机制砂与传统天然河砂的比较1?机制砂质量指标的限制2?机制砂混凝土的微观结构3?机制砂混凝土的宏观性能4?原材料与试验方案4?原材料4?试验方案5?机制砂混凝土早期开裂影响因素试验研究5?砂种类对机制砂混凝土早期开裂的影响6?石粉含量对机制砂混凝土早期开裂的影响7?矿物掺合料对机制砂混凝土早期开裂的影响7?机制砂混凝土抗水渗透性影响因素试验研究8?砂种类对机制砂混凝土抗水渗透能力的影响8?石粉含量变化对机制砂混凝土抗水渗透能力的影响9?机制砂混凝土抗水渗透能力受矿物掺合料影响9?结论91.引言随着城市化建设进程的加快，基础建筑建设中，砂

2、子作为混凝土的主要原材料，用量也随之快速增长。考虑到天然砂的不可再生性，为降低城市建设需求对资源的依赖及环境的影响，混凝土中配置机制砂的生产方式得到了广泛推广使用。该文以某机制砂混凝土为例，基于其原材料构成，对砂类、石粉含量、矿物掺和量三个参数的变化所引起的机制砂混凝土早期抗裂性及抗渗透性能的变化进行了重点分析，以供机制砂混凝土的研究参考与借鉴。机制砂与传统天然河砂的比较机制砂与传统天然河砂相比，主要在0075mm以下粉料含量、粉料组成、颗粒矿物组成、颗粒级配及颗粒形状等方面存在一定的差别，且由于生产原石本身的特性及制砂流程和所用机械的不同，各砂石厂生产出的机制砂在0.075mm以下粉料含量、

3、粉料组成、颗粒矿物组成、颗粒级配及颗粒形状等方面也有所不同，在以往的探究中多得出了“机制砂颗粒形状较差、表面粗糙、粉料含量较大”的结论，其不规则的颗粒形状、粗糙的表面、较大的粉料含量被误认为是其性能上的缺点，也一直是业内技术人员关注的重点。?.机制砂质量指标的限制把机制砂纳入国家标准建筑用砂（GB/T14684）,其粉料含量就一直是评判机制砂质量的重要指标,标准中把0075mm以下的颗粒直接称为“石粉”,其含量即为“石粉含量”，并根据机制砂的MB值（以MB值14gkg来划分）来划分不同类别（I类、H类、In类）机制砂粉料含量的限值。机制砂中的泥粉（MB值）“泥粉颗粒”与石粉颗粒的粒径都小于0.

4、075mm,作为粉料存在于机制砂中，但它们的结构和性质却大不相同，泥粉中含有的粘矿物一般为：含水的铝硅酸盐、镁硅酸盐和铁硅酸盐等组成的层状结构，与石粉相比，层状结构的粘土矿物中存在着大量的空隙，其比表面积较大，吸附性较强，且其吸水性和湿胀干缩性对混凝土拌合物工作性能有很大的影响。a）1:1层型b）2:1层型图1-1粘土矿物结构目前，国家的标准采用亚甲蓝MB值的测定来判断机制砂中粘土颗粒的吸附能力，亚甲蓝的分子结构如图1-2所示，亚甲蓝分子带有一定量的正电荷。当粘土矿物遇水时，其中的A13+与水作用形成胶体，根据扩散双电层理论，在胶体中，固体与液体接触的表面由于电离或吸附离子而带电，粘土颗粒较强

5、的吸附性能以及表面所带的负电与石粉相比泥粉（即粘土颗粒）更容易吸附亚甲蓝溶液。IHbCn人CH3CH3C-CH3图1-2亚甲蓝（MB）分子结构图机制砂通过岩石破碎得到，生产过程中在节理面开裂，其颗粒形状不规则、有棱角，且针片状含量较高，其表面粗糙度主要是由生产机制砂母岩的特性、形成机理以及生产过程中所使用的破碎机械等因素共同决定；机制砂颗粒的圆度反映了其形状的棱角性，长宽比则反映了针片性，会增加拌合物的流动阻力,不规则的颗粒形状也会使其与浆体的粘结力发生变化，改变界面过渡区的结构。在硬化混凝土中，机制砂与水泥浆体直接粘结在一起，其表面的粗糙程度直接影响与水泥浆体的粘结，粉料含量的变化导致其颗粒

6、级配随之发生改变，粘土颗粒含量及种类的变化则影响其MB值,而粉料含量和MB值对混凝土新拌合物的工作性有着明显的影响。?.机制砂混凝土的微观结构混凝土可以看成一种由集料、水泥浆和它们之间的粘结处（界面过渡区）所构成的复合材料。其微观结构对混凝土的力学性能、体积稳定性及耐久性有着显著的影响。界面过渡区有3大特点：低密度或高孔隙率，呈优先取向的Ca（OH）2晶体，微裂缝。界面过渡区的性质除了受水泥用量、品种和性能，掺合料种类、质量和掺加比例，水胶比，养护条件等因素的影响外，还与骨料的特性有密切相关。骨料的尺寸、级配、形状、表面形貌、吸水率、矿物组成等对界面过渡区的性能具有非常重要的影响。此外，由于浆

