硬化混凝土中水泥和粗细集料用量的测定方法.pdf

2 0 1 5年 第 1期 (总 第 3 0 3期 J N u mb e r 1 i n 2 0 1 5 ( T o t a l No 3 0 3 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 P RAC1 1 CAL TECHNOL OGY d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 5 0 1 0 3 7 硬化混凝土中水泥和粗细集料用量的测定方法 李悦 。 童欢 ， 杨进波 ， 董万国 。 郭伟 ( 1 北京工业大学 a 城市与工程安全减灾教育部重点实验室 b 工程抗震与结构诊治北京市重点实验室， 北京 1 0 0 1 2 4 ； 2 北京市顺义区住房和城乡建设委员会， 北京 1 0 1 3 0 0 ) 摘要 ： 混凝土原材料组分决定了混凝土材料的性能， 其原材料主要为水泥、 水和粗细集料等。 目前关于硬化混凝土中水泥含量 和粗细集料的测定方法 国内外没有统一标准 ， 造成科研和工程应用领域的困难。 研究的硬化混凝土原始水泥含量测定的方法是 通过化学分析和X R D手段测定出混凝土中的C a O( S i O ) 或 c a 元素含量， 结合混凝土原材料水泥中的C a O( S i O ) 或 c a 元素含 量和硬化混凝土的干密度可计算出硬化混凝土 中的原始水泥含量 ， 结果表明化学分析法( C a O) 效果最好 ； 硬化混凝土中粗细集 料含量的测定方法主要是通过破碎、 加热和筛分并进行酸溶解 的手段 ， 结果表明不同龄期的样品均取得 了较好 的试验精度。 这 些方法的提出和研究为今后该方向的深入研究提供了帮助。 关键词 ： 硬化混凝土； 水泥含量 ； 粗细集料 ； 测定方法 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 7 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 0 1 0 1 4 7 - 0 4 Me t h o d s f o r d e t e r mi n a t i o n o f c e me n t e n d a g g r e g a t e c o n t e n t i n h a r d e n e d c o n c r e t e LI Yu e 一， TONG Hu a n ， YANG J i nb o ， DONG Wa n gu o ， GUO We i ( 1 a T h e K e y L a b o r a t o r y o f U r b a n S e c u r i ty a n d D i s a s t e r E n g i n e e r i n g ， MO E； b B e ij i n g K e y L a b o f E a r t h q u a k e E n g i n e e r i n g and S t r u c t u r a l R e o fi t ， B e i j i n g U n i v e r s i ty o f T e c h n o l o g y ， B e i j in g 1 0 0 1 2 4 ， C h i n a ； 2 B e i j i n g S h u n y i C o m m i s s i o n o f H o u s i n g and U r b a n R u r a l D e v e l o p me n t ， B e i j i n g 1 0 1 3 0 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： Or i g i n a l c o mp o n e n t s d e t e r mi n e t h e p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e