人工砂石粉中云母含量测试方法及其对混凝土性能影响研究.pdf
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1、新 建蟓 中 国 科 技 核 心 期 刊 人工础石粉【 l 】 云母含量测:i式 方法及其对 混凝土吐 生 雒影响研究 邢界泉 - , 詹树林 , 李新宇 , 谢国帅 ( 1 浙江大学 建筑工程学院, 浙江 杭州3 1 0 0 5 8 : 2 中国电建集 团华 东勘测设计研究 院有 限公司 , 浙江 杭州 3 1 0 0 1 4 ) 摘 要: 对人工砂石粉中云母含量测试方法进行研究, 并通过控制人工砂石粉中云母含量, 系统研究了人工砂石粉中云母含量变 化对三级配大体积混凝土工作性能及力学性能的影响规律。 结果表明, x 一 射线衍射分析可以定量测试人工砂石粉中云母含量; 随着 人工砂石粉中云母
2、含量增加 , 达到相 同坍落度控 制范围的混凝土单位用水 量须增加 , 混凝土抗压 强度和 劈拉强度均有所降低 , 人工 砂石粉中云母含量过高会给混凝土的工作性能和力学性能带来不利影响。 关键词 : 人工砂; 石粉; 游离云母含量: 工作性能: 力学性能 中图分类号: T U 5 2 8 0 1 文献标识码: A 文章编号: 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 5 ) 0 7 一 O o 0 7 一 o 3 S t u d y o n me a s u r i n g m e t h o d o f mi c a c o n t e n t i n m a n u f a c t u
3、 r e d s a n d p o wd e r a n d i t s e ffe c t o n p e r f o r ma n c e o f c o n c r e te XI NG e q u a n , Z HAN S h u l i n , L I Xi n y u , XI E Gu o s h u a i ( 1 C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e ri n g a n d A r c h i t e c t u r e o f Z h e j i a n g U n i v e r s i t y , Ha n g z h
4、 o u 3 1 0 0 5 8 , Z h e j i a n g , C h i n a : 2 P o w e r C h i n a H u a d o n g E n gi n e e r i n g C o r p o r a t i o n L i mi t e d , H a n g z h o u 3 1 0 01 4 , Z h e j i a n g , C h i n a ) Ab s t r a ct : T h i s p a p e r c a r r i e s o u t t h e me a s u rin g me t h o d o f mi c a c
5、 o n t e n t i n ma n u f a c t u r e d s an d p o wd e r , a n d t h e i n flu e n c e r u l e o f mi c a c o n t e n t c h a n g e s u p o n t h r e e - g r a d e d mass c o n c r e t e wo r k a b i l i t y a n d me c h a n i c a l p e r f o r ma n c e h a s b e e n s t u d i e d s y s t e ma t i
6、c a l l y b y c o n t r o l l i n g t h e c o n t e n t o f mi c a i n ma n u f a c t u r e d s and p o wd e r Th e res u l t s i n d i c a t e t h a t X- r a y d i ffr a c t i o n a n aly s i s c a n q ua n t i t a - t i v e l y t e s t mi c a c o n t e n t i n manu f a c t u red s a n d p o wd e r
