關(guān)于機(jī)制砂中石粉作用的研究.pptx

前言由中交四航局承建的云桂鐵路云南段三標(biāo)段(DK407+070DK473+300)全長(zhǎng)64.571km，位于云南省廣南縣境內(nèi)，線路經(jīng)過蓮城、舊莫、珠琳三個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。鐵路設(shè)計(jì)等級(jí)為雙線級(jí)，路段旅客列車最高行車速度200km/h預(yù)留250km/h，標(biāo)段內(nèi)共有50個(gè)區(qū)間路基段，全長(zhǎng)15.228公里；橋梁26座，全長(zhǎng)10.93公里；隧道22座，全長(zhǎng)38.413公里；預(yù)制箱梁249榀?；炷猎O(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C20C50，結(jié)構(gòu)實(shí)體用混凝土均為高性能混凝土，局部路基加固處理采用強(qiáng)度大于15MPa的CFG樁。本,標(biāo)段處于滇桂交界地帶，線路行走于云貴高原與廣西盆地間的斜坡地帶，即兩大地貌單元的過渡區(qū)，沿線地形起伏劇烈，屬典型的山嶺重丘區(qū)，交通運(yùn)輸極不發(fā)達(dá)，沿線河砂嚴(yán)重匱乏。該地區(qū)巖石以質(zhì)地堅(jiān)硬的石灰?guī)r為主，考慮到工程任務(wù)中隧道所占比例較大，可充分利用隧道開挖后的石渣，為便于施工管理，降低成本，除預(yù)制梁外均采用機(jī)制砂拌制混凝土。自2010年5月進(jìn)場(chǎng)后，對(duì)當(dāng)?shù)夭捎檬規(guī)r生產(chǎn)的機(jī)制砂進(jìn)行檢測(cè)，石粉含量普遍較高，細(xì)度模數(shù)較大，具體檢測(cè)結(jié)果見表1。表1 廣南縣部分石場(chǎng)機(jī)制砂抽樣檢測(cè)結(jié)果注:細(xì)度模數(shù)測(cè)試參見JGJ52,-2006表3.1.2-21 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法1.1試驗(yàn)材料試驗(yàn)用原材料與實(shí)際工程混凝土一致，水泥為云南興建水泥公司生產(chǎn)的興建牌P.O42.5水泥，其物理性能見表2。表2興建P.O42.5型水泥物理性能機(jī)制砂采用表1中2號(hào)石場(chǎng)生產(chǎn)的細(xì)度模數(shù)為3.2，石粉含量12.6%的粗砂。對(duì)于機(jī)制砂進(jìn)行試驗(yàn)室處理，試驗(yàn)成型時(shí)僅使用其中的石粉，具體方法為：機(jī)制砂烘干后直接采用行標(biāo)篩，在振篩機(jī)上定時(shí)篩分5min，套篩依次為10.0mm（圓孔），5.00mm（圓孔），2.50mm（圓孔），1.25mm（方孔），0,.63mm（方孔），0.315mm（方孔），0.160mm（方孔），0.080mm（方孔），將通過0.080mm方孔篩的石粉收集密封保存后備用，干篩石粉制樣完成。采用上述行標(biāo)套篩和同一石場(chǎng)相同的機(jī)制砂，制取水洗后石粉。先將機(jī)制砂浸泡6h后，在套篩上使用大量水沖洗，收集所有通過0.080mm方孔篩的石粉料漿，沉淀6小時(shí)后去除上層清水，然后烘干至恒重。采用木棍在托盤內(nèi)將烘干后結(jié)塊的石粉碾碎，過0.080mm方孔篩，并對(duì)未能通過的石粉團(tuán)塊重復(fù)用木棍碾碎，過篩，直至全部通過。收集上述通過0.080mm方,孔篩的粉料，再次過篩混勻，密封保存后備用，水洗石粉制樣完成。1.2試驗(yàn)方法依照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17671-1999水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）在實(shí)驗(yàn)室配制砂漿，砂采用ISO標(biāo)準(zhǔn)砂。對(duì)于機(jī)制砂中的石粉通過干篩和水洗兩種方式提取，烘干打散后將這部分未經(jīng)粉磨而粒徑小于0.08mm的石粉視為混合材，按照5%，10%，13%，17%，23%的比例加入到水泥中成型試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)3天后測(cè)試其抗折和抗壓強(qiáng)度。2 試驗(yàn)結(jié)果及分析2.1摻入石粉后物理力學(xué)性能的變化小于0.08mm的石粉，雖然沒有經(jīng)過粉磨，但,具有礦物摻合料的一般特性。例如，細(xì)度與水泥相近，作為一種非活性材料即使沒有參與水泥水化，同時(shí)也不考慮存在二次水化和改善界面，但由于這些石粉微粒本身都具有較高的強(qiáng)度，其在水泥石中可起到骨架作用，不同比例的石粉摻入后，并未大幅度降低早期強(qiáng)度。對(duì)于石粉的摻入，早期主要體現(xiàn)出微集料效應(yīng)，通過干篩和水洗兩種不同方法制備的石粉對(duì)力學(xué)性能的影響見圖1和圖2。