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机制砂在装配式混凝土中的应用研究_余晓红.pdf
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1、117建筑科技2023 年 第 3 期建筑材料Building Material机制砂在装配式混凝土中的应用研究Study on the Application of Mechanized Sand in Assembled Concrete余晓红1,林志芬2,张鑫3(1.上海市浦东新区物业管理事务中心,上海 201315;2.上海心圆房地产开发有限公司,上海200120;3.上海市建筑科学研究院有限公司,上海 200032)摘要:目前已经有不少关于机制砂混凝土的研究,但对于机制砂装配式混凝土的研究还很缺乏,尚未见到关于机制砂装配式混凝土耐久性的报道。采用天然砂、混合砂和不同石粉含量的机制砂分
2、别配制了装配式混凝土,并选择其最佳砂率。结果表明,随着机制砂中石粉含量的提高,混凝土的最佳砂率呈逐渐下降的趋势;随着机制砂中石粉含量的增加,机制砂混凝土所需的减水剂掺量逐渐增大。所有混凝土都具有良好的工作性能,不同石粉含量的机制砂混凝土的抗压强度、抗折强度、劈拉强度、抗渗性能和抗冻性能与天然砂混凝土基本相同。机制砂混凝土的收缩值明显高于天然砂混凝土。关键词:机制砂;装配式混凝土;力学性能;耐久性能中图分类号:TU521 文献标识码:A 文章编号:2096-3815(2023)03-0117-050引言装配式建筑是指围护结构、支架及设备管线等部分采用预制部品、部件组装而成的建筑,具有构件质量好、
3、施工周期短、施工精度高、环境影响小、节能环保等优点,是未来建筑业的发展趋势。“十二五”之后,国家提出了“建筑工业化、住宅产业化”的发展目标,大量推广装配式建筑,装配式混凝土的消耗量快速增加1-3。砂分为天然砂和机制砂,作为细骨料,其用量约占混凝土总质量的1/3。天然砂为短时期内不可再生资源,其资源短缺、开采限制、价格上涨等问题日期突出,难以满足市场的巨大需求。机制砂是指经出土开采、机械破碎、筛分而制成,粒径小于4.75 mm的岩石颗粒4,5。因天然砂的短缺,机制砂已经被大量使用,机制砂替代天然砂是未来的发展趋势。谢开仲等6研究了石粉含量对机制砂混凝土力学性能的影响,结果表明随着石粉含量的增加,
4、机制砂混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量和抗折强度先增大后减小,石粉含量为3%左右时力学性能最好,并提出了机制砂混凝土立方体抗压强度与弹性模量之间的换算公式。孟亚锋等7研究了机制砂在混凝土中的适应性,结果表明采用石英岩机制砂能够配制出C20C120不同强度等级的混凝土,不同岩性的机制砂对C60高性能混凝土都具有很好的适应性。孙胜伟8研究了石粉含量对C30和C50机制砂混凝土性能的影响,结果表明机制砂中适量的石粉有利于改善机制砂混凝土的工作性能,对于C30混凝土和C50混凝土,机制砂中最佳石粉含量分别为10%15%、7%10%。本文采用不同石粉含量的机制砂配制了装配式混
5、凝土,研究其工作性能、力学性能和耐久性能。1原材料及试验方法1.1原材料水泥采用海螺PO 42.5水泥,主要物料力学性能如表1所示。118建筑科技2023 年 第 3 期建筑材料Building Material表1水泥主要物理力学性能密度/gcm-3比表面积/m2kg-1标准稠度用水量/%凝结时间/min抗压强度/MPa初凝终凝3 d28 d3.0535328.623329321.250.4减水剂采用聚羧酸高性能减水剂,掺减水剂混凝土主要性能如表2所示。表2掺减水剂混凝土主要性能种类减水率/%含气量/%28 d收缩率比/%凝结时间差/min泌水率比/%抗压强度比/%初凝终凝1 d3 d7 d
6、 28 d标准型271.89310450232 198 177 159实验所用的细骨料为天然砂和机制砂,机制砂为中电建安徽长九新材料股份有限公司生产的灰岩矿机制砂。将天然砂和机制砂等质量混合,得到混合砂;机制砂干筛0.075 mm以下的颗粒含量为5%,向机制砂中分别添加2%、5%、7%、10%石粉制成机制砂7%、机制砂10%、机制砂12%和机制砂15%。这7种砂的主要物理力学性能如表3所示,颗粒级配如表4所示。由此可知这7种砂的表观密度、松散堆积密度、坚固性和压碎指标都达到标准GB/T 14684-2011建设用砂的要求,天然砂、混合砂满足天然砂2区中砂的级配要求,不同石粉含量的机制砂都满足机
