机制砂混凝土在冻融循环条件下的强度和耐久性能毕业论文.doc

毕业设计说明书机制砂混凝土在冻融循环条件下的强度和耐久性能摘 要随着混凝土结构工程的发展，机制砂混凝土对施工性能和强度的要求越来越高，对耐久性越来越重视。另一方面低温环境可能造成建筑结构的破坏,致使其需要简单修复或进行加固,甚至需要拆掉重建。本课题意在通过一系列调查和试验得到机制砂混凝土在冻融下的强度和耐久性数据，为以后的研究积累经验。本文通过试验研究和理论分析，主要完成了以下工作:l、根据实验要求配制了150mm*150mm*150mm的混凝土试件，在养护28天后并利用这些混凝土试件进行冻融循环试验，抗冻等级分别为F0、F5、F10、F15、F20、F25，并对试件进行耐久性试验。2、对试件进行耐压强度、弹性模量、变形实验，观察试件的破坏形态，得到混凝土试件的强度损失、弹性模量损失等。试验分析了机制砂混凝土试件强度减低幅度与抗冻等级和酸碱的关系，得到了混凝土在不同抗冻等级和酸碱下混凝土力学性能的退化模型。本文通过冻融后机制砂混凝土的力学特性进行试验研究，阐述了冻融后机制砂混凝土的强度、变形和弹性模量与抗冻等级的关系，论证了混凝土经受冻融后的剩余强度和变形特性，得出了机制砂混凝土在冻融影响下强度降低，耐久性明显下降等特征。关键词：机制砂混凝土；冻融；强度；耐久性能AbstractWith the development of concrete structures, the sand concrete, which has a high demand for construction performance and strength and more and more emphasis on durability. On the other hand, low-temperature environment may cause structural damage, resulting in a need for a simple repair or reinforce, or even need to tear down reconstruction. This topic is intended to get through a series of investigations and trials to get the strength and durability data of sand concrete which is under freeze-thaw.In this paper, with the experimental study and theoretical analysis, mainly to complete the following work:1、According to the experiment made by the requirements of the 150mm * 150mm * 150mm of concrete specimens, after 28 days in the conservation and use of these concrete specimens to room temperature and freeze-thaw cycle test, the frost-resisting grade of F0,F10,F15,F30,and test pieces of the durability test. 2、To test the compressive strength, the modulus of elasticity and the deformation of the specimens, observe the failure pattern of the specimens, then gain the strength loss and the loss of elastic modulus of concrete specimens,. With the results of low-temperature durability