含针片状粗集料的堆砌性能及对混凝土的影响

含针片状粗集料的堆砌性能及对混凝土的影响含针片状粗集料的堆砌性能及对混凝土的影响 摘要 针片状集料堆砌时符合双组分体系的理论堆砌规律 掺入适量针片状颗粒 可增大 体系的堆砌度 针片状颗粒堆砌时有很大的机械咬合力 机械咬合力影响混凝土的密实成 型 进而影响混凝土的其他性能 关键词 针片状 集料 堆砌 混凝土 The stacking properties and the influence to concrete of the aggregate containing elongated and flaky particles Abstract When be piled up elongated and flaky particles and non elongated and flaky particles sysyem is in keeping with the theoretical stacking regularity of two component system and appropriate mixture of elongated and flaky particles and non elongated and flaky particles will be denser Elongated and flaky particles is closely related to more frictional resistance More frictional resistance makes compaction of concrete difficult and then proceed to affect other properties of concrete Keywords elongated and flaky particles aggregate stackable concrete 建筑用卵石 碎石 GB T14685 2001 规定的粗集料中针片状颗粒含量如下 表 1 粗集料中针片状颗粒含量 指 标 项 目 类 类 类 针片状颗粒 按质量计 5 15 25 作者实测 粒径 40 以下普通机制碎石中针片状颗粒含量大多在 15 40 范围 针片状颗 粒在粒径小的集料中的含量相对高些 超出表 1 范围的集料非常多 目前集料资源日益匮 乏 充分认识针片状颗粒对集料和混凝土性能的影响 从而按材使用 具有显著的经济和 社会意义 最大密度 R V Cx V x My 小球填充大球空隙 大球填充小球空隙 V Cx My 1 双组分体系的理论堆砌问题 1 1 双球堆砌体系的理论堆砌曲线 1 B A 1 0 相对表观 体积 1 0 100 实体 C M 1 6 X 1 组成 X 0 Y 0 X Y 1 Y 1 大球 小球 图 1 双球堆砌体系的理论堆砌曲线 两种粒径球体的理论堆砌曲线见图 1 图中参数及线段的含义 R 大球直径与小球直径之比 C 实验测定的大球理论密堆砌体积 M 实验测定的小球理论密堆砌体积 X y 大球和小球的体积分数 总体积为 1 横坐标代表大 小球的组成 水平轴表示混合物的组成 CA 小球加到大球中的浓缩曲线 曲线方程为 V Cx MB 大球加到小球中的浓缩曲线 曲线方程为 V x My 纵坐标代表相对表观体积 相对表观体积定义为体系的表观体积与真实体积的比值 当体系固体物料的理论密堆砌度为 1 时 其相对表观体积为 1 当固体物料的相对表观体 积为 1 6 时 其理论密堆砌度为 62 5 单一粒径球体理论密堆砌度为 62 5 1 即相 对表观体积和理论密堆砌度互为倒数 图中的实线表示粒径比 R 为无穷大时的理论堆砌曲线 当大 小球的直径比为无穷大 时 堆砌曲线为两条直线 从图 1 看出 1 不同粒径的球体掺配可以提高体系的堆砌度 R 越大 体系的堆砌度越大 2 小球加到大球中将较快达到最大密堆砌状态 1 2 球 纤维体系的理论堆砌曲线 1 球 纤维的理论堆砌曲线见图 2 C D E H 1 0 相对表观体积 v Sx A B 1 0 100 实体 理论最大值 S v x Fy 2 0 V y Sx V Fy 3 0 4 0F 100 球 100 纤维 x 1 x 0 y 0 y 1 图 2 球 纤维体系的理论堆砌曲线 图中参数及线段的含义 R 球直径除以纤维的直径 S 表示 50 实体 50 空隙时球的堆砌 相对整体体积等于 2 0 F 表示 25 实体 75 空隙时纤维的堆砌 相对整体体积等于 4 0 X y 球体和纤维的的体积分数 x y 1 SE 较小直径的纤维加入到较大直径的球中填充空隙时的浓缩曲线 直线方程为 V Sx FC 大直径的球取代小直径的纤维以及与之相关联的空隙时的浓缩曲线 该直线方程 为 V x Fy A SE 和 FC 的交点 R 值无穷大时 纤维填充球间隙的最大理论密堆砌度 FD 较小直径的球填入到较大直径的纤维之间空隙时的浓缩曲线 直线方程为 V Fy SH 用粗纤维取代小球及其相关联的空隙时的浓缩曲线 直线方程为 V y Sx B FD 和 SH 的交点 为 R 0 时的最大理论堆砌密度 从图 1 看出 1 球 纤维的混合可以提高体系的堆砌度 球 纤维堆砌体系中出现了点 A B 两个最 大理论密堆砌度 两者所对应的球 纤维的组成比例不同 但相对表观体积相同 2 纤维加到球中将较快达到最大密堆砌状态 3 比较图 1 图 2 尽管双组分体系的颗粒形状不同 但理论堆砌规律相似 2 针片状颗粒对集料堆砌的影响 