不同細(xì)骨料的高強(qiáng)度混凝土

1、.不同細(xì)骨料的高強(qiáng)度混凝土H. Donza*, O. Cabrera, E.F. Irassar布宜諾斯艾利斯省中心馬路國立大學(xué)土木工程系 馬路德爾巴列5737，奧拉瓦里B7400JWI布宜諾斯艾利斯，阿根廷 2001年1月31日投稿，2002年5月9日發(fā)表摘要：高強(qiáng)度混凝土（HSC）在水泥品種，類型和礦物摻合料，高效減水劑的類型和粗骨料的礦物組成比例影響研究的基礎(chǔ)上歷經(jīng)了許多發(fā)展。大多數(shù)研究中使用的是帶圓潤光滑顆粒的天然砂，而在實(shí)際應(yīng)用中，在混凝土中經(jīng)常使用的是各種渠道粉碎砂。在本文中，主要介紹的是粉碎砂對(duì)高強(qiáng)度混凝土的兩個(gè)方面的影響。首先，分析了粉碎天然砂有關(guān)在使用低水灰比和粗骨料和固定的

2、水泥含量時(shí)的性能。結(jié)果表明，用碎砂混凝土高效減水劑需要增加獲取相同的衰退。同時(shí)還介紹了比相應(yīng)年齡在所有的測試中天然砂混凝土強(qiáng)度較高，而其彈性模量較低，28天之后，結(jié)果也是一樣的。在水化和混凝土砂漿階段發(fā)展的研究表明強(qiáng)度的增加可以歸結(jié)于砂漿過渡區(qū)的改善細(xì)集料的發(fā)展。第二，對(duì)粉碎砂礦物源的影響進(jìn)行了研究利用三種粉碎分級(jí)類似砂（花崗巖，石灰石，白云石）的不同類型。在實(shí)驗(yàn)中分析了兩種混合物含有450和485 kg/m3的水泥和低水灰比，結(jié)果顯示形狀和質(zhì)地對(duì)混凝土和易性有不利影響，但混凝土抗壓強(qiáng)度有所提高?；◢弾r碎石砂為實(shí)現(xiàn)這一目的的最有利的沙子。關(guān)鍵詞：骨料;巖石學(xué)，高性能混凝土，力學(xué)性能;

3、粉碎砂1.引言：粉碎砂是通過壓碎一大塊母巖而成。因此，許多骨料特性取決于母巖（如化學(xué)和礦物成分，巖石學(xué)的分類，比重，硬度，強(qiáng)度，物理和化學(xué)穩(wěn)定性，孔結(jié)構(gòu)和顏色）的屬性。如形狀和顆粒大小和表面紋理的一些性質(zhì)碎砂沒有出現(xiàn)在母巖，而如吸收性可以改變可以歸結(jié)于破碎這個(gè)過程。形狀取決于性質(zhì)和程度分層巖石礦床，使用的粉碎設(shè)備的類型和規(guī)模縮小比例。所有這些特性都對(duì)新鮮和硬化混凝土1質(zhì)量有重要影響。具體的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了得到均勻的，可行的和持久的足夠強(qiáng)度混凝土的細(xì)骨料要求。由于水泥的高焊膏量需要獲得足夠的可操作性混凝土2-4，因而碎砂的使用一般是有限的。砂漿的額外數(shù)額取決于形狀，質(zhì)地，分級(jí)和粉塵的碎砂的內(nèi)容。

4、碎石砂混凝土的力學(xué)和耐久性能取決于砂漿成分，沙漿量，沙粒的物理特性和砂漿骨料的表面性能。對(duì)水的形狀和質(zhì)地的碎砂混凝土混合物產(chǎn)生不利影響需求的增加可以緩解使用高范圍減水，如在先前的文章報(bào)道外加劑5。幾項(xiàng)對(duì)高強(qiáng)度混凝土（HSC）的研究6-9已經(jīng)制定了不同的學(xué)習(xí)礦物學(xué)來源的影響的客觀粗骨料。然而，很少有對(duì)不同粉碎砂10的影響的研究且規(guī)范中只有簡短的關(guān)于細(xì)骨料3的要求。其外形和表面的細(xì)集料對(duì)力學(xué)性能的機(jī)理效果往往不是一個(gè)在（30-40兆帕）常規(guī)混凝土的影響因素，盡管這些特性可能會(huì)導(dǎo)致水的需求在增加。對(duì)于常規(guī)混凝土，水泥水化漿和周圍聚集的過渡地帶相對(duì)薄弱。因此，水灰比控制了混凝土的水化程度相同的力學(xué)性能

