普通混凝土用砂、石質(zhì)量特征及影響因素分析

普通混凝土用砂、石質(zhì)量特征及影響因素分析

混凝土也稱為混凝土，是指將粘合劑加工成一般設(shè)計材料的總稱。它是由粘合劑材料、骨料和水按一定比例制備的，并在一定條件下通過攪拌和旋轉(zhuǎn)形成人造石材。通常的混凝土是指用水泥作膠凝材料,砂、石作集料,與水按一定比例配合,經(jīng)攪拌、成型、養(yǎng)護(hù)而得的水泥混凝土,表觀密度為1950～2500kg/m3的水泥混凝土,也稱普通混凝土?；炷辆哂性县S富,價格低廉,生產(chǎn)工藝簡單的特點,其使用范圍十分廣泛,已成為當(dāng)今最主要的建筑工程材料。同時,在混凝土中起骨架作用的砂、石料用量大幅增加,砂、石生產(chǎn)所用巖石類型不斷擴(kuò)展,許多以前不用或少用的巖石正在被廣泛開發(fā)利用,因此,如何控制好生產(chǎn)砂、石料的巖石質(zhì)量,獲取高質(zhì)量的普通混凝土用砂、石料,將直接影響到建筑物或構(gòu)筑物的安全性和耐久性。本文通過對各類巖石固有的礦物成份、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和物理化學(xué)特征的分析研究,以探討普通混凝土用砂、石巖石質(zhì)量特征,為選擇和找尋高質(zhì)量的普通混凝土用砂、石料場,獲得高質(zhì)量的混凝土提供參考依據(jù)。一、巖石及礦物的組成普通混凝土中的砂、石就是巖石顆粒。據(jù)《普通混凝土用砂、石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗方法》(JGJ52-2006)中的術(shù)語定義,天然砂——由自然條件作用而形成的,公稱粒徑小于5mm的巖石顆粒;人工砂——巖石經(jīng)除土開采、機(jī)械破碎、篩分而成的,公稱粒徑小于5mm的巖石顆粒;碎石——由天然巖石或卵石經(jīng)破碎、篩分而得的,公稱粒徑大于5mm的巖石顆粒;卵石——由自然條件作用而形成的,粒徑大于5mm的巖石顆粒。巖石是由各種地質(zhì)作用所形成的天然礦物的集合體,天然巖石根據(jù)其形成的地質(zhì)條件分為巖漿巖(火成巖)、沉積巖(水成巖)和變質(zhì)巖三大類。普通混凝土用砂、石主要為巖漿巖(火成巖)、沉積巖(水成巖)和變質(zhì)巖中的一種或混合集料,它們的礦物組成、結(jié)構(gòu)與構(gòu)造不同,強(qiáng)度、硬度及化學(xué)成分等物理化學(xué)特征差別也很大,使用的范圍也各不相同。(一)淺成巖及火山碎屑巖巖漿巖又稱為火成巖,是地殼深處的熔融巖漿上升到地表附近或噴出地表時,逐漸冷凝而成。按照巖漿發(fā)生冷凝的地點分為侵入巖和噴出巖。在地表以下冷凝的稱為侵入巖,噴出地表以后冷凝的稱為噴出巖。侵入巖:按生成部位可分為深成巖和淺成巖,呈致密塊狀構(gòu)造,具有抗壓強(qiáng)度高,吸水率低,密度大,以及耐磨性、耐水性高等優(yōu)點。建筑上常用的深成巖有花崗巖、正長巖、閃長巖、輝長巖、橄欖巖等。淺成巖的代表性巖石為花崗斑巖、正長斑巖、玢巖和輝綠巖。巖石生成的部位越深,礦物顆粒越粗,深成巖的特點是礦物全部結(jié)晶,晶粒較粗。噴出巖:為巖漿噴出地表冷凝而成,噴出巖的礦物顆粒最細(xì)。巖漿噴出地表時,由于壓力驟減和迅速冷卻,所以,大部分巖石結(jié)晶不完全,多呈細(xì)小結(jié)晶或玻璃質(zhì)結(jié)構(gòu)。當(dāng)巖漿噴出形成較厚的巖層時,其結(jié)構(gòu)與深成巖相似;當(dāng)形成較薄的巖層時,則冷卻較快,且?guī)r漿中氣體由于壓力降低而膨脹,形成多孔結(jié)構(gòu)的浮石巖。噴出巖的代表性巖石為流紋巖、粗面巖、安山巖和玄武巖等?；鹕剿樾紟r:是火山作用形成的各種火山碎屑物堆積后經(jīng)多種方式固結(jié)而形成的巖石。其中含有少量的正常沉積物時,則是火山巖與沉積巖的過渡類型。