05.26 砂石料的級配與質量對混凝土的影響

在建築工程施工中,混凝土出現質量問題主要由材料的質量偏差導致,例如所用水泥的強度、安定性及凝結時間,以及砂石骨料的密度、含泥量、顆粒大小及有機物含量等,這些因素一旦沒有達到工程使用標準,就會造成混凝土出現脆裂甚至是粉碎的後果。

砂石料的級配與質量對混凝土的影響

一、定義分類

骨料一般是指混凝土中的砂、石等岩石顆粒原材料,也叫混凝土集料。顆粒的公稱直徑範圍普遍在0.16~31.5mm之間,大體分為細骨料和粗骨料。細骨料即是砂子,粒徑範圍是5~0.16mm,並根據“細度模數μf”可以繼續細分為:粗砂(μf=3.7~3.1)、中砂(μf=3.0~2.3)、細砂(μf=2.2~1.6)、特細砂(μf=1.5~0.7);粗骨料即是石子,粒徑在31. 5~5mm,一般分類為大石子(16~31.5mm)、小石子(5~16mm)和中石子(10~25mm),具體稱呼各地有不同叫法;隨著行業不斷髮展,還有其他分類也在陸續加入,比如人工機制砂和可再生骨料等。

二、不同粗細骨料級配及結果

骨料級配對混凝土影響來說是非常重要的。骨料在混凝土中所發揮的作用就如同人的骨架,因此,增加強度與保持形狀便是它的主要用途。其中粗骨料屬於較大體積的耗材,混凝土硬化之後,它起到促進人造石材形狀的關鍵作用,為其形成強度支撐。較為常見的石材包括火成岩類別的花崗岩、片麻岩、變質岩、綠輝巖和石英岩等等,還包括沉積岩類別中的砂岩、石灰岩等。細骨料所發揮的作用與其特點相聯繫,主要是去充當粗骨料之間的填充物的,隨著水泥的流動逐步混合成為砂泥填充在各個空隙中間,具有改善礆料和易性的作用,細骨料按照其形成原因包括海砂、河砂以及山砂等不同類別。

在研究不同骨料級配對混凝土影響時,首先準備了性質不同的六種骨料,展開成型混凝土在不同骨料摻配下的特性觀察和研究,下面表格是骨料的性質:

砂石料的級配與質量對混凝土的影響

在具體試驗時需要準備了不同性質的粗細骨料土種,選用的是0.6%摻量的減水劑、30%和0.5、0.4標準的兩種水膠,分別展開了對混凝土變形性能、熱學性能以力學性能的試驗。這個過程中一定要嚴格控含氣量在5.5%—4.5%之間,拌全物坍落度在3到5cm之間.

有關強度的發現

(1)如果粗細骨料的組合不同會導致混凝土的強度也發生變化。同樣的齡期條件,混凝土的劈拉強度以最大25%幅度活動在最小值與最大值之間,同時抗壓強度的最小與最大值間也有15%的差距。向粗骨料一樣的前提下,細骨料的不同也會引導混凝土強度的變化。

(2)在混凝土為混當土為180d的前提下:水膠為0.5比例時,最高的是微晶玄武岩粗細骨料混凝土,最低的是玄武岩粗細混凝土,他們的差距達到9.4Pa;水膠比例為0. 4時,最高的還是是微晶玄武岩粗細骨料,最低的是混合玄武岩骨料,他們之前相差9Pa。

(3)在混凝土劈拉強度為180d時,當0.5水膠比時,最高值的是白雲岩細骨料與微晶玄武岩粗細骨料混凝土,最低值為玄武岩粗細混凝土,他們之間有0.85Pa的差距;當0. 4水膠比時,最高的是白雲岩粗細骨料混凝土,最低的是玄武岩粗細骨料混凝土,他們之間的差距是1.39Pa。

有關變形性能的發現

(1)粗細骨料組合方式的不同引起混凝土極限拉伸與彈性模量的變化。在齡期相同的條件下,存在30%的差別於最小和最大的混凝土抗壓彈性模量,存在25%的差別於最小和最大的極限拉伸變形值之間。

(2)抗壓彈性模量為180d時的混凝土,當水膠比為0.5時,最低的是玄武岩粗細混凝土,最高的是白雲岩粗細骨料混凝土,他們之間存在12.1Pa的差距;當水膠比為0. 4時,最低的是混合玄武岩骨料與角礫熔岩粗骨料,最高的是白雲岩粗細骨料,他們之間存在0.6Pa的差距.

