粗骨料含泥量对混凝土的影响

GONGLUJIAOTONGKEJIYINGYONGJISHUBAN 公路交通科技 应用技术版 作者简介:赵尚传 (1973-),男,山东青岛人,副研究员,从事混凝土材料与结构耐久性研究工作。 1 概述 作为混凝土重要组成部分的粗集料占混凝土体积的 70%以上,其几何特性、物理性能、化学成分对混凝土 早期工作性能、硬化后的力学性能以及耐久性能存在重 要影响。含泥量就是粗集料的一个重要指标。常见的泥 分包括粘土颗粒、淤泥和粉尘颗粒,通常它们的粒径小 于 0.05mm,这些极细材料会包裹在集料 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面,妨碍集 料与水泥石之间的粘结,形成软弱的界面层,而且它们 有时会聚集在一起形成软弱区域,成为混凝土中的薄弱 区;此外从 施工 文明施工目标施工进度表下载283施工进度表下载施工现场晴雨表下载施工日志模板免费下载 的角度考虑,这些微小颗粒大大增加了 比表面积,如果不引进高效减水剂势必造成单方用水量 大大提高,引进高效减水剂混凝土造价会随之提高,而 且即使满足工作性要求,其强度和耐久性也会相应降 低。基于此本文旨在找出含泥量对混凝土工作性、力学 性能及耐久性能的影响程度。 2 试验材料 水泥:济南市世纪创新水泥有限公司生产的 42.5R 级普通硅酸盐水泥。 砂子:泰安产河砂,细度模数为2.9的中砂。 石子:济南长清石料公司生产的 5-10,10- 20,20-30三种规格的单粒级集料。 减水剂:天津生产的萘系高效减水剂。 泥:通过0.15mm筛的粘土。 3 颗粒级配及配合比设计 为了避免试验中因粗集料级配不合理带来的干扰, 选用小料∶中料∶大料=1∶2∶3的比例,配制 5-31.5的连续 级配,级配范围见表1和图1。 表1粗集料级配 图1粗集料级配范围 试验过程中混凝土含泥量、配合比以及混凝土的工 作性见表2。 粗集料含泥量对混凝土力学性能及 抗冻耐久性的影响 赵尚传 1 ,邱 晖 2 ,贡金鑫 2 ,王保存 3 (1.交通部公路科学研究院,北京 100088;2.大连理工大学,辽宁 大连 116024; 3.长清石料有限公司,山东 济南 250300) 摘 要:含泥量是反映粗集料生产技术水平的一个重要指标,对新拌混凝土的工作性以及硬化后混凝土的力学性 能和耐久性能都有影响。试验结果表明,随含泥量的增加,混凝土的工作性明显下降,尤其是当含泥量增加到 5%后,原本塑性的混凝土变成干硬性;抗压、弯拉强度明显降低,含泥量增加到 5%后,强度衰减比较大;抗压 弹性模量变化不大,但弯拉弹性模量下降明显;含泥量超过 5%后,抗渗性能显著降低,掺量较小时对渗水高度 基本无影响;掺泥后对混凝土抗冻性造成不利影响,含泥超过5%后,冻融破坏速度明显加快。 关键词:粗集料;含泥量;混凝土;力学性能;耐久性 中图分类号:U414 文献标识码:B 粒径 级配 通过下列筛孔(mm)的质量百分数/% 2.36 4.75 9.5 16 19 26.5 31.5 37.5 5-31.5 0.4 2.1 17.0 39.1 49.8 74.8 98.4 100 111 GONGLUJIAOTONGKEJIYINGYONGJISHUBAN 表2试验选用设计配合比及工作性情况 注：编号中CA表示单方混凝土水泥用量440kg/m3的情况，CB表示单 方混凝土水泥用量490kg/m3的情况，CC表示单位水泥用量390kg/m3 的情况，后面的数字表示泥掺量占石子的质量百分数。CC系列试验 采用大连SIKA三代VisCocrete减水剂。此外均用天津产萘系高效减 水剂。 4 试验结果及 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 4.1 含泥量对混凝土工作性的影响 表3不同水泥用量和泥掺量下混凝土的工作性 混凝土坍落度试验结果表明,当混凝土粗集料含泥 量达到1%后,混凝土坍落度降低幅度非常大,在 30% 多,对于混凝土的浇注施工非常不利。 