7、 , wi t h t h e i n c r e a s e o f mi c a c o n t e n t i n man ufa c t u r e d s a n d po wd e r , t h e u n i t wa t e r -u s e o f c o n c r e t e wh i c h a c h i e v e s t h e s a me s l u mp c o n t r o l s h o u l d b e i n c r e a s e d , c o mp res s i v e s t ren g t h a n d s p l i t t i
8、 n g t e n s i l e s t r e n gth o f c o n c r e t e a r e r e d u c e d, e x c e s s i v e a mo u n t s o f mi c a i n ma n ufa c t u r e d s and p o wd e r wo u l d b ri ng s o me a d v e rse e ff e c t s o n c o n c ret e wo r k ab i l i t y a n d me c h an i c a l pe rfo r ma n c e Ke y wo r d s
9、 : m an u f a c t u r e d s a n d , s t o n e p o w d e r , f r e e m i c a c o n t e n t , wo r k abi l i t y , m e c h an i c a l p e rf o r m a n c e 目 前, 我国大中型水电工程主要集中在西部地区, 由于缺 乏充足的天然砂资源, 很多工程帮采用机械破碎岩石的方式来 轧制人工砂。云母是常见的造岩矿物之一, 部分工程混凝土 骨料母岩中云母含量较高, 如三峡工程用作混凝土粗骨料料 源的基坑开挖料花岗岩, 黑云母含量高达 1 0 t n 。 通常利
10、用高 云母含量母岩轧制的人工砂中云母含量较高, 因而现行国家 标准和许多行业标准都限定了砂中的云母含量, G B T 1 4 6 8 4 一 基 金项 目: 国家 自然 科学基金项 目( 5 1 2 0 9 2 1 9 ) 收稿 日期 : 2 0 1 5 - 0 2 1 0 作 者简介 : 邢 界泉 , 男 , 1 9 8 7年生 , 山东 章丘 人 , 硕士研 究生 , 研 究方 向为结构 工程 、 建筑 材料 。 地址: 杭州市余杭塘路 8 6 6号 浙江大学紫 金港校 区安中大楼 A8 0 6 , E ma i l : x i n g j i e q u a n 1 6 3 c o rn
11、。 2 0 1 1 ( 建设用砂 限定I 类砂中云母含量 1 ; I I 、 类砂中云 母含量 2 。主要是云母一般呈薄片状, 表面光滑, 且易沿节 理错裂, 与水泥浆的粘结力很差, 当砂中云母含量超过一定限 度时, 混凝土拌合物的工作性能、 力学性能及耐久性能等均有 显著降低口 J 。 目前已开展的人工砂中云母对混凝土性能的影响研究, 主要侧重于现行规范能够测试到的游离云母颗粒对混凝土性 能的影响。李家正和句广东I3 】 就三峡工程中云母含量较高的 石屑砂对混凝土性能的影响及其应用方式进行了较为系统的 研究。 张志坚4 1 开展了河砂、 高云母含量花岗岩人工砂及掺灰 岩砂的混合砂对面板混凝土
12、力学性能、 干缩抗冻性能的试验 研究。李新宇等翻 采用云母含量较高的母岩轧制的人工砂开 展了高云母含量石粉对混凝土性能影响的试验研究,结果显 NE W BUI L DI NG MAT E RI AL 5 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 邢界泉, 等: 人工砂石粉中云母含量测试方法及其对混凝土性能影响研究 示, 随着石粉含量的增加, 混凝土单位用水量随之增加, 混凝 土拌和物性能则逐渐降低。 根据D i l r 5 1 4 4 -2 O O l 水工混凝 土施工规范 , 允许人工砂中石粉最高含量为 1 8 , 当采用高 云母含量母岩轧制人工砂时, 有相当部分游
