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水胶比和砂率对机制砂混凝土性能的影响

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【摘要】:
机制砂颗粒多棱角,针片状颗粒含量较高,石粉含量高,达到同工作性能要求,机制砂混凝土需要更多的水和浆体,因而混凝土配合比和性能与天然砂混凝土存在较大的区别。水胶比和砂率对机制砂混凝土性能是如何影响的呢?  1、对工作性能和力学性能的影响  砂率对混凝土工作性能的影响是基于砂浆对粗骨料的包裹性,由于机制砂颗粒多棱角,流动性较差,为达到与天然砂混凝土相近的工作性能,机制砂混凝土需要更多砂浆,也就需要提高

  机制砂颗粒多棱角,针片状颗粒含量较高,石粉含量高,达到同工作性能要求,机制砂混凝土需要更多的水和浆体,因而混凝土配合比和性能与天然砂混凝土存在较大的区别。水胶比和砂率对机制砂混凝土性能是如何影响的呢?

  1、对工作性能和力学性能的影响

  砂率对混凝土工作性能的影响是基于砂浆对粗骨料的包裹性,由于机制砂颗粒多棱角,流动性较差,为达到与天然砂混凝土相近的工作性能,机制砂混凝土需要更多砂浆,也就需要提高砂率,但会导致细集料总比表面积增加,需要更多水泥浆体去包裹机制砂,如果没有足够的浆体,提高机制砂混凝土的砂率反而会使混凝土的工作性能下降,对于机制砂混凝土,提高砂率是有效的改善混凝土和易性的手段,即使在水胶比较小时,通过优选砂率可以获得工作性能优良的拌和物。

  上图总结了砂率和水胶比对混凝土28d抗压强度的影响规律。机制砂混凝土的28d强度明显高于设计强度,而且即使提高水胶比,混凝土的强度仍然保持在较高水平,说明棱角状颗粒会提高强度。另外粗糙的颗粒表面可以提高颗粒与浆体之间的黏结,从而提高强度。

  另外,随砂率变化,28d抗压强度值呈现出不规律的变化状态,特别是从平均值的变化曲线可以看出,平均值趋于平缓。但是如果拌和物的工作性能太差,则可能导致混凝土强度偏低。

  2、对耐久性的影响

  干缩是引起水泥混凝土开裂的主要原因之一,直接影响混凝土耐久性。从上表来看,水泥胶砂干缩值随水胶比减小而降低。在低水胶比条件下,水泥基材料水化形成的孔隙以封闭孔为主,在干燥环境中很难使得内部孔隙失水,所以水胶比减小时,材料的收缩也会降低。

  另一方面,在使用机制砂替代天然砂后,在水胶比相近情况下,试件的收缩率明显降低,即使在水胶比大幅提高,机制砂砂浆的收缩值仍处在和天然砂同样的水平,这样的结果说明机制砂对降低水泥基材料的收缩是有利的。

  机制砂中的石粉可以提高集料的堆积密度,在水泥水化过程中阻止毛细孔道的形成,使自由水蒸发通道减少,从而使砂浆收缩量变小,提高混凝土体积稳定性。

  机制砂中石粉含量太少,不能有效填充空隙;石粉含量过多,会导致混凝土中浆料过多,包裹骨料的浆体变厚,降低了骨料间的嵌锁效应,不能形成稳定骨架,而且石粉是惰性材料,不参与水泥水化反应,过多的石粉也会使骨料间的黏结力减弱,导致收缩的加剧。

  混凝土长期抗氯离子渗透性能的试验结果如下所示

  对于中低强度混凝土C30和C40,当水胶比相近时,机制砂混凝土具有更好的抗渗性能,但是过多的提高水胶比会导致机制砂混凝土的水胶比下降。

  对于高强混凝土,机制砂混凝土的抗渗性能略低于天然砂混凝土,但增幅不大。一般对于C50混凝土,氯离子扩散系数控制在范围,因此即使机制砂混凝土提高水胶比后仍能满足耐久性要求,但在高强混凝土中,为了改善混凝土和易性而提高水胶比应慎重。

  混凝土配合比设计参数调整规律可总结为:

  提高砂率是改善机制砂混凝土和易性的有效措施,C30,C40和C50的最优砂率分别为46%,44%~46%和42%~44%,相对于天然砂混凝土分别提高了3%,4%~6%和5%~7%;

  对于C30和C40混凝土,机制砂混凝土的水胶比可提高0.05左右,能够改善混凝土的工作性能,并对力学性能和耐久性没有太大影响,但对于C50以上的高强混凝土,应避免提高水胶比,宜通过采用最佳砂率改善混凝土工作性能。