test, analyze the relationship between the strength decrease of the sand concrete specimens between antifreeze level, pH, then gain degradation model of the concrete in different freezing levels and acid-base mechanical properties. In this paper, with the study of the mechanical properties of the sand concrete after freeze-thaw, explain the relationship between the strength, deformation and elastic modulus of the sand concrete after freeze-thaw strength and antifreeze level, demonstrate the remaining strength and deformation characteristics of concrete subjected after freezing and thawing, obtain that under the influence of freeze-thaw, the strength and durability of the sand concrete have a significant decrease.Key Words： sand concrete； freeze-thaw； strength； durability目 录摘 要IAbstractII目 录IV第一章 绪论11.1 本文研究的目的意义11.1.1 研究目的11.1.2 研究意义11.2 研究进展及问题21.2.1 机制砂混凝土研究现状21.2.2 国内外应用现状及存在问题61.3 研究方案71.3.1 研究内容71.3.2 研究目标8第二章 材料性能试验92.1 机制砂性能试验92.1.1 物理特性分析92.1.2机制砂的生产及要求82.1.3机制砂的生产检验92.1.4 建筑用砂的技术要求102.1.5 试验步骤112.1.6 筛分结果与级配曲线122.1.7 机制砂的表观密度、含泥量和含水率132.1.8 机制砂拌合物使用特性162.2 石子性能试验192.2.1 建筑用碎石的技术要求192.2.2 试验步骤212.2.3 筛分结果222.2.4 石子的表观密度、含泥量和含水率222.3 本章小结24第三章 混凝土拌和物性能试验253.1机制砂混凝土配合比设计内容253.1.1 机制砂混凝土配合比表示方法253.1.2 机制砂混凝土配合比设计的基本要求263.1.3 机制砂混凝土配合比设计的三参数273.1.4 机制砂混凝土配合比设计的步骤283.2 本章小结33第四章 C30 C60机制砂混凝土的冻融试验334.1 试验前试件处理334.2混凝土静力受压弹性模量试验344.2.1 影响因素344.2.2 试验步骤354.3 混凝土抗压强度试验354.3.1 混凝土强度定义354.3.2 试验步骤354.4 混凝土耐久性试验364.4.1 试验内容364.4.2 试验步骤364.5 试验数据394.5.1 数据记录、计算394.5.2 曲线绘制404.6 本章小结40第五章 结论与展望425.1主要研究结论425.2 展望42参考文献43致 谢45第一章 绪论1.1 本文研究的目的意义混凝土作为一种主要的结构工程材料，至今已有一百多年的历史，被广泛的应用于工业与民用建筑工程、道路与桥梁工程、水利与水电工程、海洋工程、国防工程等。很多情况下，混凝土结构会处于冻融、冻融、化学侵蚀等恶劣环境因素作用下工作。北方寒冷地区的工业与民用建筑、混凝土桥梁、路面等都不同程度地遭受到冻融循环的影响.还有些混凝土结构，会同时遭受到两种或多种恶劣环境因素的共同作用。如寒冷地区的海洋工程就会受到海水侵蚀和冻融循环的多因素作用。