5、。在世界各地，許多骨料采石場從不同的礦物資源生產(chǎn)碎石沙子。在采石場附近，當(dāng)不能獲得優(yōu)質(zhì)的天然砂的時(shí)候這種細(xì)骨料經(jīng)常用于混凝土中。本研究的主要目的是提供關(guān)于新的高強(qiáng)度混凝土和硬化性能的形狀和質(zhì)地細(xì)集料影響的信息。本文分析了兩個(gè)方面：粉碎天然砂砂的性能影響，粉碎砂礦物源的影響。2.實(shí)驗(yàn)方法2.1材料 采用了高早強(qiáng)硅酸鹽水泥（美國ASTM III型;438m2/kg布萊恩細(xì)度）。粗骨料為粉碎的最大尺寸為16mm的花崗巖。甲磺化三聚氰胺甲醛縮合物高效減水劑，沒有氯化物，被并入混凝土混合物。在這項(xiàng)工作中，硅粉沒有使用因?yàn)樗欠浅Ｓ行У靥岣呓缑孢^渡區(qū)和它可能，因此，偽裝效果的形狀和表面質(zhì)地的碎砂

6、。 使用了四種來源于不同礦物但有相同細(xì)料模量的細(xì)骨料。自然硅質(zhì)河砂（NS）的有圓潤光滑顆粒被用來作為參考沙子。選擇不同的巖相學(xué)特征（花崗巖，石灰石和白云石），但類似的級(jí)配曲線來選擇粉碎砂。表一給出了細(xì)骨料的層次和物理特征。在所有的碎砂，粉塵含量高于建議由美國ASTM C33標(biāo)準(zhǔn)（7）的限制，但低于BS 882的標(biāo)準(zhǔn)（16）建議。表面特征和沙粒形狀可以在表一中觀察到，根據(jù)BS 812標(biāo)準(zhǔn)表一也給出了他們的分類。2.2混合比 通過細(xì)骨料的礦物成分和水泥含量設(shè)計(jì)和確定了八個(gè)混凝土混合物。表2給出了這些混合物的性能和實(shí)際坍漏度。兩個(gè)混凝土混合物準(zhǔn)備研究碾碎的砂對(duì)比天然砂的影響。這些混合物設(shè)計(jì)成水灰比為

7、0.3，一個(gè)非常大的水泥含量和類似的坍漏度。通過比較新鮮的花崗巖和硬化性能砂混凝土（的G -530）與相應(yīng)的屬性天然砂混凝土（的S -530）對(duì)形狀和質(zhì)地細(xì)集料的影響進(jìn)行了評(píng)價(jià)。為了評(píng)價(jià)粉碎砂中礦物來源的影響，設(shè)計(jì)了六個(gè)450和485kg/m3的水泥用量和類似水灰比的混凝土混合物?；炷粱旌衔镏写止橇虾勘３植蛔?cè)谒谢旌衔铩?.3實(shí)驗(yàn)抗壓強(qiáng)度和彈性模量試驗(yàn)在100*200毫米圓柱體中進(jìn)行。而對(duì)于劈拉強(qiáng)度測試，使用的是150 *300毫米的圓柱體。為了評(píng)估混凝土的矩陣抗折和抗壓強(qiáng)度，砂漿是用新澆的混凝土通過4.75mm（第四級(jí)）的篩孔得到，試件做成40*40*160mm的棱柱體。24小時(shí)過后，

8、從模具中拆除混凝土和砂漿試件并在飽和石灰水中養(yǎng)護(hù)直到能夠達(dá)到測試的強(qiáng)度。在抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)后，砂漿棱柱體的碎片通過粉末的程度來決定其中非蒸散的水11的多少。水泥全部水化所需水灰比為0.23和砂是均勻分布的假定下用這個(gè)值來評(píng)估水化度。根據(jù)石灰石和白云石砂的反應(yīng)損失作出了一些更正。隨后，根據(jù)凝膠空間比例計(jì)算每個(gè)混合物和測試期。3.結(jié)果和討論3.1新澆混凝土的性能對(duì)于S- 530和G- 530混凝土，對(duì)其一個(gè)非常類似新興的行為（坍漏度、光潔度、視覺方面）進(jìn)行了研究。在這些混凝土，高效減水劑列入允許對(duì)實(shí)現(xiàn)水的需求減少高坍落度范圍內(nèi)（分別為180和170毫米）。然而，一個(gè)更高效的減水劑對(duì)于克服花崗巖混凝土中