干篩后獲得的石粉似乎體現(xiàn)出更高一點(diǎn)的“活性”，推測(cè)與水洗后石粉新生成的表面由于吸附等原因?qū)е卤砻婺芟陆涤嘘P(guān)。圖1機(jī)制砂石粉含量膠砂抗折強(qiáng)度(3d)的影響圖,2機(jī)制砂石粉含量膠砂抗壓強(qiáng)度(3d)的影響2.2石粉作為礦物外加劑的摻入形式如果將石粉視為水泥以外的礦物外加劑，計(jì)入膠凝材料總量，其摻入形式可能為等量取代、等強(qiáng)取代和超量取代。1.等量取代即膠凝材料摻量不變，用石粉取代部分水泥。2.等強(qiáng)取代即取代后膠凝材料總量由強(qiáng)度決定。3.超量取代即膠凝材料的總量增加，但純水泥的用量可以減少。礦物摻合料摻量通常大于配合比中膠凝材料總量的5%，能改變或影響新拌混凝土和硬化混凝土性能，在配制混凝土?xí)r加入較大量的礦物摻合料，可降低溫升，改善工作性能。對(duì)于,石粉，屬于非活性材料，采用等量取代意味著存在強(qiáng)度較單純采用水泥低的風(fēng)險(xiǎn)。2.3混合材與摻合料通常水泥熟料中CaO含量為6267%，加入石膏粉磨后，如果再加入其它礦物外加劑，此時(shí)稱作在水泥中參加混合材。同樣的礦物外加劑，在攪拌站或工地施工現(xiàn)場(chǎng)加入時(shí)，稱為摻合料。石灰石粉作為混合材在我國是允許的，摻入量的限制見表3，但作為摻合料較為罕見。表3 國標(biāo)水泥中石灰石允許摻量水泥中加入石粉，即使未明顯影響比表面積，強(qiáng)度等指標(biāo)，但也會(huì)伴隨著燒失量增高、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量變化等其它副作用。在未摻入石灰石粉的P.,水泥中，加入8%的石灰石粉后，如果燒失量能夠滿足要求，仍是合格的P.O水泥。2.4石粉含量對(duì)現(xiàn)場(chǎng)混凝土施工的影響通過大量試驗(yàn)筆者發(fā)現(xiàn)，膠砂早期強(qiáng)度對(duì)石粉含量較敏感，機(jī)制砂石粉含量對(duì)于28d膠砂強(qiáng)度影響微乎其微?，F(xiàn)場(chǎng)混凝土施工過程中，機(jī)制砂石粉含量對(duì)混凝土的工作性能影響顯著，硬化后混凝土性能單從鐵路上規(guī)定的56d強(qiáng)度方面看未見明顯差異?；炷两?jīng)過充分?jǐn)嚢韬螅捎檬酆坎煌臋C(jī)制砂拌制的混凝土均不會(huì)出現(xiàn)硬化混凝土石粉在界面富集程度不同的現(xiàn)象。機(jī)制砂中未經(jīng)粉磨的石粉對(duì)混凝土工作性能的影響同其它摻合,料基本一致，也存在對(duì)外加劑的飽和點(diǎn)與水泥不一致的情況。機(jī)制砂在混凝土配合比中，每立方用量一般在800kg左右，石粉含量每變化一個(gè)百分點(diǎn)，就相當(dāng)于有8kg的石粉出入，完全清洗干凈的不含石粉的機(jī)制砂和石粉含量在5%的機(jī)制砂每方相差40公斤。工程上采用的機(jī)制砂石粉含量要求低于10%，現(xiàn)場(chǎng)一般對(duì)于石粉含量高于試配時(shí)采用的機(jī)制砂，為滿足工作性能要求，采用增大用水量或提高外加劑摻量的方式來解決。增大用水量的方法可認(rèn)為是石粉作為超量取代的極端體現(xiàn)，也存在強(qiáng)度、耐久性指標(biāo)難于滿足要求的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也與施工規(guī)范相違,背。提高減水劑用量除增加成本外，往往會(huì)顯著提高混凝土強(qiáng)度，對(duì)日后強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)評(píng)定不利。 3 結(jié)論與展望（1）機(jī)制砂中石粉作為混合材，干篩的石粉比水洗后獲得的石粉早期強(qiáng)度略有提高。（2）石粉含量的波動(dòng)，對(duì)于混凝土各項(xiàng)性能指標(biāo)的影響難于通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整予以消除。礦物外加劑在上個(gè)世紀(jì)30年代開始應(yīng)用，在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里研究進(jìn)展非常緩慢。粉煤灰等工業(yè)廢渣只是被當(dāng)作節(jié)省水泥、降低成本的一種措施，人們對(duì)其應(yīng)用普遍持消極態(tài)度，甚至認(rèn)為礦物摻合料的摻入是以犧牲混凝土性能為代價(jià)的，有偷工減料的嫌疑。直到20世紀(jì)70年代,，能源危機(jī)、環(huán)境污染以及資源枯竭問題的出現(xiàn)，工程界對(duì)粉煤灰、礦渣等工業(yè)廢渣進(jìn)行利用的研究風(fēng)起云涌，伴隨著耐久性，高性能混凝土等新概念的提出，摻合料更是成為混凝土中不可缺少的第六組分。目前我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)于未經(jīng)粉磨的機(jī)制砂中的石粉含量仍然有非常嚴(yán)格的限制，為滿足規(guī)范要求，真空除塵，水洗等針對(duì)石粉含