ma t e ri a l ， wh o s e ma i n o ri g i n a l ma t e ri a l s i s c e me n t ， wa t e r ， an d the t h i c k n e s s of a g g r e g a te， e t c At p r e s e n t the r e i s no u n i fie d s t a n d a r d f o r t e s ti n g me tho ds o f h a r de n e d c o nc r e te o rig i n a l c o mpo n e n t s d e t e r mi - n i n g， wh i c h mak e s d i f f i c u l ti e s i n the fie l d o f s c i e n tific r e s e a r c h an d e n g i n e e rin g a pp l i c a t i o n I n t h i s p a pe r， we s t u d y the me tho ds for the d e te r mi n a ti o n o f h ar d e ni n g c o n c re t e o ri g i n al c e m e n t c o n t e n t w a s d e te r mi n e d b y m e ans o f c h e m i c a l anal y s i s and X R D o f C a O ( S i O 2 ) o r C a e l e m e n t c o n t e n t i n c o n c rete， c o m b i n i n g w i th th e c o n c r e te r a w ma t e ri a l s o f c e m e n t C a O( S i O 2 ) o r C a e l e me n t c o n t e n t and d r y d e n s i ty o f hard e n e d c o n c rete ， t he ofig mal c e me n t c o n t e n t i n t h e h ard e ne d c o nc r e te c an b e c alc u l a t e d Th e r e s u l t s s h o w tha t c he mi c a l an a l y s i s ( C a O) h a s b e e r e f f ect ； Me thod s for d e ter mi n a ti o n o f the t h i c kne s s o f a g gre g a t e c o n t e n t i n the h ard e n e d c o n c r e t e i s ma i n l y t h r o u g h c r u s hin g， h e a t i ng， s c r e e n i ngme tho dan d d i s s o l v e di n a c i d Re s u l t s s ho we dt h a tthe s a mp l e s o fd i f f e r e n t a g e s h a v e a c h i e v e d g o odt e s tp r e c i s i o n， the me tho d i s p u t for ward and the r e s e arc h for the f u t u r e d i r e c ti on o f the r e s e arc h p r o v i d e s the h e l p Ke y wor ds： hard e n e d c o nc ret e； c e me n t c o n t e n t ； a gg reg a t e； me thod s f o r d e t e r mi n a tio n 0 引言 混凝土原材料组分只要包括水、 水泥、 砂石等粗细集 料、 矿物掺合料和外加剂等。 