7、体与骨料的弹性模量和线膨胀系数等的不同，使界面过渡区成为混凝土中应力最为集中的区域，因此浆体一骨料界面的特性及其抵抗外力变形的能力在很大程度上决定着混凝土的力学性能和耐久性能。?.机制砂混凝土的宏观性能混凝土宏观性能(抗压强度、氯离子渗透、冻融循环、干燥收缩)的差异都是其微观结构不同的体现。机制砂在相同的颗粒级配及粉料组成下，不规则的颗粒形状对混凝土的坍落度及抗氯离子渗透性能基本没有影响；抗压强度主要与其界面过渡区的结构有关，而孔结构及孔径分布则对混凝土的耐久性和体积稳定性有着显著的影响。混凝土在冻融循环和干燥收缩中都是内部水的形态发生变化、发生迁移从而对宏观的结构产生影响，其存在于混凝土内部

8、的孔隙中，在冻融循环中，孔隙中的水由于低温结冰发生体积膨胀，从而改变了孔隙的大小，由其是较大的孔隙，在冻融循环中内部的水更容易结冰产生体积膨胀，在内部产生裂纹从而破坏宏观结构；而在干燥收缩过程中，也正是这部分孔隙中的水迁移到混凝土表面挥发，造成内部应力的改变，从而引起混凝土的宏观收缩，也会在内部产生裂缝破坏宏观结构。?.原材料与试验方案?.1.原材料机制砂又称人工砂，主要由矿物掺合料、石粉等材料构成，分为原状机制砂、石灰岩机制砂、水洗机制砂等几种类型，是一种广泛应用于基础建筑施工的新型混凝土原材料，可以有效改善混凝土的工作性能，机制砂混凝土主要原材料如下：(1)水泥。水泥是混凝土的主要原材料之

9、一，其型号、配比的选用对于保证混凝土强度达标具有重要意义。该试验统一选用P-042.5级普通硅酸盐水泥，其稳定性、抗裂性均达到标准；(2)矿物掺合料。矿物掺合料的引入对机制砂混凝土性能有很大影响，既可以节约水泥用量、降低水泥水化热，又可以优化混凝土结构性能和工作性能，从而提升混凝土的稳定性。其掺量应视工程性质、环境因素、现场条件等因素而选择。该文机制砂混凝土选用粉煤灰作为矿物掺合料，其性能指标可匹配要求参数。(3)粗集料。粗集料粒径对于平衡机制砂混凝土的流动性、保水性和粘聚性具有重要意义，应遵循优先选择粒径均匀、最大粒径较小的原则。查阅相关文献可知，国内工程粗集料最大粒径控制在20mm以内，该

10、文机制砂混凝土选用516mm及1625mm连续级配碎石，其物料性能、级配碎石筛分结果均可匹配规范要求。(4)细集料。细集料的选用对于促进水泥水化、提升水泥微观结构密实性至关重要。该试验细集料选用天然砂、原状机制砂、石灰岩机制砂和水洗机制砂4种，结合相关文献及筛分实验结果可知其各项指标均满足建筑规范中级配曲线分区等规定要求。(5)外加剂、水，全部用水选用自来水。(6)基准配合比。混凝土基准配合比的设计要结合砂类等原材料的性能特点,例如在选择机制砂时要重点关注其针片状颗粒混杂、石粉含量较高的特性。该试验水、水泥、砂、石、外加剂的比例按照150：428：692：1130：4.28执行。?.2.试验方

11、案该试验设计主要为研究砂类、石粉含量、矿物掺合料三大变量所引起的混凝土耐久性能变化，其中三大变量的砂类主要分为天然砂、原状机制砂、石灰岩机制砂、水洗机制砂4种，其石粉含量分别为：0.5%、3.5%和7.5%；矿物掺和料含量为：0%、6%,其他材料种类和含量保持不变。试验组设计如表1所示。1耐久性试哈俎设计序号试蛉田机*科&别旷为梅配H*.1X1美然秒0.50X2-I察状机制不0.500.03X2-2石天才机制科0500.0(1；PO4Z5统普通用酩笫水混；4X2-3米洗矶制砂0.500.0(2)5-16mu.I62nu连续攒配辟$XJI天然砂0.S06.06X4-I甲状F1eI砂350*I11

12、OOO2700C100031400CV7Q04NIOOC4005Vc2开裂IB帜/(会迈最大霓度nan等次评定IX1327现694$OJ1HX2-139r.86230J7m3X：-202321.55610317r4X2-311330.3342091000900MO7006005x)枷M200100GH寄图1不同砂种类混凝土的早期开裂情巳（1）总开裂面积：机制砂混凝土小于天然砂混凝土。（2）弹性模量：天然砂小于石灰岩。（3）砂类、弹性模量是影响机制砂混凝土早期开裂的主要因素，由机制砂或弹性模量较大集料构成的混凝土具有较好的抗裂性能。?.2.石粉含量对机制砂混凝土早期开裂的影响分析X21（含量为0

13、.5%）、X41（含量为3.5%）、X42（含量为7.5）三种不同石粉含量的原状机制砂混凝土早期开裂情况，试验结果见图2。:二出J1N图2不同石粉含量机制砂混凝土的早期开衰消喷观察图2中各试验组对应的开裂面积数值及随着石粉含量增加所引起的开裂面积变化趋势可以看出，X41（含量为3.5%）具有最高的早期抗裂性能，石粉含量与混凝土的早期抗开裂性能并无绝对的正比关系。?.3.矿物掺合料对机制砂混凝土早期开裂的影响分析X-1、X3-1两种不同矿物掺合料配比的天然砂混凝土早期开裂情况,试验结果见表4o表47并旷物懵配祖含的机制的混凝土早期开裂这汾结论序号n棒配，I情况早期开裂婀包情及水IRkt椅配hi*4裂健敦白(争3：)总开裂宜阳IHMm,)口健豪;度叫nmi