受这些恶劣环境因素的影响，混凝土的力学性能和耐久性能将会发生劣变，将直接导致混凝土结构的安全性降低。根据文献1,国外对混凝土的冻融破坏研究较早，从二十世纪四十年代开始，欧美、日等均开展过混凝土冻融破坏机理的研究，但这些研究大部分是从纯物理的模型出发，经假设和推导而得出的结论。因而，目前国内外关于混凝土冻融破坏机理的认识尚不统一。从现有的研究资料来看，对混凝土冻融破坏的研究主要集中在以质量损失和动弹模量为标准，针对混凝土抗冻安全设计等级而展开的，而对混凝土在酸、盐化学侵蚀及冻融循环多环境因素耦合作用下的力学性能的研究有限，大部分研究是针对混凝土在某一种恶劣环境因素作用的研究。因此，开展冻融循环和酸、盐化学侵蚀等多种恶劣环境因素耦合作用下混凝土的力学性能及其破坏机理研究，显得尤为重要。同时，随着我国经济建设的飞速发展，土木建筑业空前活跃，道路、桥梁、铁路、机场、建筑工程、水利水电工程等的建设对混凝土的需求量大大增加，用砂量也逐年攀升。据统计，我国仅建筑用砂石年均需求量约为50亿吨。长期以来，对天然砂的过度开采导致了天然砂资源枯竭，价格高涨，而且严重破坏生态环境。为了保护生态平衡，国家已明文禁止擅自开挖天然砂，而机制砂可以利用矿山尾矿作原料让尾矿石变废为宝，不但保护了地方资源和环境，还可有效地解决尾矿堆放带来的环境污染问题。用机制砂替代天然砂已越来越受到重视，并已在生产实践中得到广泛使用，但关于机制砂混凝土在复杂环境下的各种物理力学性能的研究却并不多见，尤其是在恶劣条件下的物理力学性能的研究更鲜有报道。这就给机制砂混凝土在恶劣环境下的应用带来了很大的限制，也为机制砂混凝土在工程中的应用带来了安全隐患。因此，开展机制砂混凝土在恶劣环境下的力学性能及破坏机理研究，势在必行。1.2 研究进展及问题1.2.1 机制砂混凝土研究现状 在美国、英国和日本等工业发达国家，人工砂(主要是机制砂)取代天然砂作为各种建设工程中的混凝土的细骨料已经有几十年的历史，通过不断的工程实践和科学研究2,3，形成了关于机制砂的材料试验和工程应用等一系列标准。我国从20世纪60年代起在建筑方面开始尝试采用机制砂，但是应用不够普遍，1973年制定了机制砂混凝土技术规程，才使得机制砂得到了极大的推广4。相对来说，水电行业对于机制砂的生产和使用较为成熟，全球最大的水利枢纽工程三峡大坝全部采用机制砂、石作为混凝土骨料（包括C50以上至C100混凝土骨料）。然而，交通、铁路、建筑行业对机制砂的应用尚处于起步阶段。尤其是我国建筑业对天然砂还存在较强的依赖性，在许多重要结构中对机制砂的使用还存在限制条件。采用机制砂多数是在天然砂供应不足或经济比选相差悬殊时不得已而为之的方案5,6。由于机制砂在粒形、级配和0.075mm以下颗粒含量等方面与天然砂存在着显著的差异，因此也导致了机制砂对混凝土性能的影响与天然砂存在巨大差异。国内外学者对机制砂混凝土拌合物的工作性能、力学性能和耐久性能进行了研究，获得了一些有益的研究成果。唐凯靖7、王稷良8等学者从岩性对机制砂及混凝土性能的影响进行了系统的研究，针对不同产地的岩石生产的机制砂材料对机制砂混凝土的力学性能影响进行了研究，为机制砂选材及工作性能的预估提供了参考。也有学者9,10针对不同替代率下机制砂混凝土的抗压强度、弹性模量进行试验研究，总结了混凝土中机制砂替代天然砂的最佳替代率。很多学者11-17从机制砂对混凝土强度的增强机理方面进行了研究，分别从石粉能改善孔隙特征、浆集料界面、促进水泥的水化反应等方面，针对混凝土的强度提高做出了不同的解释，认为强度提高的原因是石粉对孔隙的填充提高了混凝土的密实性；石粉促进和参与水泥的水化反应改善了孔隙特征与浆集料界面粘结性能。武汉理工大学的李北星等18,19,21针对我国建筑用砂标准（GB/T 14684-2001）对石粉含量限定，研究了不同石粉含量与不用粉煤灰含量对C60机制砂高性能混凝土的工作性能、抗压强度、弹性模量、干缩率等的影响，表明石粉含量对混凝土强度的有着很大的影响，并提出了机制砂保持良好强度特性的石粉含量范围。以上研究是从机制砂材料性能(石粉含量，岩石材料特性等)对混凝土的工作性能和力学性能的影响展开的，并取得了一定的研究成果，对指导机制砂的生产和工程应用有很大的促进作用。