它们共同决定了混凝土材 料的性能 z J ， 而其中水、 水泥和粗细集料起主导作用。 硬化 混凝土原材料组分测定 可 以为评价 混凝土质量 和预测混 凝土长期性能特别是其耐久性提供科学依据 ， 具有重要 的工程和科学研究意义。 混凝 土硬化过程是长期 的动态过 程， 包含了复杂的物理化学反应， 水泥等胶凝材料发生了 水化并产生新的水化产物。 同时， 硬化胶凝材料浆体与骨 料等固化胶结在一起， 这使硬化混凝土原材料组分测定非 常困难 。 目前国内对硬化混凝土中水泥和粗细集料含量的测 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 7 0 9 基金项 目： 国家自然科学基金( 5 1 2 0 8 0 1 3 ， 5 1 2 7 8 0 1 4 ) 定领域的研究工作很少 ， 吴双九 等人对硬化混凝土 中水 泥用量的测定方法进行了介绍 ， 李悦 等指 出国内外硬化 混凝土中水泥含量的测定方法主要为化学分析法和图像 分析法 ， 但均未进行 系统地试验 研究 。 李悦 同时对 硬化 混凝土中粗集料的测定进行了介绍， 主要包括机械筛分法 和数字图像分析法。 吕林女 等对3 d 龄期的废弃混凝土 中的水泥石和粗细集料的分离进行 了机械筛分法研究 ， 获 得了较好 的效果 ， 但 以上并未考虑混 凝土龄期对试验结果 的影响。 陆秀峰等 提出了从混凝 土二维截 面推测骨料 粒径分布的方法， 与机械筛分法相 比， 数字图像分析法具 有步骤 简单、 方法便捷等优 点， 但 是骨料形状 的复杂 性 。 。 决定 了数字图像分析法 只能是一种近似方法 ， 其 中 骨料形状修正系数和灰度图像阀值点的确定方法还需要 1 47 进行更加深入的研究。 由于不同龄期 的硬化混 凝土的水化程度 有较大 的差 异 ， 其中化学物质的含量随着龄期 的发展也在改变 ， 粗 细 集料和水泥石的黏接程度也有一定 的差异 。 本研究提出了 利用化学分析法和 X R D方法测定 7 、 2 8 、 9 0 d龄期的硬化 混凝土中水泥石中的 c a 元 素含量 ， 经计算后 可得 到硬化 混凝土 中水泥含量的测定方 法 ， 并 对 7 、 2 8 、 9 0 d龄期的硬 化混凝土粗细集料含量进行 了机械筛分研究 。 1 试验原材料 硬化混凝 土 的原 材料 中水 泥 为 曲阜 中联 水 泥 有 限 公司生产的P I 4 2 5级基准水泥， 其化学分析结果如表 l 所示。 表 1 基准水 泥化 学分 析结 果 Si O2 A1 2 O3 F e 2 O3 Ca O Mg O S O3 Na 2 Oe q f -Ca O Lo s s CI 一 21 1 4 3】 3 5 7 6 】 3 3 2 3 7 2 7 0 5 6 0 5 3 2 93 1 01 1 砂 的细度模数 为 2 5 4 ； 石子为人 工碎石 ， 粒径 为 1 0 - 4 0 mm， 砂石集料 均洗除石粉 和泥质后并 晾干 ， 混凝 土减 水剂为 固体 聚羧酸减水剂。 混凝土配合 比见表 2 。 表 2混凝 土原材 料含 量 k g ， m 试件尺寸为 1 0 0 I I l I I l 1 0 0 mi l l 1 0 0 rai n ， 标准养护至 7、 2 8、 9 0 d。 2试 验 方 法 2 1 硬 化混凝土 中水泥含 量的试验方法 2 A 1 化学分析法 分别将龄期 为7 、 2 8 、 9 0 d的硬化混凝土破碎后进行机 械筛分 ， 收集得到的纯净水泥石 粉末 ， 运 用化学分析方 法 测定 出水泥石的 C a O和 S i O ： 的含量 x 。 ， 代入根据式 ( 1 ) 、 ( 2 ) 进行计算 ， 可得到混凝土 中的原始水泥含量 。 