针片状颗粒与非针片状颗粒的组合实际上是一种双组分体系的堆砌问题 应该具有上 述双组分体系的堆砌规律 2 1 材料准备 将 5 40 集料中针片状颗粒手工捡出 然后按质量百分比与非针片状颗粒掺配成针片 状颗粒含量分别为 0 15 30 45 60 100 的混合粗集料备用 2 2 针片状颗粒含量与粗集料振实表观密度的关系 做针片状颗粒含量分别为 0 15 30 45 60 100 混合粗集料的振实表观 密度 见图 3 图3 针片集料含量 与粗集料振实表观密度的关系 1534 1556 1533 1480 1369 1552 1300 1350 1400 1450 1500 1550 1600 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 针片集料含量 粗集料振实表观密度 kg m3 图 3 所示的堆砌规律与图 1 2 相似 3 针片状颗粒对混凝土性能的影响 3 1 针片状颗粒对混凝土流动性的影响 采用单位质量石子标准稠度需水量 以下称 A 来研究 试验方法如下 1 做水泥标准稠度需水量试验 得 w c 以此 w c 拌制水泥浆 测其展开度 值 得标准稠度水泥浆的展开度 2 将水泥 砂以 1 2 配比拌合 不断调整水灰比 使砂浆的展开度与 1 中水泥 浆的展开度相等 得此时的 w c s 3 以 w c s拌和 1 2 砂浆 测此砂浆的 VB 稠度值 4 将水泥 砂 石以 1 2 3 5 用料量 2500 5000 8750 g 配合比拌合 不断 调整水灰比 使其 VB 值与 3 中砂浆的 VB 值相等 得此时的 w c h 标准稠度时混合料总需水量 w c h 2500 g 其中 水泥需水量 w c 2500 g 砂子需水量 w c s 2500 w c 2500 g 石子需水量 混合料总需水量 砂子需水量 水泥需水量 w c h 2500 w c s 2500 g 单位质量石子标准稠度需水量 A w c h 2500 w c s 2500 8750 w c h w c s 3 5 设 B 为粗集料中针片状颗粒的含量 测定 B 分别为 0 15 30 45 60 100 时的 A 值 研究结果见图 4 图4 针片集料含量 B 与需水量 A 的关系 2 5 2 07 2 215 4 07 2 8 2 06 1 5 2 2 5 3 3 5 4 4 5 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 针片集料含量 B 需水量 A 由图 4 见 B 在 30 以内 A 小幅减少 B 30 以后 A 迅速增大 B 为 100 时的 A 约为 B 在 30 以内 A 值的两倍 比较图 4 和图 3 两图的变化规律相似 3 2 针片状集料含量对混凝土成型密实性和强度的影响 研究用 425 矿渣水泥 GB1344 99 配合比为 1 1 55 3 01 w c 0 45 水泥用量为 400kg m3 B 分别为 0 15 30 45 60 100 时混凝土的振实表观密度和 100 100 300 试件 28d 抗压强度见图 5 6 图5 针片集料含量与混凝土振实表观密度的关系 2414 2427 2403 2355 2285 2423 2250 2300 2350 2400 2450 0 15 30 45 60 100 针片集料含量 混凝土振实表观密度 kg m3 图6 针片集料含量与混凝土抗压强度的关系 2424 4 22 4 22 22 3 24 6 21 22 23 24 25 26 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 针片集料含量 混凝土抗压强度 Mpa 4 分析与结论 4 1 分析 对比图 3 与图 1 图 2 针片状颗粒与非针片状颗粒的组合符合双组分体系的堆砌规律 与球 纤维体系的理论堆砌规律尤为接近 与纯纤维一样 100 针片状颗粒的堆砌度很低 适量针片状颗粒加入非针片状颗粒中 有明显的提高堆砌度的作用 图 3 针片状颗粒含量对堆砌度 图 3 标准稠度需水量 图 4 和混凝土的振实表观密度 图 5 的影响规律相似 堆砌度高时标准稠度需水量小 混凝土的振实表观密度也大 针片状颗粒含量超过 30 以后混凝土混合料的流动性明显变差 图 4 混凝土成型时 的密实性即振实表观密度大大下降 图 5 针片状颗粒含量为 100 时混凝土与针片状颗 粒含量为 30 时混凝土的表观密度比为 2285 2427 0 9415 94 15 5 85 的变化应主要 是孔隙率增大 密实度下降 孔隙率增大也使混凝土强度下降 图 6 可以推论 混凝土 的耐久性也随之下降 实测 10 15 粒径针片状颗粒 760 粒 非针片状颗粒 590 粒 15 20 粒径针片 状颗粒 372 粒 非针片状颗粒 270 粒 加入针片状颗粒会使集料间接触点增多 体 系稳定性提高 图 4 现象说明 针片状颗粒堆砌时有很大的机械咬合力 针片状颗粒超过 30 以后集料堆砌结构迅速增强 混凝土的振动液化效果迅速变差 4 2 结论 1 针片状颗粒与非针片状颗粒的组合符合双组分体系尤其是球 纤维体系的堆砌规律 适量掺入针片状颗粒 可增大体系的堆砌度 2 针片状颗粒堆砌时的有很大的机械咬合力 机械咬合力的增大会影响混凝土的密实成 型 进而影响混凝土的其他性能 3 从研究结果看 普通混凝土中 增加集料中针片状颗粒的含量至 30 不会对混凝土 性能有不良影响 在克服成型密实时增大的机械咬合力的前提下 使用针片状颗粒含量 30 40