但是混凝土工程有着复杂多变的服役环境，恶劣环境（冻融、酸盐侵蚀等）对机制砂混凝土的强度和耐久性能也会产生影响。目前，也有学者对机制砂的抗冻性也进行了一些实验研究，并得到了一定的冻融劣化规律成果。李北星18,19,21等针对石粉含量对机制砂混凝土的耐久性的影响也进行了一定的研究，主要方向为抗冻性、抗渗性。通过研究不同石粉含量的机制砂混凝土的抗冻性、抗渗性变化趋势以及石粉引起抗冻性、抗渗性变化的作用机理，提出了使混凝土的耐久性达到最佳的合理石粉含量范围，为机制砂在恶劣环境下的耐久性研究做出了贡献。但是这些研究并未考虑现实环境中各种酸、盐侵蚀因素对机制砂混凝土的力学性能和耐久性产生的影响。陈正发等22对机制砂混凝土在冻融循环下的强度和耐久性展开研究，考虑了冻融环境下的酸、盐侵蚀作用对强度的劣化作用，并总结出了恶劣环境下C30混凝土的强度劣化规律。但是这些研究仅考虑了一种强度等级的混凝土，而且没有对混凝土微观破坏机理进行细致研究，无法对机制砂混凝土的劣化规律和破坏机理进行系统的描述。总之，目前国内外针对机制砂混凝土在恶劣环境下的力学性能的研究十分有限。大多数研究仅局限于混凝土原材料对机制砂混凝土抗冻性影响的研究，还有一些研究虽然涉及化学侵蚀效应，但是对微观破坏机理的研究不足，无法系统的描述机制砂混凝土在恶劣环境下的破坏。国内外对普通混凝土的冻融破坏研究较早，从二十世纪四十年代开始，欧美、日等均开展过混凝土冻融破坏机理的研究。在混凝土抗冻机理研究方面，继美国T.C.Powers提出水压力学说和渗透压学说之后，加拿大G.G.Litvan在1972年提出了运动受阻碍机制23，德国MJ.setze提出了基于热力学方法的Setze模型24，土耳其B.V.Enstn论述了混凝土的冰冻感受性，丰富了混凝土冻融机理的研究25。但迄今为止，对混凝土的冻融破坏机理的研究尚未得到统一的认识和结论。随着冻融破坏机理的进一步研究发现，现役的混凝土工程在受到冻融破坏的同时，往往伴随着不同程度的侵蚀效应，例如在盐碱环境地区、海洋环境等。使混凝土结构受到严重破坏，使用年限也大为减少，造成不容忽视的经济损失。针对这一情况，国内外学者对侵蚀环境下冻融的破坏特征、破坏机理展开了大量研究。张云清26， 李福海27,Robert P. Spragg28等国内外学者对混凝土的冻融环境下混凝土的抗盐腐蚀能力进行了研究，揭示了不同强度等级混凝土的冻融抗盐腐蚀能力存在一定差异，却没有对混凝土的腐蚀破坏机理进行细致研究。张建业、马彬、Remzi Sahin、Zbigniew Giergiczny等人29-34研究了混凝土材料与盐溶液产生的化学反应，从微观上分析了冻融环境下的盐腐蚀作用机理，从混凝土材料的种类变化来解释力学性能的变化。李文婷、张峰等人35,36对经过冻融和盐侵蚀作用后混凝土的力学性能进行了试验研究，总结了混凝土的抗压强度、抗弯强度、抗折强度、相对动弹性模量等力学性能的劣化规律，但是缺少对引起这些变化的破坏机理方面的研究。目前也有一些学者37-41针对混凝土材料的微细观结构变化对混凝土的冻融损伤机理及耐久性能的影响开展了研究，对混凝土的冻融破坏机理、结构耐久性能以及混凝土寿命预测提出了一些的研究理论。不过这些研究，大都是针对某一强度等级或者某一种特定混凝土展开的研究，没有对混凝土的微观作用机理与宏观力学性能之间的内在联系进行系统的研究。1.2.2 国内外应用现状及存在问题(1)机制砂技术标准不同国家制定的机制砂技术标准不论是级配、细度模数还是石粉含量均存在差异，其中最明显的差异表现在石粉含量方面上，各国规定石粉含量时考虑的角度明显不同。如：美国标准混凝土集料标准规范；英国标准用于混凝土的石料：日本标准混凝土碎石和机制砂；我国标准建筑用砂；我国建工行业标准普通混凝土用砂、石质量检验方法标准以及我国的地方标准等等。没有统一的标准使得机制砂的交流有些困难，进展较缓慢。(2)机制砂的形状天然砂颗粒浑圆，表面光滑。天然中砂细度模数多为2.63.0，级配较好，对混凝土的工作性十分有利。机制砂颗粒尖锐，多棱角，表面粗糙，细度模数多为3.0以上，与天然砂相比，机制砂的颗粒级配稍差，大于2.5mm和小雨0.08mm的颗粒偏多，导致混凝土的和易性较差，容易引起混凝土的外观质量缺陷。