(二)沉積相與沉積相沉積巖又稱為水成巖,是由巖石經(jīng)風(fēng)化、破碎后,在水流、風(fēng)或冰川作用下搬運、堆積,再經(jīng)膠結(jié)、壓密等成巖作用而成的巖石。按照成巖作用的性質(zhì),沉積巖的成因可分為碎屑沉積、化學(xué)沉積和生物沉積三類。根據(jù)膠結(jié)物質(zhì)的性質(zhì),沉積巖可分為硅質(zhì)的、泥質(zhì)的和灰質(zhì)的。硅質(zhì)沉積巖的代表性巖石為砂巖、礫巖、燧石和硅藻土等。泥質(zhì)沉積巖的代表性巖石為泥巖、頁巖和油頁巖等?；屹|(zhì)沉積巖的代表性巖石為灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r等。(三)原生巖石的性質(zhì)變質(zhì)巖是巖漿巖、沉積巖或者變質(zhì)巖在地質(zhì)條件發(fā)生劇烈變化時,在高溫、高壓及化學(xué)活動性流體等的作用下,使原來巖石的成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等發(fā)生改變而形成的巖石。但一般仍保存著原生巖石的性質(zhì)。巖漿巖變質(zhì)形成的變質(zhì)巖稱正變質(zhì)巖;沉積巖變質(zhì)形成的巖石稱副變質(zhì)巖。大多數(shù)變質(zhì)巖具有片麻狀、片狀,在斷口上可發(fā)現(xiàn)變質(zhì)的礦物。變質(zhì)巖的代表性巖石為片麻巖、云母片巖、大理巖、板巖和石英巖等。普通混凝土用砂、石的質(zhì)量主要是由巖石本身固有的礦物成份、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和物理化學(xué)特征決定的,不同的巖類,其固有的礦物成份、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和物理化學(xué)特征差異較大,砂、石的質(zhì)量也不盡相同。二、巖漿巖、砂、石的質(zhì)量特征1、巖漿類型及構(gòu)成組成巖漿巖的主要化學(xué)成分為SiO2,此外,還含有一些次要成分,如金屬硫化物、金屬氧化物等。根據(jù)SiO2的含量,巖漿分為了四種類型,相應(yīng)地構(gòu)成四種基本的巖漿巖。酸性巖SiO2:>66%中性巖SiO2:53%～66%基性巖SiO2:45%～53%超基性巖SiO2:<45%通常,巖漿巖類砂、石應(yīng)加強(qiáng)硫化物和硫酸鹽含量的檢測工作,如發(fā)現(xiàn)有顆粒狀硫酸鹽或硫化物雜質(zhì)的碎石或卵石,則要求進(jìn)行專門檢驗,確認(rèn)能滿足混凝土耐久性要求時方可采用。2、密度、硬度巖漿巖中最常見的礦物有7種,石英、鉀長石、鈉長石、橄欖石、輝石、角閃石、黑云母,這些礦物為巖漿巖的造巖礦物,可分為淺色(硅鋁)礦物(石英、鉀長石、鈉長石)和暗色(鐵鎂)礦物(橄欖石、輝石、角閃石、黑云母)兩類,淺色(硅、鋁)礦物表現(xiàn)為密度較小(2.54～2.76t/m3),硬度(莫氏)較大(6～7);暗色(鐵鎂)礦物表現(xiàn)為密度較大(2.80～4.27t/m3),硬度(莫氏)較大(2.5～7)。黑云母、電氣石等針片狀礦物在中、酸巖漿巖中廣泛分布,中、酸巖漿巖砂、石應(yīng)加強(qiáng)黑云母、電氣石等針片狀礦物的檢驗工作;巖漿巖類砂、石的強(qiáng)度受風(fēng)化程度影響較大,若遇強(qiáng)風(fēng)化,產(chǎn)生如鉀長石、鈉長石礦物高嶺土化等現(xiàn)象,大大降低了砂、石的強(qiáng)度,增大砂、石中的含泥量,應(yīng)引起足夠的重視。3、結(jié)構(gòu)巖漿巖的結(jié)構(gòu)是指巖漿巖的結(jié)晶程度、顆粒大小和自形程度。