碳质泥岩对混凝土性能影响的试验研究.pdf
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1、 水利水 电施工 2 0 1 0 第 4期 总第 1 2 1 期 碳 质 泥岩对 混凝 土性能影 响 的试验 研 究 嵇白延庆 解 挺 ( 中国水利水电第八工程局有限公司) 1 引言 在柬埔寨王 国甘再 水 电站 4号 料场 开采 砂石 料毛 料 中发现夹杂有部分碳质泥岩开始,并在随后的开采过程 中陆续发现大量碳质泥岩夹层 ,雨天观察毛料场,开采 的部分毛料呈现黑色状,且易碎。现场主要表现在四个 方面:将人工砂用水浸泡,有少量黑色糊状 的油脂悬 浊物出现,用 p H试纸检测 ,呈弱酸性 ,人工砂表观密度 偏小、吸水率偏大;混凝土生产时,发现在砂含水变 化不大及配料正常的情况下,混凝土单位用水量
2、波动频 繁,用水量增加较多;混凝土拌和物保水性差,坍落 度损失快,较黏稠,不易流动,现场施工 困难 ;常态 ( 碾压)混凝土凝结时间缩短,全部作废弃料处理量又太 大且影响工程进度,继续使用又担心给工程 留下质量隐 患。国内对相应含 碳 泥骨料 混凝 土研 究 尚属 空 白,为 了 解碳质泥岩骨 料对混 凝土 性能 的影 响 ,本次 研究 拟对 正 常骨料混凝 土 与含碳 质 泥 岩骨 料 混凝 土 进行 对 比分析 , 为应采取合理的抑制措施提供依据并提出相应的对策。 2 碳质泥岩材质分析 2 1 外观描述 从爆破完 的堆积体 看多 为粉状 细骨 料和 超径 石 ( 大于 8 0 0 mm)
3、,中间粒径较少;部分岩石面层颜色为 青色,下部带油性黑色;岩石 切片可见明显暗黑 色碳 质 泥 岩 夹 层 ;成 品 砂 石 骨 料 中 在 小 石( 粒 径 5 2 0 mm)与细骨料 中大量存在碳质泥岩,说明碳质泥岩 易 加工 破碎 。 2 2 碳质泥岩试验检测成果 样品细颗粒部分试验检测成果见表 1 。 表 1 样品细颗粒部分试验检测成果 编 号I 饱和 面干 密 度 ( g c m 3 ) I 饱和 吸 水 率 ( ) l 样 品 特征 为了对碳 质泥 岩有量 的认 识 ,人 为挑 选含 量有 明显 差异 的细颗粒 进行 检测 。从表 1的检测 结 果看 ,随 着碳 质泥岩含量的增大,
4、饱和面干密度变小,饱和吸水率增 大,说明该物质较轻且空隙率大。 同时对同一料场的不同人工砂 ( 正常砂与含碳泥砂) 进行对比,化学分析结果见表 2 。 表 2 检测结果分析 表明:含碳 泥砂与正常砂比较, 前者碳元素明显小很多,且 C a O含量比后者高 5 左右, 而烧失量指标略低 6 。说明含碳泥砂混杂有部分劣质 煤粉 。 表 2 碳 泥骨料化 学成分分析检 测成果 ( ) 骨料种类 碳元素 S i O z C a 0 Mg O F e 2 O s A 1 2 O 3 Na 2 O K 2 O Ti02 P 2 O 5 Mn O S O s 烧失量 正常砂 微量 6 7 2 4 9 1 0
5、 2 O 5 O 1 7 O 5 3 0 O l 0 O 3 0 0 2 O O 1 O O 1 4 1 1 6 I 含碳泥砂 1 O 6 1 6 1 2 4 4 2 7 1 8 5 0 1 5 O 4 8 O O 1 O O 2 0 0 2 O O 1 O O 1 4 7 0 6 7 8 2 3 石粉物理品质检验 对料场石料人 工加 工石 粉进 行对 比试验 ,正常石 粉 试验与检测 是 由雷蒙机生产 的石粉 ,碳 泥石粉 是用碳 泥 毛料室 内研 磨制成,石粉 ( O 0 4 5 m m)品质检测成果见表 3 。 表 3 石粉( 0 0 4 5 mm)品质检测成果 种类 碳泥含量 ( )
6、密度 ( g c m3 ) 烧失量 ( ) 4 5 Wn筛余 ( ) 8 0 u m筛余 ( ) 比表面积 ( m2 k g ) 需水比 ( ) 正 常石粉( 0 1 ) O 2 7 1 3 6 6 2 2 5 O 1 0 5 2 3 9 8 1 0 5 2 正常石粉 ( 0 2 ) 0 2 7 1 3 7 2 3 1 9 1 8 O O 4 1 0 1 0 5 2 5 2 6 9 3 7 0 8 2 O 9 7 7 2 41 5 1 0 5 9 含 碳 1 O 2 6 6 3 6 8 7 2 1 8 7 8 4 4 2 6 1 0 7 4 泥石粉 2 O 2 6 1 3 6 4 9 2 3