(3)粗骨料相同的前提下,組合不同的細骨料,這樣混凝土的抗壓彈性模量間的差距就會小很多。抗壓彈模量為28d的最大與最小值之間的差距低於10%,抗壓彈模量為180d與90d時的最大與最小值的差距低於5 %。由此可以得出,粗骨料的性質直接左右了混凝土的彈性模量,相對向言細骨料對其的作用就微乎其微。

(4)一般情況下灰巖的彈性模量相對較低,一但粗骨料相同了向不同的細骨料與之摻配,其抗壓彈性模量就會比其他的骨料稍高一些。因此,可以總結為摻配比例相同的條件下,結合緊密且彈性模量相對高一些的要數水泥砂與灰巖的界面結合了。

(5)180d極限拉伸變形的混凝土,當水膠在0.5比例時,最低的為微晶玄武岩粗細骨料混凝土,最高的為白雲岩骨料,他們之間存在0.34×10-4的差異;在水膠為0.4的比例時,最低的當數玄武岩粗細骨料,最高的是白雲岩粗細骨料,他們之間存在0.42×10-4的差異。

關於熱學性能的發現

導溫係數最高的要數白雲岩粗細骨料摻配的混凝土了,白雲岩對熱量的傳導具有促進作用;此外,白雲岩質量熱容量最小了,如果以膠凝材料一樣為前提,混凝土漫長就會較高一些,白雲岩的線膨脹係數也是最大的,同時熱膨脹變形也相對大一些。

三、骨料影響混凝土質量的原因探究

對混凝土進行摻配的時候,會出現兩種現象,一種是由於聚集在一起的泥土構成了相對薄弱的部分,導致混凝土的性質發生變化;另一種是泥土將粗細骨料的外表都糊了一層,影響了水泥和粗細骨料的混合,又出現了一個脆弱的部分。在認真做過混凝土立方體抗壓的試驗後,通過仔細觀察試塊有裂縫的一面,會得到完全不同的兩種結論:其一是碎石與砂並沒發生任何斷裂現象,只是粘結界面出現了破裂;其二是在混凝土試塊的表層出現了非常大體積的泥土團,換句話說,真正受力薄弱的地方是泥土團。

另外,值得注意的是引起混凝土強度降低的因素還可能是泥土裡面所包含的雜質物對水泥的水化產生了腐蝕和毀壞的影響。一旦粗細骨料中泥的比例太大了,就需要在製作混凝土的同時多加水來促進混凝土的流動性。與此同時要想確保混凝土符合建築設計的標準強度要求,還要確保水灰比例保持不變,並且需要將水泥的比例進一步加大,這種做法最終會造成過高的混凝土的製作成本。如果不添加比重較大的水量,還有一種方式即利用提高高效減水劑的配對比例的方法實現相同的目的,不過這樣做還是會使混凝土的製作成本增加,這種做法是不值得提倡和學習的,因為不但不能提高社會和經濟效益,反向使經濟效益降低不說還浪費了大量的社會資源。

四、結論

在粗細骨料資源不斷減少的情況下,骨料級配技術日益被重視起來,其級配技術水平如何既與經濟效益有直接的關係,也對社會資源有一定的影響。骨料級配技術逐步向多樣化趨勢發展的,針對上述內容論述到的粗細骨料級配對混凝土的影響的問題,這一點很容易被人們忽略。


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