(1)細(xì)粒結(jié)構(gòu)粒徑25m粗粒結(jié)構(gòu)(粒徑>5mm);中粒(顯晶質(zhì))結(jié)構(gòu)(多見于侵入巖,粒徑2～5mm);細(xì)粒結(jié)構(gòu)(粒徑0.2～2mm);微粒(隱晶質(zhì))結(jié)構(gòu)(多見于噴出巖,粒徑0.2～2mm);玻璃質(zhì)結(jié)構(gòu)(全部由非晶質(zhì)礦物組成,由于熔漿迅速冷卻形成的一種較均勻的玻璃狀態(tài)物質(zhì))。(2)不等粒結(jié)構(gòu)巖石等粒結(jié)構(gòu)(巖石中同種主要礦物顆粒大小大致相等);不等粒結(jié)構(gòu)(巖石中同種主要礦物顆粒大小不等);斑狀和似斑狀結(jié)構(gòu)(為不等粒結(jié)構(gòu)的一種特殊類型)。4、巖漿巖的構(gòu)造巖漿巖的構(gòu)造是組成巖漿巖的礦物集合體之間的排列和充填方式所反映出來的形態(tài)特征。巖漿巖的構(gòu)造除與巖漿本身的性質(zhì)有關(guān)外,還取決于形成環(huán)境,常見的巖漿巖構(gòu)造有:塊狀構(gòu)造:礦物分布均勻,巖石致密,無孔洞,是侵入巖常見的構(gòu)造。氣孔構(gòu)造和杏仁構(gòu)造:是噴出巖常見的構(gòu)造,如果巖石中分布有大小不同、分布不均的圓形或橢圓形孔洞稱氣孔構(gòu)造,如氣孔被鈣質(zhì)或硅質(zhì)充填,稱杏仁構(gòu)造。這種構(gòu)造是融漿冷卻時,尚未溢出的氣體保留在巖石中形成的。流紋構(gòu)造:由不同顏色、不同成分或拉長的氣孔定向排列表現(xiàn)出來的一種流動構(gòu)造。是酸性噴出巖常見的構(gòu)造。巖漿巖的礦物組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及風(fēng)化程度等因素決定了砂、石的致密性、密實程度和強(qiáng)度等質(zhì)量特征,通常酸性巖→中性巖→基性巖,密度增大,巖石的抗壓強(qiáng)度增大;結(jié)晶越細(xì),抗壓強(qiáng)度增大。巖漿巖巖石的吸水率通常小于0.5%,常見巖漿巖抗壓強(qiáng)度為:花崗巖1000～2500kg/cm2;正長巖1000～2000kg/cm2;閃長巖1500～2800kg/cm2;輝長巖1000～2800kg/cm2;輝綠巖2000～3000kg/cm2;玄武巖4000kg/cm2。三、凝土用砂、石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)沉積巖可分為硅質(zhì)巖、泥質(zhì)巖的和灰質(zhì)巖,其中泥質(zhì)沉積巖如泥巖、頁巖和油頁巖等,均達(dá)不到普通混凝土用砂、石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),不能作普通混凝土用砂、石;硅質(zhì)沉積巖中,石英砂巖為最廣泛的普通混凝土用砂,大量用于土木工程建設(shè);灰質(zhì)沉積巖的代表性巖石為灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r等,其中灰?guī)r、白云巖廣泛用作普通混凝土砂、石料,泥灰?guī)r中除少量泥質(zhì)含量較低的巖石外,很少作普通混凝土用砂、石。1、koh-貝殼生長巖石具砂狀結(jié)構(gòu),石英砂巖是一種堅硬、耐磨、化學(xué)性能穩(wěn)定的硅酸鹽礦物,其主要礦物成分是SiO2,石英砂的顏色為乳白色帶紅色或無色半透明狀,性脆無解理,貝殼狀斷口,油脂光澤,不溶于酸,微溶于KOH溶液,相對密度為2.2～2.7,莫氏硬度7,吸水率1.01%～2.55%。石英砂巖風(fēng)化后多形成石英砂,可直接開采為普通混凝土用砂,SiO2一般要求>95%,部分地區(qū)則采用破碎石英砂巖供給砂。沉積石英砂巖往往含有長石、云母和鐵泥質(zhì)等,風(fēng)化后的石英砂可能含針片狀礦物及較高的含泥量,利用時應(yīng)加強(qiáng)檢驗工作。