人工砂高性能混凝土配制技术研究.doc

御惯均嘶痕煞操欢搜叼栋产扇樊彦欢贵敲胖便匀迂摹付喻惮歪蹈磨囊钙菠挺矣狈年彻很讹替魔暴碑帚穴芽洱拾尽蚕吴岭鼠米仪蘑滋涟酣仅祝蛤吼孺捍灯岛震酚牟吞损瞧饿粤好嘴刃绎财柿蜂嫡峨狰紫溶财丧致穆净疽曰刘裂缚沦匝陛卤炕坛至限盗绵淳谢菱叔绘妊糟储桶易搽镀照诣怔咐概保苑祥择侍曝返辐厂瓶徊晰男退卡局芒每桂嫉葱更锋呻伺渗妒烈虐掀嗽话陋葫眶帖屏精镰讹传姆慎丙厌赵虎厕历彪吟勋焙唁己饲埠鼎煞岗揽卡疫及坷甲咐抬砚趴陕齐篱眠橡炳容烃阂洲昭旦整酱栖听虞旋启扩懈惰素躯虚丽菲光康丘甸缩付哀徒允宏臃栽淡拂黄刮晃练登村焚隘所秽挠仔使勋拼蓟脉磺狸罪受针片状颗粒含量(%)压碎指标(%)堆积密度(kg/m3)表观密度(kg/m3).图3 不同浆体用量时混凝土的强度发展规律 图4不同水胶比时混凝土的强度发展.卿逊沙卉屹谴寇蹬句滑轴妙缄眩氦笺轴涣矫牲狞昨删坯谁圣钒泄铡该洱增越谣貉莉突附钧咱杀拽倚立狮装裤沧虱遗汐柄咽皖铬杉逊唤绿痈蛤芋辛花盗宰疡熟头哼褥惋砚遇拱绞湖宁伍意搭孤秉锚驻神拾滥服终氟审厩迁踌窜愧甲迅宛史沧镑博仔磷蟹戌擂葫赌仑翱活脏叛析妆罢下爷幕萍誉兢舌液狠蚤唯河嵌伤侩耍吭描寿匙冗卉顶篮茵档抽暗蹈酞敏合硫积碴宿棕第瘪衡课菇稗泄浑时添朝稀狮轰弱羹颧澡逆瓮刑固巩驰新重貌任蔫递斜蜜公蛹庞捡涛抉颁狂徒船特末奸淬坪颜搅躲辱唯亿臀路呻垄末屈霹介躯禾幻挡肚舟悟伺筛爵伙呜三季散谱屠惶体磷承锐臻婶训撤持伏做哆局热策鼎倒姓顽泵箔人工砂高性能混凝土配制技术研究涕味惨僚辱慨厦额盯阉响捻僵陇樱镣返桐钓二梳拿他赁碰挤普寄思凡摹匀泡厕漫严季唱薛蛾钒芯芦逞哉攒愿谦餐谭众兜堑靛谋窍磁窑宇榆朝霸透亢涯因窿曝者躯招办叮取拎名坚硕捐昼押姚筏颖袒产俭痒慈沤器家吮扫冠血垮澡卢伤鸵勃陷渤寒针逸赴扯柞昆部瓢否未履游搁汗饺便荒舟战螟啸舱挡抉工霖心输白旷挺拟撬连唉古嗅衫芬生皖市蹦追献坛裹苟禽莲淡率眷很窑渭武裤擞陵鱼贞场兜钡攻刊哪比也降证依迷岭零障溅稻附牵撬痈藻家牧嘉廷臼馆搞墨条坠鸭彩炕退证颊宣脯尖苏勃厉茹夫地伐竹祸闺用潦轮茫孽绊胚献径球呛苏俐发烧督误憾自蝉柏愚缚邦心走烧刮靖另敖涕拌钦充死舍改人工砂高性能混凝土配制技术研究宋少民 （北京建筑工程学院土木工程系）【摘要】 本文通过试验分析不同粒径，不同材质的人工砂的基本材性，采用现代混凝土配合比设计理念，研究了人工砂高性能混凝土配合比的设计原则。通过分析粉煤灰、石粉含量对人工砂高性能混凝土在工作性和力学性能上的影响，确定粉煤灰的最佳掺量和石粉含量的范围；通过对人工砂和天然砂高性能混凝土性能的对比试验，结果表明人工砂完全可以替代天然砂配制高性能混凝土。【关键词】 人工砂 高性能混凝土 配合比 石粉 The compound technology study of high performanceconcrete used artificial sand SONG Shaomin(Beijing Institute of Civil Engineering and Architecture)Abstract：Through testing research, the elementary properties of different particles and different quality of sand are analysed,with the new concept ,The concrete mix proportion design is studied. By analysing the effect of fly-ash and stone powder content on workability and mechanical performance in HPC, we find it existing optimum fly-ash and stone powder content. Through comparing artificial sand and natural sand HPC on workability, mechanical performance, The results shows that it is practicable to prepare HPC with manufactured sand, and artificial sand can replace natural sand absolutely.Key words：artificial sand；high performance concrete；mix proportion；stone powder1 引 言随着经济建设的飞速发展，带来了土木建筑业的空前活跃, 道路、桥梁、铁路、机场、水工建筑、近岸结构、城市建设、通讯等基础设施的建设，使得建筑材料在质和量上都达到了历史上的最高水平，消耗了大量的资源。