4.2 含泥量对混凝土抗压和弯拉强度的影响 含泥量对混凝土抗压和弯拉强度影响的试验结果及 混凝土试件断面破坏情况见表4和图2、~图3。 图中清晰表明:随着泥含量的增加,无论是7天还 是 28天的抗压强度都呈下降趋势,而部分试验结果表 明在 1%的掺量下抗压强度有时还略有增加,但是当含 泥量达到5%后强度出现了明显的降低。 以CA系列为例,相对不掺泥的情况,7天抗压强 表4不同水泥用量和泥掺量下的抗压、弯拉强度 图2混凝土7天和28天抗压强度 图3混凝土的7天和28天弯拉强度 度降低5%,28天抗压强度降低9%,其强度标号由C40 降至 C35;当含泥量继续增加到 10%时,7天抗压强度 降低 9.9%,28天抗压强度降低 15.5%,其强度标号也 随之降至C30。由此可见,集料中泥含量达到一定程度 后对混凝土抗压强度的影响很大,需严格限定。 此外,含泥量的增加对混凝土工作性也带来非常不 利的影响,含泥量增加,流动性大幅降低,给施工带来 不便。当含泥量达到 5%后,如不改变用水量和外加剂 掺量,原本坍落度在60mm左右的流动性很好的塑性混 凝土变成了坍落度不到10mm的干硬性混凝土,流动性 降低的同时,使混凝土拌和物的粘聚性也明显降低,如 要改变混凝土拌和物的工作性就需要增加单方用水量或 者提高外加剂掺量,单一地增加用水量将降低水灰比导 致强度的进一步降低,而通过提高外加剂掺量的方法会 编号 材料用量/kg·m-3 水 水泥 砂 石 泥 外加剂(NF/水泥)/% CA0% CA1% CA5% CA10% CB0% CB1% CB5% CB10% CC0% CC1% CC5% CC10% 180 180 180 180 200 200 200 200 160 160 160 160 440 440 440 440 490 490 490 490 390 390 390 390 577 577 577 577 566 566 566 566 611 611 611 611 1227 1227 1227 1227 1204 1204 1204 1204 1299 1299 1299 1299 0 12.27 61.35 122.7 0 12.04 60.2 120.4 0 12.99 64.95 129.9 1.2 1.2 1.2 1.2 0.8 0.9 1.3 1.8 0.9 0.9 0.9 0.9 编号 粘聚性 保水性 坍落度/mm CA0% CA1% CA5% CA10% CB0% CB1% CB5% CB10% CC0% CC1% CC5% CC10% 一般 良 良 一般 良 良 好 好 良 好 一般 一般 良 良 好 好 良 良 好 好 好 好 好 好 65 42 7 0 51 55 40 32 43 30 1 0 编号 水灰比 7天抗压 /MPa 28天 抗压/MPa 7天弯 拉/MPa 28天弯 拉/MPa 破坏 断面 CA0% CA1% CA5% CA10% CB0% CB1% CB5% CB10% CC0% CC1% CC5% CC10% 0.41 0.41 0.41 0.41 0.41 0.41 0.41 0.41 0.41 0.41 0.41 0.41 42.43 41.13 40.16 38.22 40.18 41.75 37.63 35.72 39.01 41.21 37.67 35.85 48.44 46.13 44.01 40.95 47.47 47.14 44.61 41.89 47.76 45.97 45.63 41.60 5.51 5.61 5.40 4.73 5.45 5.38 5.28 4.89 5.91 5.65 5.14 5.06 6.19 6.56 5.87 5.53 6.24 6.20 6.11 5.80 6.61 6.40 5.95 5.73 界面破坏 界面破坏 界面破坏 界面破坏 界面破坏 界面破坏 界面破坏 界面破坏 水泥石破坏 水泥石破坏 水泥石破坏 水泥石破坏 技术论坛 本栏目由中咨华科(北京)交通建设技术有限公司协办 112 GONGLUJIAOTONGKEJIYINGYONGJISHUBAN 公路交通科技 应用技术版 增加很大的成本。