M1 =P x 2 , Ix4 ( 1 ) x 2 =X x3 ( 2 ) 式 中： x 水泥石中的 C a O ( S i O ) 的含量 ， ； x 2 混凝土中的 C a O ( S i O ) 的含量 ， ； x 3 混凝 土原 始配合 比中水 和水 泥 的质量 百分 数 ， ； 基准水泥 中的 C a O( S i O ： ) 的含量 ， ； J P 混凝土的干密度 ， k g m ； 。 硬化混凝土的水泥含量 ， m 。 2 1 2 XR D法 分别将龄期为 7 、 2 8 、 9 0 d的硬化 混凝土破 碎后进 行 1 48 机械 筛 分 ， 收 集 得 到 的 纯净 水 泥 石 粉 末 ， 掺 入 纯 净 的 C a ( O H) ： 粉末 ( C a ( O H) 的质量 占总质量的 3 0 ) ， 倒 入适量 的混合物放置玛瑙研钵 中研磨 1 0 m i n ， 筛 分后 收集 粒径小于 1 0 0 m 的混合物颗粒 ， 运用 X R D手段并经计算 分析后得到水泥石和 C a ( O H) ： 的混合物 中各种化合物的 种类及其质量分数 ， 减去掺入的 C a ( O H) 中的 C a 元素含 量 ， 算出其 中 C a 元 素的质量分数 ， 折算 成混凝 土中 的 C a 元素质量分数后代入式( 3 ) 、 ( 4 ) ， 可计算 出混凝 土 中的原 始水泥含量 。 M2 = P x 2 ( 3 ) =X。 X 3 ( 4) 式中： x 1 水泥石中的 C a 元素含量 ， ； x 混凝土中的 c a 元素含量 ， ； x 1 混凝土中的水和水泥的质量百分数， ； 咒基准水泥中的c a 元素含量， ； P 混凝土的干密度 ， k g m ； 硬化混凝土的水泥含量 ， ， m 。 2 2 硬化混凝土中粗细集料含量的试验方法 参考文献 6 和 1 2 ， 基于砂浆 与粗集 料热膨胀率差 异原理 ， 将各配合 比各龄期 的硬化混凝 土破碎后成粒后在 3 0 0的温度下煅烧 ， 急冷后在球磨 机 内粉末 破碎 ， 优化 破碎时间为 5 m i n ， 破碎完成后筛分得到粗集料并称量 ， 通 过酸溶解计算出细集料的含量 。 由于相同粉磨条件下水泥 石易磨性 明显高于石英砂 ， 故在合适粉磨时间下两者粒径 差别较大 ， 可通过风力选粉 1 3 快速高效地分离细集料 和 水泥石粉体 。 筛分得 到的石子质量 除以理论 的石子掺量 成为粗集 料接近率 ， 酸溶解后得到的砂子质量除 以理论的砂 子掺量 成为细集料接近率。 3试验结果与分析 3 1 硬 化混凝土原始水泥含 量的试验 结果 3 1 1 化学法分析硬化混凝土原始水泥含量 的试验结果 化学分析法得 出水 泥石的 C a O和 S i O ： 含量后 ， 通过 式 ( 1 ) 和 ( 2 ) 计算得到的各混凝土 中水泥含量见表 3 。 表 3 化学分析法计算所得的硬化混凝土的水泥含量 ， m 3 1 2 X R D法分析硬化混凝土原始水泥含量 的试 验结果 利用 X R D并通过计算得到各混凝土的水泥石中的化 学成分及其含量 ， 通 过各化合物 的质量 比和化学式 中 C a 元素的含量计算出水泥石的 c a 元素含量， 折算成混凝土 中的c a 元素含量后， 代人公式可求得混凝土中的水泥含 量( m ) ， 计算结果见表4 。 表 4 X R D法计算所得的混凝水泥含量 ， m 3 2 粗细集料的试验结果 试验后 的粗细集料接近率见表 5 。 3 3 硬化 混凝土 原始 水泥含 量测 定方 法的试 验 结 果和 分析 现将试验结果的误差定义为各方法得到 的试验结果 表5粗、 细集料的接近率 与硬化混凝土中原始水泥用量之间的差值 ， 各龄期、 水灰 比的硬化混凝土在不 同试 验方法下测得 的水泥用 量的试 验误差具体见表 6 。 7 、 2 8 、 9 0 d的化学分析法和 X R D法试验结果对 比分 别见图 1 、 2 、 3 。 