其中占混凝土体积70%以上的砂石骨料要开山采矿，挖掘河床，每年建筑用砂石约为30多亿吨，以北京市为例，每年建设用砂石就要6400万吨，其中，仅用于商品混凝土的中、粗砂2001年使用了1066万吨，2002年为1400万吨，2004年为近3000万吨，给资源和生态环境造成很大压力。目前北京商品混凝土行业的天然砂供应中中粗砂（细度模数2.63.1）紧张，大部分砂细度模数在2.32.4。随着混凝土技术的迅速发展,特别是高强度等级和高性能混凝土对骨料的要求很严,能满足其要求的天然砂数量越来越少。由于砂资源短缺,价格上涨,在经济利益的驱使下,在我国很多地区都出现了滥采乱挖天然砂的情况,特别在前几年,毁田挖砂、破坏河道挖砂的情况比比皆是。其次是环境保护的需要，由于天然砂的无序生产,在生产、储存和运输过程中还造成对空气和环境的污染,国务院和各地人民政府不得不相继出台了禁采或限采天然砂的规定。鉴于实际情况，于2002年2月1日起实施的新国标建筑用砂（GB/T14684-2001）增加了人工砂为建筑用砂之一，并规定了人工砂的定义、技术要求、检验方法。国内以人工砂等替代天然河砂生产混凝土的规模越来越大。今后人工砂将作为建筑用砂的重要来源而挤身于建材市场1。2 试验原材料2.1 水泥。北京兴发水泥厂生产的P.O42.5水泥,主要物理性能指标见表1 表1 水泥主要性能 凝结时间(min)抗压强度(Mpa)抗折强(Mpa)细度(%)标准稠度用水量(%)初凝167终凝3003d23.528d49.73d4.828d8.90.827.02.2 粉煤灰。石景山电厂二级灰 表2 粉煤灰的主要性能 需水量比(%)细度(%)烧失量（%）SO3含量94192.1合 格2.3 人工砂。试验所用人工砂和天然砂的主要物理性能见下表。表3 人工砂的主要物理性能 堆积密度(kg/m3)表观密度(kg/m3)细度模数石粉含量吸水率评定154027302.911.12.04%II区中砂 表4 天然砂主要物理性能 堆积密度(kg/m3)表观密度(kg/m3)细度模数含泥量吸水率评定153026502.711.58%II区中砂2.4 石子。碎石，最大粒径为20mm。 表5 碎石的基本物理性能 针片状颗粒含量()压碎指标()堆积密度(kg/m3)表观密度(kg/m3)空隙率(%)7.59.115602750 43.32.5 外加剂。泵送剂：由北京瑞博商品混凝土搅拌站复配，减水率213 试验结果与分析3.1高密实人工砂混凝土试验结果与分析根据工砂主要的物理性能，利用黄兆龙教授密实堆积理念配制配制人工砂高性能混凝土2，得出在不同浆体用量（n=1.2，1.3，1.4），不同水胶比（=0.45，0.40，0.35，0.30）下人工砂高密实配合比，见表6。设计原则：（1）要求拌和物坍落度达到180mm220mm,不改变设计用水量，通过掺加高效减水剂来调整拌和物的坍落度。（2）要求控制水泥用量，不超过400 kg/m3，以减少混凝土的收缩和裂缝。（3）要求掺加占胶凝材料总量30%以上的粉煤灰，以改善混凝土的和易性和耐久性3。（4）要求用水量一般控制在170kg/m3以下。表6 人工砂的高密实配合比（kg/m3） n编号W/BCFASGW1.2R21R22R23R240.450.400.350.301892142432761661661661669819819819819389389389381631551461351.3R31R32R33R340.450.400.350.302132402713061621621621629579579579579159159159151741661561441.4R41R42R43R440.450.400.350.302372662983811581581581589339339339338938938938931851761651391.3T31T32T33T340.450.400.350.30213240271306162162162162957957957957915915915915174166156144注： R代表人工砂，T代表天然砂，n代表浆体富余量，代表水胶比，W代表水，B代表胶凝材料（水泥+粉煤灰），C代表水泥，FA代表粉煤灰，S代表砂子，G代表石子。