而且,从图中可以看出,即使有了很 好的工作性,也无法弥补随泥含量增加带来的强度损 失,当含泥量达到5%后强度依然降低6%,达到10%后 强度仍降低了11.7%。 所以说要从根本上解决由含泥量引起的强度损失必 须从控制含泥量入手。通过各种手段控制由于含泥量增 加导致的工作性损失,可以方便施工,而不会从根本上 解决产生的质量隐患。 从图中可以看出,随着含泥量增加弯拉强度降低, 但值得注意的是,在CB系列中弯拉强度并没有受含泥 量增加而直接影响,这说明只要使混凝土拌和物有很好 的工作性,弯拉强度就不会受到很大影响;如不改善混 凝土的工作性,随含泥量增加无论 7天还是 28天的弯 拉强度都会明显降低,虽 CA和 CC系列降低的幅度不 是很相同,但有一个共同的规律就是只要含泥量超过 5%,其 28天的弯拉强度降低至少 5%,含泥量超过 10%其弯拉强度将降低10%以上,特别是对于水泥用量 少的CC情况降低更显著。 混凝土任何形式的破坏都是沿着薄弱处展开的。混 凝土是由集料、水泥石和水泥石-集料界面过渡区三相 组成。对于普通混凝土而言,通常水泥石-集料界面过 渡区是最薄弱的环节。改善和增强界面过渡区的强度是 提高混凝土抗压、弯拉强度的关键。混凝土内外影响因 素主要是通过影响水泥石-集料界面过渡区成分和结构 即孔隙和微裂缝的大小和体积等来影响混凝土的抗压、 弯拉强度,这点对弯拉强度尤为显著,通常这个薄弱的 界面过渡区对抗压强度的影响在15%左右,而对弯拉强 度的影响达到了 40%[1]。在水泥石-集料界面过渡区, 水泥浮浆的实际水灰比往往大于水泥石本体中的水灰 比,沉实后水泥浆体密实度也很小,这样形成的界面过 渡区的水泥石是多孔低密度的,这样就使荷载作用下参 与受力的实际面积减小,造成其抵抗外界荷载的能力变 弱。在混凝土受外界拉力时,水泥石—集料界面过渡区 的孔隙在相当低的作用下迅速开展,直接影响抗弯拉强 度。相对于弯拉强度,抗压强度要好一些。界面过渡区 破坏后,水泥石和骨料仍然全部参与承荷。其他影响因 素基本上也是通过影响混凝土内局部水灰比来影响混凝 土弯拉强度的[2]。含泥量对混凝土弯拉强度的影响也是 通过影响混凝土内局部水灰比实现的,因为掺入的是粘 土颗粒,在搅拌时吸收了大量的水形成了絮状物,这些 絮状物包裹在粗集料周围(因为是采用后掺粘土颗粒, 在搅拌时仍有很多分散到砂浆中),阻碍了粗骨料与水 泥石之间的粘结,形成软弱的界面层,絮状物的介入使 水泥石-集料界面过渡区的水灰比进一步降低,此外粘 土颗粒具有体积不稳定性,干燥时收缩,潮湿时膨胀, 这对混凝土也有很大的破坏作用。此外,随泥含量的增 加,混凝土流动性变差,骨料颗粒周围出现了更多的空 隙,这更大大降低了有效承荷面积,使混凝土弯拉强度 降低,这也是 CA和 CC系列随含泥量提高弯拉强度降 低较CB系列迅速的直接原因。 试验中选用水灰比0.41,从表中数据可以看出,随 着泥含量的增加,无论是上调水泥用量还是下调水泥用 量,无论是否改善混凝土拌和物的和易性(CB系列通过 不同的减水剂掺量来改善混凝土的和易性,使混凝土拌 和物的坍落度达到 30~50),混凝土的抗压强度和弯拉 强度都是明显降低的,特别是泥含量超过 5%后,降低 的尤为明显。 4.3 含泥量对混凝土抗压弹模和弯拉弹模的影响 弹性模量是混凝土重要的力学性能,它反映了混凝 土所受应力与所产生应变之间的关系,是计算钢筋混凝 土结构变形、裂缝开展和大体积混凝土的温度应变所必 需的参数之一[3]。 