表 6 化学法( C a O法和 S i O 法 ) 和 X R D法所得试验结果误差 罂 翟 口原始水泥用量 _化学分析法( s i o： 含量 _化学分析法( h c a o 含量 测定的水泥用量) 图 1 化学分析法和 X R D法测定 7 d龄期的硬化混凝土 水泥含量的试验结果对 比 图 2 化学分析法和 X R D法测定 2 8 d 龄期的硬化混凝土 水泥含量的试验结果对比 由试验结果 对 比图可看 出化学 分析法 和 X R D法 在 测定硬化混凝 土 原始水 泥含 量方 面均有 着较 好 的表 现 ， 而化学分析法的结果更为精确 ， 其样品制作简单 ， 试验 墼 l Z ) 珥 5 6 图3 化学分析法和 X R D法测定 9 0 d龄期的硬化混凝土 水泥含量的试验结果对比 过程简便 ， 试验成本 也更低 ， 因此通过化 学分析测定硬化 混凝 土中的水泥含 量更适 合运 用于工程 实践 和推广。 此 外 ， 化学分析法 中通过 分析 C a O含量得 到 的硬 化混凝土 水泥用量结 果较通 过分 析 S i O ： 含 量得 到 的硬 化混 凝 土 水泥用量结果准 确性较高 ， 而通过分析 S i O 含量得 到的 硬化混凝土水 泥用量 结果大 多偏高 ， 这可 能是 因为现在 的机械筛分技术不能将硬化混凝土中的细集料和水泥 石完全分离 ， 这也为以后 的科研 工作提 出了更多的问题 和 方向。 3 4 硬化混凝土原始粗细集料含量测定方法的试 验 结果和 分析 试验结果表明 ， 对 7 、 2 8 、 9 0 d的硬化混凝土 的试块 ， 通 过煅烧、 急冷、 粉磨破碎和筛分并酸溶解后测定的粗细集 料含量和原始用量相 比有着较好的接近率 ， 其 中优化粉磨 破碎的时间对于试验结果的精度有着较大影响。 1 4 9 0 O O O O 0 O O O O 柏 如 加 ：2 O 0 0 O O O 0 O 0 O 如 ” 如 ： 2 5 0 0 0 O O O O 0 O 0 如 加 ： 2 4结 论 本研究进行 了硬化混凝 土 中水泥和粗细 集料用量 的 测定方法试验研究 ， 水泥含量的测定方法包括化学分析法 和 X R D法 ， 其 中化学分析法包括 C a O和 S i O ： 法 ， 试验 表 明化学分析法和 X R D法相比有着样品制作要求较低， 试 验过程简便 ， 试验成本低和试验结果准确率高等优点。 对 于本试验中未掺入矿物掺合料的硬化混凝土， 化学分析法 中的 C a O法和 S i O ： 法均有着较高精度 ， 相比之下 C a O法 更为理想 ， 但由于工程 中大多不会在配制混凝土前 除去粗 细集料 中的石粉 、 泥质 等杂质 ， 故引进的杂质对试 验精度 会有一定的误差 ， 而对于工程实践 中使用较为普遍 的掺人 矿物掺合料的硬化混凝 土来说 ， 由于矿物掺合料引入 的少 量 c a 元素和大量 的 s i 元素 ， 将 降低 C a O法 的试验精度 ， 而 S i O 法将得到的非常大 的试 验误差 ， 因此 相对而言 化 学分析法 中的 C a O法更 适合 运用 于科 学研 究和 工程 实 践 ； 粗细集料含量的测定方法为对硬化混凝土进行高温煅 烧 、 急冷 、 粉磨破碎后筛分并酸溶解 ， 此方法对 7 、 2 8 、 9 0 d 龄期 的硬化混凝土均有较为准确的试验结果 ， 龄期 的影响 并不 显著。 参考文献 ： 1 水中和 构 建可持续的混凝土原材料新体系 J 中国建材 ， 2 0 1 4 ( 1 ) ： 2 0 2 2 r 2 - 陈智 原材料对混凝土耐久性的影0 f C J 隧道建设， 2 0 0 9 ( 6 ) ： 6 5 065 2 3 王刚， 盛晓宁 影响混凝土耐久性之原料分析 J 中国建材， 2 0 0 5 ( 4 ) ： 4 2 4 5 4 徐晓云， 吴双九 硬化混凝土中水泥用量的测定方法概述 J 混凝土 ， 2 0 0 9 ( 8 ) ： 1 0 3 1 0 6 5 李悦， 童欢， 杨进波 硬化混凝土原始组分测定方法综述 J 混 凝土 ， 2 0 1 3 ( 1 0 ) ： 3 3 3 7 6 吕林女， 何永佳， 胡曙光 废弃混凝土组分分离试验研究 J 建 筑材料学报， 2 0 0 8 ， 1 1 ( 6 ) ： 7 2 2 7 2 5 7 陆秀峰， 刘西拉， 覃维祖 从混凝土二维截面推测骨料粒径分 布- J - I 