(3)地域性由于地域性的原因，机制砂的母材会有所变化。机制砂母材的变化会引起机制砂的波动，给施工质量的控制带来一定的难度。(4)生产方式全国范围内民用砂石行业，大多数砂石生产企业规模小、工艺和管理落后、设备效率低、消耗大、成本高、产品质量差。大部分砂石企业技术基础十分薄弱，机械化程度低，多数类似于手工操作，无论是数量、质量、级配以及经济效益上都存在着许多问题。生产成本高、质量差是目前国内砂石产业普通存在的问题。成本高组主要表现为破碎机衬板或锤头使用寿命短、钢材消耗大和设备故障率高、停产维修时间长而有效生产实践短两方面。1.3 研究方案1.3.1 研究内容（1）机制砂混凝土拌合物级配研究随着混凝土技术的进步，在满足现场实际需要的情况下，机制砂能普遍应用于常用混凝土中，尤其在非受力构架中能广泛应用，以实现不同强度等级机制砂混凝土结构物的普通化。（2）机制砂混凝土工作性能研究基于拌合物配合比适应研究，提出机制砂适宜的配合比设计步骤与控制要求，完善参数标准，通过试验获得机制砂混凝土的耐冻融能力。分析冻融后机制砂混凝土在不同环境下的强度、变形和弹性模量与抗冻等级的关系，为实际生产和控制施工质量作出进一步的指导。1.3.2 研究目标系统研究机制砂混凝土冻融循环后的强度和耐久性，对冻融后机制砂混凝土的力学特性进行试验研究，分析冻融后机制砂混凝土在不同环境下的强度、变形和弹性模量与抗冻等级的关系，分析混凝土经受冻融后的剩余强度和变形特性。第二章 材料性能试验2.1 机制砂性能试验2.1.1 物理特性分析到目前为止，国内多数有关机制砂的研究还仅限于工程应用，没有进行系统、深入的研究。在实际应用中，由于人们对机制砂缺乏了解，没有对机制砂进行全面的物理分析与测试，忽视了两种细骨料机制砂与河砂的本质差异，导致在使用过程中出现疑难问题。究其原因是没有了解机制砂本身的物理水平，使得应用困难。鉴于此特征的重要性，本节特对机制砂进行物理认知，与现有优质河砂进行对比，以便工程中更好地掌握物理性质，最终配制出优良的混凝土材料。现有的机制砂与河砂相比，有其以下显著特点：1.首先从岩性上讲，机制砂是由某一种矿质岩石经机械破碎砸制而成的，石料岩性统一，无明显混杂石料现象；而河砂是由较大粒径的砂砾石经过数万年冲刷而成的，不同岩性的砂砾石相互混在一起，致使细砂岩性复杂，甚至有时含有有害物质成分。2.从外观上讲，机制砂相比河沙而言，根据不同岩性的砸制，机制砂均称不同的颜色，如石灰岩砸制的机制砂多呈灰白色，若细粉量过多，有进一步发白的趋势；而天然砂外观大多呈米黄色或土黄色，根据采砂位置和粒径的差异颜色也有明显不同。3.从粒径或粒度上讲，机制砂颗粒尖锐，在筛分后发现粗颗粒和石粉含量较多，中间几档料较少，甚至有时某些筛孔出现断档现象，这被工程上俗称“两头大，中间小”，由于生产的不稳定因素，导致机制砂粒径分布极其不平衡，一时无法缓解生产的矛盾，由于各筛孔的贡献不同使得机制砂使用性能出现了差异。而河砂粒径分布较为均匀，粒度相对稳定，各筛孔贡献不因外界条件的变化而变化。4.从粒形上讲，机制砂由于本身的岩石构造特征，使得岩石在开采和破碎的过程中会出现差异，加之生产工艺的不同，机制砂形成了不同的颗粒形状，机制砂中的粗颗粒类型存在多种样形，如近似圆球形、多棱角方形等不规则颗粒，粒型分布极不匀称，并且同种成品样同一粒径下有时也呈不规则分布，例如石灰岩层理结构的构造特征使得在砸制后出现近似多棱角的不规则方形；而河砂是在水势能的迫使下，使得天然河砂大多呈椭圆形和圆形球体分布，粒型较为单一，容易分辨。5.关于细粉量问题，机制砂在破碎后看上去粉尘较多，并且粉尘包裹于粗颗粒表面，无意中使得含粉量剧增，在0.075mm的粉尘中也并非完全是矿物粉粒，由于在开采石料时势必夹杂某些土质成分，相比河砂而言，河砂含泥量较高，取用时有结块现象并且并无矿质粉料，而机制砂平时较松散，堆积只有在雨季过后才出现较少的泥和粉块的加杂品。如果机制砂在生产前严格控制原材料中的泥土物质，尽可能杜绝泥土的混入，才能生产出品质优良的机制砂成品样。所以针对机制砂而言，粉尘多泥块少的特征和河砂无粉尘泥块多的现象大相径庭，这也是机制砂与天然砂最明显的区别之一。