13、离云母倾向集中 在石粉粒径区间内, 因而人工砂石粉中游离云母含量对混凝 土性能的影响是不能忽略的 目 前, 国内外针对人工砂石粉 中游离云母含量测试的研究较少, 同时关于人工砂石粉中游 离云母对混凝土性能的影响也鲜有涉及。 1 人工砂石粉中云母含量测试方法研究 现行人工砂中云母含量主要采用G B T 1 4 6 8 4 -2 0 1 1 规 定的方法测试, 该方法只能测试出粒径大于0 3 m m的云母颗 粒含 量, 具体为: 按规定方法取样 后称取1 5 g 试样, 然后在3 5 倍放大镜下用钢针将云母挑出, 称出云母质量, 最后取2 次 测试值的平均值作为试验结果。 其它规范中规定的砂中云母
14、含 量测试方法基本与此相同或类似。粒径小于0 1 6 m m的人工 砂石粉中云母颗粒由于粒径相对较小, 常规条件下难以辨认, 只能尝试借助相关微观测试手段来进行定量分析。人工砂石 粉中游离云母可采用x 一 射线衍射法进行定量分析, X 一 射线 衍射分析不仅能定性确定物相种类,而且还能定量计算得到 物相的含量,其原理是利用某物相所产生的衍射强度与其在 混合物中的 含量具有相关性来测 试混 合物中 各种物相的质量 百分数 。 1 1 母岩中云母含量测试 试验采用西部某水电工程料场生产的片麻岩。片麻岩母 岩为细粒鳞片状变晶结构, 组成矿物主要是黑云母、 长石和石 英, 有少量普通角闪石, 微量矿物
15、是木屑石、 自形长柱状磷灰 石和磁铁矿, 次生矿物是长石的黏土化黏土和微量绢云母, 片 麻岩母岩的化学成分如表 1 所示。 表 1 片麻岩母岩的化学成分 Ca O S i 02 A1 2 03 F e 2 03 Mg O S O3 Rz O 5 6 6 61 9 7 1 67 2 5 5 3 2 - 3 5 0 31 49 4 将片麻岩母岩切割并磨制成薄片, 利用偏光显微镜采集 母岩样品的微观结构图片, 将图片输入计算机进行图像处理 分析, 得出云母所占面积比例。 考虑到云母的密度与其它矿物 接近, 体积分数近似等于质量分数, 因此, 图片中云母所占面 积与总面积的比 值即为云母的相对含量。根
16、据岩相观察及图 像分析计算, 片 麻岩母岩中 黑云母含量约为4 5 。 1 2 人工砂石粉中云母含量测试 试验采用片麻岩母岩轧制的人工砂, 按照G B 厂 I 1 4 6 8 4 2 0 1 1 测得片麻岩砂试样中大于O - 3 m m的云母颗粒含量为0 。 片 麻岩砂中石粉含量为1 5 , 石粉中 游离云母含量采用J 8 新型建筑材料 2 0 1 5 7 0 O 9 1 9 9 6 惜 靶多晶体X射线衍射方法通贝 lj 进行测试。 将片麻岩砂石粉用玛瑙研钵研磨成粒度小于5 m的 粉末, 采用 X R D定性分析确定样品中云母的种类为黑云母, 选用刚玉作为定量分析的内标物质,用K值法对样品中的
17、 云母含量进行定量测试,以定量衍射峰的积分强度作为衍 射峰的强度。称取 1 8 g 石粉试样和0 2 g 刚玉, 充分混合均 匀, 利用x 一 射线衍射测试黑云母的定量衍射峰强度 , n 和刚 玉的定量衍射峰强度 。 云母和刚玉的x射线衍射图 谱如 图1 所示。 图 1 云母和刚玉的X 一 射线衍射图谱 物质衍射峰强度与含量的关系见式( 1 ) 所示, 片麻岩砂石 粉中云母含量 可由式( 2 ) 计算得到。 l B K X 厶 凰 等 等 器xX b (2) 式中: K 。 、 K 分别为黑云母、 刚玉的参比强度, 其中K = 1 7 3 , = 1 0 0 ; 厶 、 卜分别为黑云母、 刚玉
18、定量衍射峰的积分强度; 。、X 一分别为黑云母、 刚玉在混合样中的含量。 由图l 可知, 黑云母、 刚玉衍射峰的积分强度 L 、 分别 为3 5 4 6 2 、 3 7 9 6 , 根据式( 2 ) 计算可得, 片麻岩石粉中的云母含 量为6 0 , 刚玉含量为 1 0 。 由于云母颗粒相对较软,在母岩轧制人工砂过程中云母 颗粒更容易解理破碎而倾向聚集在石粉粒径区间内,人工砂 石粉中云母含量要高于母岩中的云母含量,上述测试结果符 合此规律, X 一 射线衍射分析可以用于定量测试人工砂石粉中 云母含量。 2 试验 2 1 原材料及试验方法 水泥: 云南祥云4 2 5 级中热硅酸盐水泥; 粉煤灰:
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