岩石力学与工程学报， 2 0 0 5 ( 1 7 ) ： 3 1 0 7 3 l 1 2 8 陆秀峰， 刘西拉， 覃维祖 混凝土数字图像自动分析系统r J - 四 川建筑科学研究 ， 2 0 0 7 ( 4 ) ： 6 9 7 3 9 - 1 杨进波 ， 阎培渝 混凝土边界效应层中粗骨料的分布特征 J 建筑材料学报， 2 0 0 9 ， 1 2 ( 5 ) ： 5 8 1 5 8 3 I O - ME R T E N S G， E L S E N J U s e o f C o m p u t e r A s s i s t e d I ma g e A n a l y s i s f o r t he De t e r mi n a t i o n o f the Gr a in S i z e Di s t Ri b u ti on o f S a n d s U s e d i n Mo r t a r s J C e m e n t and C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 6 ， 3 6 ( 8 ) ： 1 4 5 3 1 4 5 9 1 1 李华， 孙伟， 刘加平 X R D R i e t v e l d法用于水泥基材料物相的 定量分析I- J 混凝土， 2 0 1 3 ( 1 ) ： 1 5 1 2 玄东兴， 水中和， 曹蓓蓓 水泥基材料组分热变形差异性研 究 J 武汉理工大学学报， 2 0 0 7 ， 2 9 ( 1 ) ： 3 0 3 2 1 3 何永佳 水泥基固体废弃物的再生资源化研究 D- I 武汉： 武汉 理工大学， 2 0 0 6 作者简介： 联 系地 址 ： 联系电话 ： 李悦( 1 9 7 2一) ， 男， 博士 ， 教授。 北京 市 朝阳 区平 乐园 1 0 0号 北 京工业 大 学西 区 ( 1 0 0 0 2 2 ) 1 33 8 1 3 O 7 4 6 6 陕西咸阳秦都环保分局召开混凝土搅拌行业现场观摩会 1 月 1 6日， 在新的 环境保护法 全面施行后， 为切实加强和规范辖区混凝土搅拌行业环境管理， 不断提升区域环境 质量， 陕西咸阳秦都环保分局组织召开辖区天威商砼、 陕西永洲建筑工程有限公司路桥工程沥青拌合站、 联兴商砼、 天力 商砼 、 建宏商砼等 l 4家混凝土搅拌站法人和环保负责人现场观摩会 。 与会人员实地参观了秦汉新城陕西秦汉恒盛混凝土搅拌站、 秦都区东大洋混凝土搅拌站和天力商砼 3家混凝土搅 拌站 ， 听取 了 3家企业负责人的情况介绍。 在天力商砼会议室 召开 了工作交流 和讲评会 ， 向各企业下发 了咸 阳市环境保 护局秦都分局 关于开展混凝土搅拌站粉尘及扬尘污染专项整治行动的通知 ， 提出了混凝土搅拌站物料堆放、 装卸、 运 输 、 生产落实洒水、 喷雾、 封闭、 除尘等规定和要求， 进一步明确了各企业污染治理清单。 秦都环境监察大队大队长董愿望 对前期检查情况进行了讲评， 环保秦都分局法规管理科科长李政通报了部分混凝土搅拌站存在的地面道路未硬化、 未按 规定处置危 险废物、 车辆冲洗次数不足 、 未建立 台账 、 料场未进行全封 闭、 道路扬尘洒水不到位等 问题 ， 明确 了整改措施 和时限。 环保秦都分局局长马芳林对加强和规范辖区 1 4家混凝土搅拌站提出了要求。 ( 1 ) 要提高认识 。 要求各混凝土搅拌站要以这次现场观摩会精神为抓手 ， 以现场观摩的 3家搅拌站为标准 ， 制定 整改 方案 ， 抓好落实 ， 确保实效。 ( 2 ) 要落实主体责任。 各搅拌站要从大局出发， 认清形势， 立即行动起来， 强化管理， 确保落实到位。 ( 3 ) 要加强规范管理。 在 3月 3 1 前要对检查通报的问题整改到位 ， 积极推动混凝土搅拌站绿色发展、 清洁发展、 科学 发展。 此次混凝土搅拌站现场观摩会由环保秦都分局组织， 1 4家混凝土搅拌站法人和环保负责人、 环境执法人员共 3 8人 参加了现场观摩会 ， 环保秦都分局局长马芳林出席会议， 讲评通报会由环境监察大队大队长董愿望主持。 1 5 0