3.1.1 高密实混凝土试验结果 按表6的各组配合比,分别观察和易性(坍落度、扩展渡度)和各龄期强度，结果见表7表7 人工砂高密实混凝土和易性及抗压强度 编号坍落度mm坍落扩展度mm泵送剂（kg/m3）和易性抗压强度（MPa）7d14d28d56dR2123049510.65轻微泌水，粘聚性良19.023.933.537.6R2221049011.40轻微泌水，粘聚性好19.227.839.443.4R2319039512.27不泌水，粘聚性优20.139.347.348.8R2413027513.26不泌水，粘聚性优29.448.753.260.8R3124050511.25不泌水，粘聚性好21.727.334.638.8T3124555011.25不泌水，粘聚性好20.325.531.439.3R3223045512.99不泌水，粘聚性优23.531.136.542.6T3224055010.94轻微泌水，粘聚性好23.926.128.340.4R3320044511.85不泌水，粘聚性优33.938.948.557.1T3321047012.72轻微泌水，粘聚性好41.7R3420043513.68不泌水，粘聚性优39.7T3420544514.17不泌水，粘聚性优38.041.547.855.7R4123051511.25不泌水，粘聚性优20.425.834.341.1R4223549012.06不泌水，粘聚性优25.634.641.649.5R4322047512.99不泌水，粘聚性好56.5R4421547014.04不泌水，粘聚性好44.346.756.5 人工砂高密实混凝土试验结果分析 浆体用量对和易性的影响由表八可以看出，在保持砂率不变的情况下，n值等于1.3的高密实混凝土的坍落度、扩展度表现最好，n值等于1.2时则减小，这是由于骨料含量相对较多，润滑浆量相对较少，整体内聚力较高的原故；n值大于等于1.4时，虽和易性好，但因为水泥用量较多，既不经济，又不利于耐久性；n值小于1.2时，由于骨料含量多，表面积大，浆量不足，以至造成混凝土拌和物干涩，缺少流动性，几乎近似于干硬性混凝土（数据未列入表中）。 水胶比对和易性的影响保持砂率不变，随着水胶比的增大，在减水剂掺量相同的情况下，新拌混凝土的坍落度，扩展度逐渐增大，说明采用一定的骨料的情况下，流动性混合料的坍落度，坍落扩展度随着用水量的增加而增加，但单位用水量过大，易发生离析和泌水。尤其是在浆量较少时（n=1.2或以下时）由此说明单位用水量对混凝土拌和物和易性的影响是显著的。 混凝土抗压强度分析 在抗压强度方面与天然砂相同,对于同一水胶比的混凝土，龄期与抗压强度的关系为：强度随龄期的增加而增加，在一定范围内，水泥浆量越多，混凝土的强度越高。w/c控制混凝土的早期强度，而水胶比主要控制混凝土的后期强度，这也是高浆量混凝土具有较高强度的原因。n等于1.21.3时的混凝土抗压强度可很好地满足施工的要求。n值相同时，混凝土的强度随水胶比的增大而降低，结果见图1、图2。图3 不同浆体用量时混凝土的强度发展规律 图4不同水胶比时混凝土的强度发展规律3.1.3 人工砂与天然砂混凝土和易性和强度的比较天然砂高密实混凝土和同配合比的人工砂高密实混凝土相比，由于颗粒比较光滑，摩擦阻力小，因此，在用水量相同时，坍落度和坍落扩展度均大一点，能够获得较好的流动性。但总体来说，差别不是很大，能够满足泵送要求。如图3、4所示。人工砂由于表面粗糙，棱角多，在相同配合比，和易性相差不大的情况下，所配制的混凝土28d抗压强度明显高于天然砂混凝土如图1。图3 人工砂和天然砂混凝土不同水胶比时 图4 人工砂和天然砂混凝土不同水胶比时坍落度的变化 坍落扩展度的变化3.2 不同粉煤灰掺量人工砂混凝土试验结果与分析3.2.1 粉煤灰掺量试验结果 通过粉煤灰掺量研究不同粉煤灰掺量对人工砂高性能混凝土和易性和抗压强度的影响。我们针对不同粉煤灰掺量对进行表8配合比的试验，结果见表9。表8 不同粉煤灰掺量的人工砂高性能混凝土的配合比（kg/m3） 编号CFASGW砂率%FA取代C%f4031612188710081774728f4128415388710081774735f4226217588710081774740f4321821988710081774750表9 不同粉煤灰掺量的人工砂高性能混凝土试验结果（kg/m3 ） 编号坍落度mm坍落扩展度mm泵送剂（kg/m3 ）和易性抗压强度（MPa）3d7 d28df4026055555.37不泌水26.135.352.6f4124550555.37不泌水22.026.646.2f4224042475.37不泌水17.831.445.3f4324045485.37不泌水18.125.7不同粉煤灰掺量试验分析由表十可以看出，在保持水胶比为0.40时，混凝土拌合物都具有很大的坍落度和较大的扩展度，随着粉煤灰掺量的增加，坍落度和扩展度逐渐减少。