6.机制砂外形粒貌的特征和粗糙程度，使得与河砂相比，出现了技术性质差异，由于机制砂颗粒内部微裂纹多、空隙率大、开口的相互贯通空隙多、比表面积大，导致表观密度大，粗颗粒针片状含量高，吸水量较大，配制出的混凝土显得粘稠、干涩。基于机制砂与河沙在物理性能上存在诸多差异，致使机制砂拌制的混凝土与河砂混凝土相比，出现了使用性能和耐久性能上的明显不同，需要进一步对物理差异进行改善，如果对机制砂加工工艺进行改进，根据现有的生产状况似乎应用技术并未成熟。只有对机制砂集料级配展开研究工作，研究颗粒粒形的分布情况，最终使用一种较为合理的机制砂级配，才尽能减少与河砂的差异，这也是机制砂改善效果简单可行的办法之一。2.1.2机制砂的生产及要求(1)按岩石的特性、储量及分布情况确定制砂场。首先由施工单位提出推荐意见，经技术咨询部门现场取样，检测岩石的抗压强度、岩性和S03含量，分析测试合格后，经业主和监理同意后方能确定石料场和制砂场。对于覆盖土层较厚、夹层含泥较多、母岩强度低以及岩石分层成片状等质量差的矿山应避免就地建场。应使用洁净、质地硬质、无软弱颗粒及风化石的石灰岩、白云岩、花岗岩和玄武岩等岩石生产机制砂，严禁使用泥岩、页岩、板岩等水成岩类母岩或砂岩生产机制砂。(2)待石料场确定后，开采中应清除表面覆盖土层或软弱风化层，岩石开采破碎度要好，以符合机制砂的喂料要求。(3)制砂机安装应离采石场爆破区150m200m以外，确保开采与制砂作业的安全。(4)进料口必须设置振动给料机，以防止大量的泥块与软弱岩石同时进入破碎机。(5)制砂生产过程必须经过两级破碎，一级粗破采用鄂式破碎机，二级破碎采用高细破碎机。(6)一级粗破后的5mm以下的颗粒不能进入二级破碎的料仓，必须经过振动筛除去。(7)制砂中用的成砂振动筛的最大筛孔直径为4mm，并且应根据在制砂过程中的磨损以及机制砂质量的变动情况，及时进行更换。(8)制砂中机制砂的石粉含量必须进行控制，目前的方法有水洗除粉法（用洗砂机）和旋风分离法。由于旋风分离法制得的机制砂石粉含量较低且需水量少等优点，采用较多。(9)加工好的机制砂在连续10次(每小时抽样1次)抽样检测，至少有9次的细度模数与10次抽样的细度模数平均值相差不大于0.2。2.1.3机制砂的生产检验1、机制砂检验类别及适用情况机制砂检验分为出厂检验与型式检验。（1）出厂检验项目包括颗粒级配、细度模数、泥块含量、石粉含量和压碎指标。每批产品必须进行出厂检验，如：对外购的机制砂出厂检验以400m3或600t为检验批，不足上述数量者，以一批论；出厂检验包括生产单位自检和施工现场复检；对于自产自用的机制砂按相关施工规范的要求进行抽检。（2）型式检验项目包括出厂检验项目，另增加母岩抗压强度、表观密度、堆积密度、空隙率、有害物质含量、碱活性等项目。有下列情况之一时，应进行型式检验：新建生产线时；原料资源或生产工艺发生变化时；正常生产时，每年进行一次；交通质量监督机构要求时。2、检验结果的判别在检验中，当各类项目的全部检验指标均符合质量要求时，该批砂评定为合格；在检验中，如有某一项检验结果不符合质量要求时，则允许复检。复检方法为：从同一批未经检验的砂中另取双倍数量的试样进行不合格项目的检验，当双倍数量的试样复检结果均符合质量要求时，则该批砂评定为合格；复检结果仍有一项目不合格时，则该批砂评定为不合格。2.1.4 建筑用砂的技术要求 国家标注GB/T1464842001建筑用砂对建筑用砂作了规定。1.颗粒级配砂的颗粒级配应符合表2-1的规定。注：a. 砂的实际颗粒级配与表中所列数字相比，除4.75mm和600m筛挡外，可以略有超出，但超出总量应小于5%。 b. 1区人工砂中150m筛孔的累计筛余可以放宽到10085,2区人工砂中150m筛孔的累计筛余可以放宽到10080,3区人工砂中150m筛孔的累计筛余可以放宽到10075。表2-1 砂的颗粒级配累计筛余/ 级配% 区方筛孔1239.50mm0004.75mm1001001002.36mm3552501501.18mm65355010250600m857170414016300m958092708555150m100901009010090 2.