2、礦石及針片礦物巖石具泥晶一細(xì)晶結(jié)構(gòu),致密塊狀構(gòu)造;性脆具貝齒狀斷口。礦物成分單一,主要為方解石,占量>95%;白云石含量較少,二者混雜分布,少量鐵質(zhì)呈黃褐色塵點狀,礦石中不含泥質(zhì)及針片狀礦物。礦石的物理力學(xué)性能,抗壓強(qiáng)度600～2000kg/cm2;質(zhì)量密度2.64～2.71t/m3;吸水率<0.5%。礦石化學(xué)成分一般為CaO45%～55%;MgO0.1%～5%;SiO20.01%～0.7%;Fe2O30.01%～0.6%;Al2O30.01%～0.6%;K2O0.008%～0.6%;Na2O0.001%～0.1%;SO3<1%;Cl<0.007%;Loss43%～45%?；?guī)r中硫化物、硫酸鹽和氯離子等有害物質(zhì)含量低,一般均低于普通混凝土用砂、石限量要求,為較好的普通混凝土用砂、石。3、礦石的性能具細(xì)一微晶結(jié)構(gòu),致密塊狀構(gòu)造,風(fēng)化面多具刀砍狀溶蝕特征。礦物成份主要為白云石,占量80%～90%,次為方解石,另有少量鐵泥質(zhì),礦石中不含泥質(zhì)及針片狀礦物。礦石的物理力學(xué)性能:抗壓強(qiáng)度500～2000kg/cm2,吸水率為0.15%～0.25%,質(zhì)量密度2.60～2.65t/m3。礦石化學(xué)成分:一般為CaO32%～49%;MgO5%～19%;Fe2O3<0.6%;SiO21.32%;Al2O30.01%～0.6%;K2O0.05%～0.6%;Na2O0.001%～0.1%;SO3<1%;Cl<0.007%;Loss43%～46%。通常礦石中硫化物、硫酸鹽等有害物質(zhì)含量低,一般均低于普通混凝土用砂、石限量要求,為較好的普通混凝土用砂、石。四、礦石結(jié)構(gòu)類型變質(zhì)巖是由變質(zhì)作用所形成的巖石。它的巖性特征,一方面受原巖的控制,具有一定的繼承性;另一方面,由于經(jīng)受了不同的變質(zhì)作用,在礦物成分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造上具有其特征性(如含有變質(zhì)礦物和定向構(gòu)造等),形成了極其復(fù)雜的巖組,主要有:糜棱巖:糜棱結(jié)構(gòu),碎裂構(gòu)造,主要礦物為石英、長石、綠泥石。大理巖:等?；蜃兙ЫY(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,主要礦物為方解石、白云石;次要礦物為透閃石、透輝石。矽卡巖:結(jié)構(gòu)為粒狀微晶,塊狀構(gòu)造,主要礦物為石榴子石、綠簾石、透輝石;次要礦物為鐵、鎂、鈣硅酸鹽。蛇紋巖:隱晶質(zhì)變晶結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,主要礦物為蛇紋石;次要礦物為磁鐵礦、鈦鐵礦。板巖:隱晶質(zhì)變晶結(jié)構(gòu),板狀構(gòu)造,主要礦物為石英、粘土、絹云母。片巖:變晶結(jié)構(gòu),片狀構(gòu)造,主要礦物為云母、綠泥石、角閃石;次要礦物為長石、綠簾石。千枚巖:隱晶質(zhì)變晶結(jié)構(gòu),千枚狀構(gòu)造,主要礦物為石英、綠泥石、絹云母。石英巖:區(qū)域變質(zhì)巖,白或灰白色,粒狀變晶結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,主要礦物為石英,次要礦物為白云母、硅線石。片麻巖:粒狀變晶結(jié)構(gòu),片麻狀構(gòu)造,主要礦物為石英、長石,次要礦物為云母、角閃石、硅線石。從巖石的主要礦物成分可以看出:上述巖類除大理巖(抗壓強(qiáng)度500～2000kg/cm2)、石英巖(抗壓強(qiáng)度2000～3000kg/cm2)、片麻巖(抗壓強(qiáng)度1000～2000k