7、制砂2区中砂的级配要求。随着机制砂中石粉含量的增加,亚甲蓝MB值逐渐增大,机制砂10%、机制砂12%和机制砂15%的亚甲蓝MB值大于1.4 gkg-1。表37种砂的主要物理力学性能种类表观密度/kgm-3松堆密度/kgm-3紧堆密度/kgm-3松堆空隙率/%紧堆空隙率/%振实空隙率/%亚甲蓝MB值/gkg-1单级最大压碎指标%坚固性/%天然砂2 6201 5001 650433737-4混合砂2 6801 5801 7504135350.584机制砂2 6901 5701 7704234351.084机制砂7%2 7101 4901 6504539391.284机制砂10%2 7101 510
8、1 7004437371.584机制砂12%2 7001 5701 7704234341.684机制砂15%2 7001 5601 8004233331.884表47种砂的颗粒级配筛孔尺寸/mm累计筛余百分率/%天然砂混合砂机制砂机制砂7%机制砂10%机制砂12%机制砂15%4.7591000002.362011776651.18383033322928270.60584958575351490.30917081817876720.1598929190878582细度模数2.92.52.72.72.52.52.4粗骨料分为510 mm、1020 mm、1631.5 mm 3种规格,主要物理力学
9、性能如表5所示。混凝土试验采用的连续粒级碎石由510 mm碎石、1020 mm碎石、1631.5 mm碎石按304030质量比例配制而成。表53种规格石子的主要物理力学性能种类针片状颗粒/%软弱颗粒/%表观密度/kgm-3松堆密度/kgm-3紧堆密度/kgm-3松堆空隙率/%紧堆空隙率/%压碎指标/%坚固性/%51070.42 7201 3501 5705042103102060.32 7201 4001 60049411021631.530.32 7201 3701 580504292119建筑科技2023 年 第 3 期建筑材料Building Material筛除石粉0.075 mm以上
10、部分颗粒,用勃氏比表面积仪测得比表面积为3 36 m2/kg,亚甲蓝MB值为4.0 gkg-1。1.2实验方法混凝土的水胶比为0.5,选择37%、39%、41%、43%和45%共5个砂率进行试验,配合比如表6所示。表6不同砂率混凝土配合比材料用量/kgm-3砂率(%)/序号备注水水泥骨料减水剂37394143451603201 8702.241-11-21-31-41-5天然砂1603201 8702.722-12-22-32-42-5混合砂1603201 8703.363-13-23-33-43-5机制砂1603201 8703.844-14-24-34-44-5机制砂7%1603201 8
11、704.165-15-25-35-45-5机制砂10%1603201 8704.486-16-26-36-46-5机制砂12%1603201 8704.807-17-27-37-47-5机制砂15%骨料的性能测试参照标准GB/T 14684-2011建设用砂和GB/T 14685-2011建设用卵石、碎石,混凝土的性能测试参照标准GB/T 50080-2016普通混凝土拌合物性能试验方法标准、GB/T 50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准和GB/T 50082-2009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准。2结果及分析2.1机制砂混凝土的最佳砂率从表7中可以看出,在保证良好工
12、作性的条件下,编号为1-4、2-3、3-4、4-3、5-2、6-2和7-1的混凝土强度较高,因此7种砂配制的混凝土的最佳砂率分别为43%、41%、43%、41%、39%、39%和37%。由此可知,随着机制砂中石粉含量的提高,最佳砂率有逐渐减小的趋势。主要原因是随着机制砂中石粉含量的增加,混凝土拌合物的浆料逐渐增多,造成砂率较大时浆料过多,石子偏少,易造成混凝土坍落度损失增大。表7不同砂率混凝土的性能序号坍落度/mm扩展度/mm工作性描述抗压强度/MPa保水性 黏聚性其他1 d7 d 28 d1-1165460较好较差浆料不足16.6 26.5 36.51-2165395较好一般包裹性一般17.
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