石粉含量对机制砂混凝土力学性能与微观结构的影响.pdf
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1、2 0 1 1 年第 1 2期 1 2月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI NA C 0NCR E r E AND C E MEN T P RODUC T S 2 0ll No1 2 De c e mb e r 石粉含量对机制砂混凝土力学性能与 微观结构的影响 张礼华 , 刘来 宝 , 周永生 , 王忠祥 ( 1 四川省非金属复合与功能材料重点实验室一省部共建国家重点实验室培育基地 , 西南科技大学 , 绵 阳 6 2 1 0 1 0; 2 绵阳职业技术学院材料系 6 2 1 0 0 0 ) 摘要 : 采 用石 英质机 制砂 石粉 , 讨论 了石粉含 量对 中低 等级强度混凝土工作性和
2、力 学性能 的影响规律 , 并选 取 三种不同岩性机制砂石粉 , 运 用 S E M 、 XR D 等测试方法研究其对水泥水化 产物及其微结构的影响。 结果表明 , 石 粉的掺入 可明显改善 混凝土的和易性及力学性能 , 混凝土强度等级越高 , 其石粉合 理掺 量应越 小 ; 石粉 对水泥水化 产物及其微观 形貌 影响较 小; 石粉含量 变化 引起 细骨料 ( 机制砂 ) 级配优化作用是普通机制砂混凝 土工作性和 力学 性能得到改善 的主要原 因。 关键词 : 机制砂 ; 混凝土 ; 石粉 ; 水化 Ab s t r a c t : T h e i n f l u e n c e s o f
3、t h e c o n t e n t o f q u a r t z i f e r o u s r o c k p o w d e r O ff t h e wo r k a b i l i t y a n d me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f mo d e r a t e a n d l o w- g r a d e c o n c r e t e a r e d i s c u s s e d B y X r a y d i f f r a c t i o n a n a l y s i s a n d s c a n n i n g
4、 e l e c t r o n mi c r o s c o p y , t h e e l- f e c t s o f t h r e e ma n u c t u r e d s a n d r o c k p o wd e r wi t h d i f f e r e n t r o c k c h a r a c t e r s o n h y d r a t i o n p r o d u c t s a n d mi c r o s t r u c t u r e o f c e me n t a r e a l s o s t u d i e d T l e r e s u
5、l t s r e v e a l t h a t r o c k p o wd e r c a n o b v i o u s l y i mp r o v e t h e w o r k a b i l i t y a n d me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e T h e mi n o r c o n t e n t o f r o c k p o wd e r i s s u i t a b l e f o r t h e h i g h e r s t r e n g t h c o n c r e t
6、 e T h e r o c k p o w d e r h a s l i t t l e i n f l u e n c e s o n h y d r a t i o n p r o d u c t s a n d mi c r o s t r u c t u r e o f c e me n t 1 1 1 e g r a d e d o p t i mi z a t i o n f u n c t i o n o f fi n e a g g r e g a t e f ma n u f a c t u r e d s a n d ) c a u s e d b y t h e v
7、a r i o u s c o n t e n t o f r o c k p o w d e r p l a y s t h e l e a d i n g r o l e i n i mp r o v i n g t h e w o r k a b i l i t y a n d m e c h a n i c a l p r o p e rt i e s o f g e n e r a l ma n u f a c t u r e d s a n d c o n c r e t e Ke y wo r d s : Ma n u f a c t u r e d s a n d ; Co n