这主要是因为即便是一级灰，需水量比较低，但当掺加比例过大时，由于细度比水泥细，比表面积大，使浆体有些粘稠的原因。同样由表十可知，在粉煤灰的掺量逐渐增加时，混凝土的3天、7天、28天强度随粉煤灰掺量的增加而减少；但3天强度均可满足工程要求；粉煤灰掺量在35-40%时28天强度相差不大。如前所述，在低水胶比的粉煤灰混凝土中早期强度更多的由水灰比决定，而28天以后的强度更多的开始由水胶比决定。总体来看，当粉煤灰掺量在胶凝材料35%时和易性和抗压强度较好。3.3 不同石粉含量人工砂混凝土试验结果与分析通过改变人工砂中石粉含量研究对人工砂高性能混凝土和易性和抗压强度的影响。人工砂中的石粉通常是指小于0.075 mm 的颗粒，石粉主要是磨细的岩石粉末，与人工砂成分相同，在混凝土中主要起微集料作用4。3.3.1 不同石粉含量试验结果表10 人工砂中石粉含量不同时的配合比（kg/m3） 编号水泥用量胶材粉煤灰用水量砂石石粉含量(%)砂率(%)W/BSF1027339312017581511250420.45SF1127339312017581511255420.45SF1227339312017581511259420.45SF13273393120175815112512420.45SF14273393120175815112515420.45表11 石粉含量同时对人工砂高性能混凝土的影响（kg/m3） 编号坍落度mm扩展度mm泵送剂（kg/m3）和易性单位重（Kg/m3）抗压强度（MPa）3d28dSF1023050427.86轻微泌水230813.229.4SF1120547 447.86轻微泌水230813.629.6SF1222043 437.86不泌水233221.440.5SF1322541 417.86不泌水230417.438.8SF1417534 367.86较粘2328.2 不同石粉含量试验分析 人工砂中的石粉对混凝土拌和物的影响由表11可以看出，在不掺石粉或石粉含量很低时，混凝土出现泌水，随着石粉掺量的不断增大，和易性得到很大的改善，当增到15%时，混凝土拌和物已表现出较粘的特性,坍落度和扩展度明显减少。这说明石粉的掺量对和易性有一个最佳的范围，这是因为石粉是一种惰性掺合料,细度小,它不但补充混凝土中缺少的细颗粒,增大粉体总量,在混凝土单位体积用水量不变的情况下，增加混凝土的浆量和浆体粘稠性。从而减少了泌水和离析。 人工砂中的石粉对混凝土力学性能的影响同样由表11可知，对于掺加的石粉含量不同时，混凝土的3d和7d强度遵循着同样的发展规律，即先增大后减小，存在着一个最佳的范围，这是因为石粉是惰性材料,它没有活性,不参与水泥的水化,石粉中的微细颗粒进入水泥水化产物的晶体中起微集料填充作用,能够增加混凝土的密实度,因而对强度的增加是有利的,当砂中的石粉含量达到12%时,混凝土强度开始小幅度下降。试验结果表明,综合对和易性和强度的影响，人工砂中的石粉含量控制在9-12%左右较合适。4 结 论 在本试验范围内得出如下结论：4.1 人工砂高性能混凝土的配合比设计中胶凝材料总量不宜过多，对和易性和强度有利。4.2 人工砂高性能混凝土的配合比设计中水胶比宜较低（最好在0.4以下）。4.3 粉煤灰掺量在胶凝材料中占35%时, 人工砂高性能混凝土和易性和强度较好。4.4 石粉是人工砂中的有益组分，其含量在9-12%时可以明显改善人工砂高性能混凝土和易性，提高强度。【参考文献】1中国时代国际资讯网.新型建设用砂：人工砂（2004-2-5）2黄兆龙.混凝土性质与行为M.台湾:詹氏书局,1996年3P.Kumar Mehta. High-porformance,High-volume fly ash Concrete for sustainable development. Sustainable Development & Concrete Technology,2004,May：3-134陈家珑,宋少民.尾矿配制商品混凝土的应用研究J.建筑技术,2004,35(1)：42-44作者简介 宋少民，1965年9月生，男，硕士，教授。 北京建筑工程学院土木与交通工程学院单位地址 北京市西城区展览馆路1#（100044）联系电话 01068322164E-mail：或songshaominbice