9、的顆粒的形狀和質(zhì)地的不利影響是必要的。類似的行為也被觀察到的其他混合物含有花崗巖，石灰?guī)r碎石沙子，盡管水泥含量的變化，從530到485或450 kg/m3的。然而，在20分鐘后，所有的混合物顯示了相當(dāng)?shù)目尚行該p失。含白云石砂混凝土壓碎差有新興的行為。在D-485的混合物則有最低的坍漏度（80毫米），而D- 450的混合物凝聚力不佳，造成非具體可行，并應(yīng)該是不可行的。白云石沙含有大量粒子的比例拉長，比與石灰石，花崗巖砂增加了4-6的孔隙率。因此，它需要一增加至少30 kg/m3的水泥和11 kg/m3的水滿足更多的空隙，以保持滿足設(shè)計(jì)混合參數(shù)。3.2硬化混凝土性能3

10、.2.1形狀和表面紋理的影響圖2顯示了天然砂混凝土和破碎粉碎混凝土抗壓強(qiáng)度的發(fā)展?？梢钥闯觯?-530混凝土具有較高的強(qiáng)度（1年10）比相應(yīng)的S- 530在所有測試的具體時(shí)期。如果這兩個(gè)混凝土具有砂漿（水灰比比和相同的質(zhì)量的水化程度），且粗骨料界面仍然在在質(zhì)量和數(shù)量保持不變，在水泥和沙子的顆粒之間也沒有化學(xué)相互作用，那么，G-530混凝土抗壓強(qiáng)度的增加可與砂漿細(xì)骨料界面和花崗巖顆粒的內(nèi)在強(qiáng)度相當(dāng)。對(duì)于這些混凝土，薄弱環(huán)節(jié)是在物理界面。Goble 和Cohen得出的結(jié)論為砂的表面對(duì)波特蘭水泥砂漿的力學(xué)性能有重大影響。假設(shè)該界面有一個(gè)恒定的厚度，無論總額大小，過渡區(qū)體積是混合物的砂漿部分25-4

11、0倍大，其影響將是反映在拉伸強(qiáng)度。抗彎強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果砂漿的分?jǐn)?shù)顯示，在G- 530的混合物高強(qiáng)度值（11-12兆帕）比S- 530的混合物（9.4-11.4兆帕）在同等測試期。由于質(zhì)地粗糙的花崗巖砂該砂漿細(xì)骨料過渡區(qū)有可能得到改善，從而增加了用水泥糊機(jī)械連接10?；◢弾r的云母的存在源于導(dǎo)致粗骨料破壞開端的弱面又導(dǎo)致了不利的情況的出現(xiàn)。然而，花崗巖砂在混凝土中表現(xiàn)良好根據(jù)從余下的微粒，巖石已減少在破碎過程中留下的缺陷或薄弱區(qū)的事實(shí)能夠解釋。圖。3可以看出，G530和S- 530混凝土具有水化（a）水化度的變化，都在一年內(nèi)達(dá)到相同的值。如水泥和水含量是恒定的，有兩個(gè)混凝土在同等測試，如表3所報(bào)告的年

12、齡大約是水化產(chǎn)物相同的質(zhì)量。 然后計(jì)算凝膠空間比率值相近，說明水泥漿體的質(zhì)量相同。但是，它可以觀察到圖.4的G- 530開發(fā)了一個(gè)高于相應(yīng)的S- 530相同的抗壓強(qiáng)度凝膠空間比例。因此，用花崗巖碎砂混凝土強(qiáng)度的提高，主要可分配到砂漿細(xì)集料的過渡區(qū)已說明改善。表4報(bào)告混凝土劈拉強(qiáng)度試驗(yàn)的結(jié)果。G -530顯示了在28天強(qiáng)度較低，但它還是具有比S- 5301年14高的強(qiáng)度在一年內(nèi)。另一方面，彈性（E）的彈性模量的S- 530總是比相應(yīng)的G- 530高，如圖.5所示。這之間的抗壓強(qiáng)度和E呈負(fù)相關(guān)在Giaccio和Zerbino13的報(bào)告中。他們用相同的（自然和碎石）發(fā)現(xiàn)混凝土é值（水灰比為