8、 c r e t e ; Ro c k p o w d e r ; Hy d r a t i o n 中图分类号 : T U 5 2 8 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 1 ) 1 2 2 2 0 5 0前 言 砂作为大宗建筑材料 ,不适宜远距离运输 , 一 般建筑施工均采取就地取材的方式选取原材料 , 特 别是云南 、 贵州等石多砂少地 区 , 采用机制砂代替 天然砂将产生积极的经济效益和社会效益。机制砂 是岩石经破碎 、 粉碎 、 选粉等流程生产而得到的, 在 这过程中必然会产生一定量小于 7 5 Iz m的细颗粒 , 即石粉。石粉含量的差
9、异是机制砂区别于天然砂 的 最主要特征之一f 1 l 。目前 , 对于机制砂混凝土缺乏系 统和基础的理论及实验研究 , 尤其是对石粉适宜含 量及其对混凝土性 能的影 响仍然存在较大争议 2 1 。 G B T 1 4 6 8 4 2 0 0 1 建筑用砂 中规定 了机制砂石粉 含量 的最大值 : 强度等级为小于 C 3 0、 C 3 0 C 6 0和大 于 C 6 0混凝土的石粉 含量最大值 分别为 7 、 5 、 3 。 该标准对石粉含量的要求与实际应用存在一定 基金项 目: 国家科 技支撑计划项 目( 2 0 1 1 B A A 0 4 B 0 4 ) 。 一 2 2 差距 , 限制了机制
10、砂 的推广和应用。本文选取石英 质机制砂 , 研究其石粉含量对低等级( C 3 0 ) 和中等 强度 等级 ( C 5 0 ) 混凝土工作性和力学性能的影响 , 同时 , 选取三种不同岩性 的机制砂石粉 , 研究探讨 其对水泥水化产物及其微结构的影 响, 揭示石粉对 混凝土性能的影响机理。 1 试验 原材 料与 方法 1 1 试验原材料 试验用水 泥为 P 0 4 2 5级 水泥 ,密度为 2 9 5 k g m。 , 比表面积为 3 5 5 m2 , 主要物理性能见表 1 。 采用峨眉山玄武岩经破碎制备玄武岩机制砂 ; 石英 质机制砂 , 来 自四川华蓥山市 ; 河砂取 自绵 阳涪 江, 经
11、水洗晒干备用。 1 2 试验方法 分别按 G B T 1 4 6 8 4 2 0 0 1 建筑用砂 和 J G J 5 2 2 0 0 6 普通混凝 土用砂 、 石质量及检验方法标准 测 定堆积密度 、 空隙率 、 级配和细度模数 ; 分别按 G B 张礼华 , 刘来堂 , 周永生 , 等石粉含量对机制砂混凝土力学性能与微观结构的影响 T 5 0 0 8 0 2 0 0 2 普通混凝土拌合物性能试验方法标 准 和 G B T 5 0 0 8 1 2 0 0 2 普通混凝土力学性能试验 方法标准测定混凝土的工作性能和力学性 能 , 试 模 尺 寸 为 1 0 0 mmx l 0 0 mm 1 0
12、 0 m m,修 正 系 数 为 0 9 5 。 物相分析在荷兰 P A N a l y t i c a l 公司 X P e r t P R O 型粉 晶 X射线衍射仪上完成 ; S E M分析在 日本东芝 公司 T M一 1 0 0 0型扫描 电子显微镜上完成。 2结果 与讨 论 2 1 石粉 的物性与微结构 机制砂石粉的粒径分布及微观结构见表 2 、 图 l 。由表 2可知, 石英质机制砂石粉中, 0 4 0 tx m颗粒 占 8 4 , 大于 6 0 I x m的颗粒仅 3 。由图 1可知 , 石 粉颗粒尖锐 , 有 明显 的棱角 , 粗颗粒表面吸附了较 多的超细颗粒 ; 矿物组成主要
13、为 S i O z , 同时含有钠长 石( N a A 1 S i 3 0 。 ) 等杂质矿物。 2 2石粉含量对 C 3 0 、 C 5 0混凝土工作性能的影响 试验过程 中保持基础配合 比不变 , 通过控制机 制砂 中石粉含量 , 探讨石粉含量对低等级 ( C 3 0 ) 和 中等强度 ( C 5 0 ) 普通混凝 土工作性 的影响规律 , 试 验结果如图 2所示 。 试验中 C 3 0和 C 5 0混凝土的基 础配合 比见表 3 。 在 C 3 0混凝土中 , 混凝土的坍落度随石粉含量 表 2 石粉粒度分析 2011 5- 1 8 O9 1 L 0k 1O0 um ( a ) S E M
14、 2 0 3 0 4 0 5 O 6 O 7 0 2 0 1 。 ( b ) XRD 图 1 石英质机制砂石粉的 S E M和 X R D 表 3 混凝土基础配合 比 k m 窨 皑 , 艇 蜜 石粉 含量 ( A) C3 0 量 量 毪 鲢 , 犍 宝 O 5 1 O l 5 石粉含量 ( B ) C 5 0 图 2 石粉含量对 C 3 0 、 C 5 0混凝土工作性的影响 一 2 3 2 0 1 1 年第 l 2期 混凝土与水泥制品 总第 1 8 8期 的增加先增加后减小。 在石粉含量较小( 1 5 ) , 坍落度损失较多 , 离析泌水 现象逐渐消失 ; 当石粉含量为 2 0 时 , 混凝
15、土拌合 物变得很粘稠 , 严重影响混凝土的和易性 。究其原 因, 随着石粉 的掺入 , 混凝 土体系 中细颗粒含量增 大 , 增加 了固体表面积对水体积 的比例 , 减少了离 析和泌水 ,而且石粉还能与水泥形成更多的浆体 , 从而改善混凝土的工作性 。但随着石粉含量的继续 增加 , 使混凝土 的需水量也增加 , 在单方用水量不 变的情况 下 , 混凝土拌合物将变得 干稠 , 降低 了混 凝土 的施 工性 能 。 石粉含量对 C 5 0混凝 土工作性的影响规律如 图 2 ( B) 所示。 随石粉含量的增加 , 扩展度 、 坍落度与 C 3 0混凝土有相似的变化规律 ,但其对中等强度混 凝土工作性
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