7、9 7 9 2 4 4 0 1 1 O 4 3 0 2 5 6 3 6 O 8 2 6 3 8 2 8 4 5 3 l 1 1 9 注检测依据:D L T 5 0 5 5 2 0 0 7 水工混凝土掺用粉煤灰技术规范 ;平行检测 2 次 。 表 3 检测 成果表 明 :由于碳 泥成 分 中的细颗 粒 部分 比表面积较大 ,因此正 常石粉在 混人 碳泥 成分后 比表 面 积增加较为显著。随着掺入碳泥成分比例的增加,需水 量比逐渐增大,密度逐渐减小。 2 4 碳泥骨料物理品质检验 对料场石料加工骨料进行对 比试 验,正常 骨料及含碳 泥骨料均 由砂石系统 生产 ,碳 泥砂 由室 内人工破 碎制成
8、。 细骨料物理检测成果见表 4 ,粗骨料物理检测成果见表 5 。 由以上检测成果可以看出,所检碳泥砂的饱和面干密度 较小,仅为2 1 9 g c r y l3 ,自 然堆积密度偏小,为 1 1 5 o k g m3 , 石粉含量为 2 3 3 2 ,而小于 0 0 8 mm细粉含量为 1 5 6 6 。 所检含碳泥骨料含有少量 “ 碳质灰岩”颗粒 ( 计数 法检测为8 左右) ,其表观密度与正常骨料相比有明显 的下降,吸水率有所增加。碳泥粗骨料受压易碎,遇水 易崩解成细颗粒。含碳泥骨料的粒型较差 ,扁平片状颗 粒 ( 但又 尚未达到针片状)比较 多。 3 碳质泥岩骨料混凝土外加剂 适应试验 为
9、了解含碳 泥骨料所 拌制 的混凝 土与 外加 剂是 否有 较好的相容性 ,采 用 了表 6所示 的混 凝土 配合 比重 点考 察含碳泥骨料对混凝土凝结时间、含气量、坍落度损失、 抗压 强度 的影 响。试验结果列于表 7 、表 8 。 表 7 试验结 果表 明 :在 环境 为室 内标准 状态 下含碳 泥骨料对碾压混 凝土凝 结时 间而 言,增 加缓凝 高效 减水 剂 的掺量 ,可 以适 当延长 混凝 土 的凝 结 时间 ;常态 混凝 土0 8 的掺量可满足现有施工条件下对混凝土凝结时间 的要求。但对碾压混凝土的中的含气量影响较大,引气 剂掺量在 2 5 时 ,混凝土 中的含气量 尚未达到 2 ,
10、这 将直接对混凝土的抗渗及抗冻性能带来不利影响。 表 8试 验 结果 表 明 :用 含碳 泥 骨料 拌制 的混 凝 土 , 其坍落度损失快,泌水量少,特别是掺 3 O 石粉的前提 下,3 0 mi n坍 落 度 损 失达 到 3 3 5 ,6 0 mi n后 高 达 4 4 5 ,掺 3 O 煤灰的条件下,4 2 0 mi n泌水总量仅为 8 mL,泌水率 0 0 7 。分析原因,主要是由于含碳泥骨 料吸水率 大的缘故 。 4 含碳质 泥岩 骨料对混凝土性能影响试验 4 1 1 含碳质泥岩骨料混凝土性能试验 本试验采用石粉全部替代粉煤灰与掺 2 O 的粉煤灰 和掺 4 0 的石粉方案,碾压混凝
11、土缓凝高效减水剂掺量 为 1 2 ,引气剂掺量为 0 2 5 ;常态混凝土缓凝高效 减水剂掺量为 0 8 ,引气剂掺量为 0 0 3 5 ;碾压混凝 土石子级 配采用 5: 5 ;常态混 凝土采用 6: 4 。在此 前提 下 ,验证含碳泥骨 料对 常态和碾 压混 凝土 的各项 性能 与 参数差异。混凝土配合比试验参数见表 9 ,性能试验成果 列 于表 1 O 。 表 1 O 检测结果表明:含碳泥骨料混凝土的水胶比在 0 4 5 0 6 5之 间,对碾 压混 凝 土在 掺 5 O 石粉 的 条件 下 ,2 8 d 抗 压强 度在 1 8 2 1 1 2 MP a之 间 ,极 限拉 伸值 在 6
12、O 1 0 6 6 1 0 之间;在掺 2 O 煤灰和 4 O 石粉 条件下,2 8 d 抗压强度在 9 3 1 6 2 MP a之间,极限拉伸 值在 4 81 0 5 81 O 之 间;压实密度为 2 4 4 3 2 4 7 1 k g m。 。两种掺合料不同掺量的前提下 ,混凝土的含 气量 均未超过 3 。 对常态混凝土在掺 3 O 石粉 的条 件下 ,2 8 d 抗压 强度 在 1 7 6 2 8 9 MP a 之 间;极 限拉伸值 在 7 8 1 O 9 3 1 O 之间。在掺 3 O 煤灰条件下,2 8 d抗压强度在 2 2 5 - 3 5 5 MP a 之间;极限拉伸值在 9 O