13、0.30和460 kg/m3）的保持不變，而抗壓強(qiáng)度含有碎石粗骨料混凝土的增加。在過去的論文里14，有一個(gè)關(guān)于形狀，質(zhì)地和砂在混凝土中礦物組成的影響的深入研究報(bào)告。為了粉碎和天然砂組合具有相同的等級(jí)，無粉塵（0，25，50，75和100），不同的混凝土都是用0.30的水灰比。結(jié)果顯示，在（28和90天）后世的抗壓強(qiáng)度沒有明顯差異，具有天然砂率增加。在90天里，在所有混合物抗壓強(qiáng)度為62± 2兆帕。作者得出結(jié)論認(rèn)為，當(dāng)沙漿量保持不變，粉碎砂是無塵的時(shí)候細(xì)集料對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響不顯著。對(duì)于每個(gè)沙組合，抗折強(qiáng)度不顯示，相當(dāng)大的差別，同時(shí)混凝土含75和100的碎花崗巖砂比天然砂100

14、對(duì)應(yīng)的混凝土彈性模量較低。 3.2.2礦物源的影響 含450和485 kg/m3的水泥和碎砂混凝土抗壓強(qiáng)度不同強(qiáng)度的發(fā)展表現(xiàn)出圖 .6。用花崗巖混凝土（的G -485和G -450），石灰?guī)r（長-485和L- 450），白云石（的D -485）壓砂達(dá)到50至65兆帕斯卡在28天的值。對(duì)G-485混凝土強(qiáng)度最高。這可主要?dú)w因于在所有的混合物的階段中高水化度（見圖7）。值越高產(chǎn)生一個(gè)在G -485水泥石體積類似的G- 530的。因此，的G -485抗壓強(qiáng)度類似于至G- 530的強(qiáng)度，但水泥用量為45 kg/m3的低。這個(gè)觀察結(jié)果顯示，在G- 530，有很大一部分仍然未水化水泥因

15、無法發(fā)展空間水化的產(chǎn)品，因?yàn)樗冶仁呛艿偷?。此外，在?xì)石粉塵顆粒的存在有助于在早期波特蘭水泥水化。幾項(xiàng)研究15-17報(bào)告中介紹了水化產(chǎn)物的成核及所生產(chǎn)的熟料顆粒石粉包裝有益的影響。另一方面，對(duì)L-485和D -485混凝土抗壓強(qiáng)度比用花崗石砂（的G -485）混凝土低。這種情況可能是由于顆粒強(qiáng)度和不同的表面紋理和形狀的花崗巖沙粒由于水泥含量和水灰比是相似的。在28和90天之間的L -485和D -485混凝土水化水泥含量差異也反映在他們的強(qiáng)度的發(fā)展。圖.4還表明，所有混凝土碎砂凝膠空間比遵循類似的關(guān)系，但一名來自天然砂混凝土的對(duì)應(yīng)關(guān)系不同。這種情況證實(shí)了強(qiáng)度，紋理和形狀的沙粒對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的

16、影響。當(dāng)粘結(jié)有一個(gè)類似的凝聚空間值時(shí)，粉碎砂混凝土比天然砂混凝土具有更高的強(qiáng)度。圖.8顯示，抗壓強(qiáng)度直接與砂漿粘結(jié)強(qiáng)度有關(guān)。然而，因?yàn)橛兴樯盎炷辽皾{強(qiáng)度平等優(yōu)于天然砂混凝土性能，其強(qiáng)度比相應(yīng)的天然砂混凝土高。這也顯示了在相同的粗骨料的情況下在混凝土中砂粘結(jié)的細(xì)骨料的影響。人們普遍認(rèn)為混凝土彈性模量的相對(duì)量和剛度取決于粗骨料（剛度與粗骨料來源密切相關(guān)）。當(dāng)兩者粗細(xì)骨料來源是相同時(shí)，亞歷山大和米爾恩18觀察到類似的關(guān)系。細(xì)骨料源混凝土彈性模量的影響也顯示在圖 5。在早期的階段當(dāng)砂漿/骨料體積比和粗骨料的來源是相同的時(shí)，彈性模量的變化與細(xì)集料的質(zhì)地和形狀是密切相關(guān)的。然而，除了對(duì)L- 450和D -485混凝土這些不同消失了且彈性模量往往在一年變?yōu)榧s40 GPa。這種效應(yīng)也可以在S- 530和G- 530混凝土看到。此外，花崗巖，石灰石和白云石砂水泥485 kg/m3的表現(xiàn)出同樣的效果，但白云石砂卻是有最低的彈性模量。最后，提出了