影响弹模的有内因和外因,内因主要是原材料和配 合比,外因主要是环境温度与湿度、加荷龄期、持荷时 间、应力大小及结构尺寸。为了得出含泥量对混凝土压 弹模和弯拉弹模的影响,试验中保持其余参数不变,只 有含泥量一个变量。不同含泥量对混凝土抗压弹模和弯 拉弹模的影响的试验结果见图4。 图4不同泥掺量下的抗压弯拉弹性模量 从试验结果中看出,随泥掺量的增加,抗压弹性模 量基本无变化,而弯拉弹性模量是呈明显降低的趋势 的。从试验结果中我们看出,不掺泥的情况下具有基本 相同的抗压弹性模量和弯拉弹性模量,验证了认为抗压 弹性模量与弯拉弹性模量之间基本相同的观点。CC系 列具有比 CA系列更高的弹性模量,这是因为 CC系列 粗细集料所占混凝土中材料比例提高,水泥石所占比例 相对降低,因此其弹性模量整体提升。 4.4 含泥量对混凝土抗渗性的影响 113 GONGLUJIAOTONGKEJIYINGYONGJISHUBAN 在抗渗性试验中,由于石灰岩集料质地坚硬、密 实,可以认为是不透水的,水在混凝土中的渗透性是由 浆体的性质、浆体中存在的裂缝以及浆体和集料的界面 所控制。在这几个因素中,浆体与集料的界面影响最 大。浆体中的自然孔隙会由于界面区域的孔隙、裂纹等 得到扩展。此外,水化程度的变化及其各组成溶解度的 变化会影响到孔结构,进而会影响到渗透性[4]。含泥量 对混凝土抗渗性影响的试验结果如下见表5。 表5不同泥掺量下的渗水高度和相对渗透系数 注：为了使试验结果更有规律性看起来更直观，试验中统一采用渗水 压力2.0MPa。 试验结果表明,含泥量对混凝土抗渗性能没有显著 影响,只是当含泥量达到了10%时以后,渗水高度才大 幅提高,抗渗性降低;以CA系列为基准,降低和提高 单方水泥用量对混凝土抗渗性影响也不大。 4.5含泥量对混凝土抗冻性的影响 混凝土的抗冻性是指混凝土在水饱和状态下经受多 次冻融循环作用,能保持强度和外观完整性的能力。混 凝土中水泥石和骨料颗粒都是多孔结构,当温度降至冰 点以下时水泥石毛细孔中的水和骨料孔隙中的水就会冻 结膨胀,这种冻融循环有积累作用,当混凝土的膨胀压 力超过其抗拉强度后,就会出现冻融循环破坏。冻融破 坏的过程是从表面剥落开始,破坏从表面逐渐向内部发 展,每一次循环后都会使水分移向可冻结的区域,这些 区域包含细小的裂缝,由于结冰裂缝会在膨胀压力下继 续扩大,并导致最终破坏[4]。不同含泥量混凝土抗冻性 试验结果见图5。 从试验结果可以看出,随着含泥量的增加,动弹性 模量损失越来越快,而后逐渐趋于稳定。不掺泥和掺泥 1%的情况下,试块都是经过 100次冻融循环破坏,而 掺泥5%和 10%的情况只经过 75次循环就完全破坏了, 这充分说明随含泥量增加,混凝土的抗冻耐久性变差。 试验过程中出现质量损失率负增长的情况,因为从试件 图5不同泥掺量下的冻融结果 取出擦拭干净后到试验测试之前表面都盖有湿布而非风 干,微裂缝中的水分无法散失,所以笔者认为是冻融后 试件表面和内部形成大量的微裂缝、水分通过微裂缝进 入试件中引起试件质量的微小增加所至。虽然在冻融作 用下,试件表面局部脱落,但质量较小或相对这些微裂 缝中增加的水分较小,导致了试件质量出现回升。 泥掺量的增加影响混凝土的抗冻性,在很大程度上 是因为首先混凝土的工作性变的很差,硬化后的混凝土 自身存在很多缺陷,水泥石和界面过渡区中的孔隙较同 配合比下具有良好工作性的混凝土要多,这为冻融过程 中孔隙水扩散提供了便利,再者随泥掺量的增加混凝土 的强度降低,抵抗膨胀压力的能力也会随之降低,使微 裂缝发展的周期缩短。 5 结语 (1) 当混凝土粗集料含泥量为 1%时,混凝土坍落 度降低30%以上,对混凝土正常施工会产生影响;而当 超过 5%时,混凝土拌和物变得非常干涩,试件几乎无 法正常成型。 (2) 随着混凝土粗集料含泥量提高,抗压和弯拉强 度都明显降低,在含泥量为1%时,强度有小幅度降低, 个别试验结果甚至增大,而当含泥量超过5%降幅明显。 (3) 随混凝土粗集料含泥量提高,压弹模变化不 大,折弹模显著降低。 (4) 混凝土粗集料含泥量在 1%时,对混凝土抗渗 性基本无影响,当含泥量为 10%时,抗渗性能显著降 低。 (5) 当混凝土粗集料含泥量在 1%时,抗冻性能略 有降低,而含泥量超过 5%以后,混凝土抗冻性能降低 明显。 (6) 混凝土粗集料含泥量对混凝土拌和物工作性以 及混凝土强度、混凝土抗冻性能均产生不利影响。本次 试验采用水洗的河砂,可以认为不含泥。而在实际工程 中,河砂通常含有部分粘土。因此,根据上述试验结 果,混凝土粗集料含泥量应控制在 1%以内,对于重要 编号 渗水高度/mm 相对渗透系数 CA0% CA1% CA5% CA10% CB0% CB1% CB5% CB10% CC0% CC1% CC5% CC10% 45 46 47 65 27 26 30 52 27 29 28 34 1.24E-06 1.30E-06 1.35E-06 2.59E-06 4.47E-07 4.14E-07 5.51E-07 1.66E-06 4.47E-07 5.15E-07 4.80E-07 7.083E-07 技术论坛 本栏目由中咨华科(北京)交通建设技术有限公司协办 114 GONGLUJIAOTONGKEJIYINGYONGJISHUBAN 公路交通科技 应用技术版 6 结语 通过对 AK-13A沥青混合料掺矿质纤维的对比试 验,并对其试验结果分析、归纳,可以得出以下结论: (1) 添加矿质纤维能显著提高沥青混合料的高温抗 车辙性能。由于纤维吸附及稳定沥青,使沥青的粘稠度 和粘聚力增大,同时由于纤维纵横交错的加筋作用,使 沥青混合料的整体性、抗剪性增强,从而提高沥青混合 料的动稳定度。 (2) 添加矿质纤维能提高沥青混合料的低温性能。 由于纤维的加入有效提高了混合料低温时的柔韧性,从 而提高其低温性能,减少温缩裂缝和疲劳裂缝。 (3) 添加纤维能提高沥青混合料的水稳定性。因为 纤维增大比表面积,而且可以吸附部分沥青,从而增大 了沥青用量,提高了沥青的饱和度,并使粘附在矿料上 的结构沥青膜变厚,从而降低了水对沥青胶浆的侵蚀破 坏的程度,增强了沥青混合料的水稳定性。 (4) 与木质纤维相比,矿质纤维与集料属于同一种 材料(矿质纤维主要是玄武岩),耐老化,可有效防止纤 维被高温石料“灼伤”,还有利于沥青混合料的再生利 用。 (5) 掺矿质纤维的沥青用量比不掺矿质纤维的沥青 用量多0.2%,但在碾压完成后出现局部轻微泛油现象, 外观判定吸油效果不明显。 参考文献: [1] 余叔藩，漆光荣.AK213抗滑表层的技术改进 [J].公路，2003(9): 130-136. [2] 候云生，杨福祺.AK-13(A)型沥青混凝土抗滑面层应用研究[J].黑 龙江交通科技，2002，102(8):31-33. [3] 侯芸，郭忠印，吴思刚，张艳.AK-13类抗滑表层性能的试验与分 析[J].华东公路，2001，132(5):47-49. [4] 肖常青.改性沥青混合料抗滑表层AK-13的碾压控制[J].长沙理 工大学学报(自然科学版)，2005(2):13-17. [5] 崔志涛，林苗.SBS改性沥青在AK213B抗滑表层中的应用[J].公 路，2005(8):264-267. 工程,更需要严格控制。 参考文献: [1] 冯乃谦.高性能混凝土[M].北京：中国建筑工业出版社，1996. [2] 潘万宝.水泥混凝土路面弯拉强度机理研究[J].滁州职业技术学院 学报.2005(4). [3] 刘数华，方坤河.混凝土抗压弹性模量研究[J].大坝与安全.2004，6 (网刊). [4] 汪澜，编著.水泥混凝土组成性能应用[M].北京：中国建材工业出 版社，2005. !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! (上接第110页) 115