13、1 0 9 5 1 0 之间。 表 4 细骨料物理检测成果 饱和面干密度 吸水率 石粉含量 小于0 0 8 ram 自然堆积 紧密堆积 砂种类 细度模数 ( g c m3 ) ( ) ( ) 含量 ( ) 密度 ( m0 ) 空隙率 ( ) 密度 ( k g m3 ) 空隙率 ( ) 正常砂 2 5 7 2 9 5 2 6 6 1 5 1 3 7 1 8 1 3 7 0 4 6 7 1 4 8 0 4 2 4 含碳泥砂 2 5 3 3 7 9 2 6 7 1 6 6 8 6 2 6 1 3 2 5 4 7 6 I 4 3 5 4 3 3 碳 泥砂 2 1 9 9 O 4 2 O 5 2 3 3
14、 2 1 5 6 6 1 1 5 O 4 7 5 1 2 5 0 4 2 9 注检测依据: 水工混凝土砂石骨料试验规程( D L T 5 1 5 1 -2 0 0 1 ) ;所谓碳泥砂是用肉眼判断其颜色较黑含碳泥严重者,含碳泥砂实际上 含有部分碳泥成分。 7 9 水利水电施工2 0 1 0 第 4期总第 1 2 1 期 表 5 粗骨料物理检测成果 自然堆积 紧密堆积 表观密度 吸水率 坚固性 压碎指标 针片状含量 超径含量 逊径含量 含泥量 骨料种类 密度 空隙率 密度 空隙率 ( ) ( ) ( ) ( oA) ( ) ( ) ( k g m0 ) ( ) ( k g m3 ) ( ) (
15、k g m3 ) ( ) 正常骨料 2 7 0 0 0 7 5 1 4 7 5 4 5 4 1 6 8 0 3 7 0 4 5 8 9 1 0 1 9 3 2 O 4 0 3 5 含碳泥骨料 2 6 7 0 O 9 3 1 4 2 5 4 6 6 1 6 3 5 3 8 8 8 O 6 1 0 3 o 3 5 1 0 6 9 9 O 0 2 2 袁 6 含碳泥骨料 与外加 荆的适应性试验 混凝土配合比表 掺合料掺 ( ) 减水剂 引气剂 砂率 用水量 胶凝材料用量 ( k g m 0 ) 试验编号 混凝种类 水胶比 级配 煤灰 石粉 ( ) ( ) ( ) ( k g m3 ) 水泥+粉煤灰+
16、石粉 水泥 粉煤灰 石粉 1 O 5 0 0 5 5 5:5 1 4 0 2 5 3 6 9 5 l 7 3 8 6 O 8 7 2 碾 压 2 5 2 5 O 5 5 5: 5 1 2 O 2 5 3 6 9 5 1 7 3 8 7 4 3 4 3 3 5 0 O 0 5 5 5:5 1 O 0 2 5 3 6 9 5 1 7 3 8 6 8 7 0 4 3 0 0 0 5 5 6:4 0 8 0 0 2 5 3 1 1 6 7 3 0 4 2 1 3 9 1 O 常态 5 O 3 0 O 5 5 6:4 1 O O 0 2 5 3 1 1 7 3 3 1 5 2 2 0 O 9 5 表 7
17、 外加剂与含碳 泥骨料混凝土适应性试验成果 坍落度 含气量 凝结时间 ( h: rain ) 抗压强度 ( MP a ) 序号 混凝土种类 配合比 V C值 ( ) 初凝 终凝 3 d 7 d 2 8 d 9 0 d 1 8 0 d 1 1 2 0 s 】 8 2 0:5 O 2 4 : 5 0 1 4 5 1 6 1 1 7 0 1 l 4 4 2:8 2 3 2 碾 压 9 0 s 1 9 1 5:5 0 2 1:2 0 1 7 7 2 4 5 3 3 9 1: 4 4 0: 8 1 9 3 6 0 s 1 7 1 7:1 0 2 3:3 0 1 9 1 2 5 9 3 6 2 1: 4
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- 关 键 词:
- 泥岩 混凝土 性能 影响 试验 研究
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