砂的石粉含量和泥块含量应符合表2-2的规定。表2-2 人工砂的石粉含量和泥块含量项目指标I类II类III类1亚甲蓝试验MB值1.40或合格石粉含量（按质量计）/%3.05.07.02泥块含量（按质量计）/%01.02.03MB值1.40或不合格石粉含量（按质量计）/%1.03.05.04泥块含量（按质量计）/%01.02.0注：（1）根据使用地区和用途，在试验验证的基础上，可由供需双方协商确定3.表观密度 砂表观密度符合如下规定：表观密度大于2500kg/m3，松散堆积密度大于1350 kg/m3，空隙率小于47%。2.1.5 试验步骤 1.取样在堆料上取样时，取样部位应均匀分布。取样前先将取样部位表层除去，然后从不同部位抽取大致等量的砂8份。砂的最少取样量应按GB/T 146842001建筑用砂规定进行，最小取样数量见表2-3。表2-3 部分单项砂试验的最少取样量 kg试验项目颗粒级配表观密度堆积密度与空隙率含泥量最少取样量4.42.65.04.4 2.处理 人工四分法：将所有样品放在平整洁净的平板上，在潮湿状态下拌合均匀，并摊成厚度约20mm的圆饼，然后沿相互垂直的两条直径把圆饼分成大致相等的4份，取其对角的两份重新搅匀，再堆成圆饼。重复上述过程，直至把样品缩分到试验所需量为止。3.筛分操作称取试样500g，精确至1g。将试样倒入孔径大小从上到下组合的套筛上，进行筛分。将套筛置于摇筛机上，摇10min；取下套筛，按筛孔大小顺序再逐个用手筛，筛至每分钟通过量小于试样总量0.1%为止。通过的试样并入下一号筛中，并和下一号筛中的试样一起过筛，这样顺序进行，直至各号筛全部筛完为止。2.1.6 筛分结果与级配曲线筛分后，每号筛的筛余量与筛底的剩余量之和同原试样质量之差没有超过1%， 数据有效。砂的细度模数可按下式计算，精确至0.01： 细度模数（）= (1)式中 细度模数；、4.75mm、2.36mm、1.18mm、600m、300m、150m筛的累积筛余。1组砂的细度模数=2.756；2组砂的细度模数=2.937。两次试验的细度模数之差为2.847，小于0.20，试验有效，得出砂的细度模数为3.60，石粉含量为12.18%。根据累计筛余百分率对照砂的颗粒级配表得知该砂所属的级配区为2区。表2-4 机制砂筛分试验数据 组号总质量(kg)筛子孔径(mm)筛余量(kg)筛余百分率()累计筛余百分率()细度模数(Mx)平均细度模数(MX)10.59.50.000 0.0 0.0 2.7562.8474.750.0023 0.46 0.462.360.1063 21.2621.721.180.0856 17.1238.84 0.60.0992 19.8458.68 0.30.0819 16.38 75.06 0.150.0363 7.2682.32 0.0750.02434.8687.18筛底0.086917.3899.7 20.59.50.000 0.0 0.0 2.9374.750.008 1.6 1.6 2.360.124124.8226.42 1.180.094718.94 45.36 0.60.089517.9 63.26 0.30.0759 15.1878.44 0.150.0255 5.183.54 0.0750.02234.4688.00筛底0.0815 16.3 99.84 2.1.7机制砂的表观密度、含泥量和含水率1.表观密度 砂的表观密度计算公式 (2) 式中 表观密度，kg/m3； 水的密度，1000 kg/m3；G0烘干试样的质量，g；G1试样、水及容量瓶的总质量，g；G2水及容量瓶的总质量，g。表2-5 砂的表观密度数据编号砂的质量（g）砂、水及容量瓶的总质量（g）水及容量瓶的总质量（g）表观密度（kg/m3）平均表观密度（kg/m3）1300743553.8271026902300764576.32670得出砂的表观密度为2690 kg/m3。2 含泥量 含泥量按式（3）计算，精确至0.1%： G0-G1Qa = 100 (3)G0 式中：Qa 含泥量，%； G0试验前烘干试样的质量，g； G1试验后烘干试样的质量，g。（2） 含泥量取两个试样的试验结果算术平均值作为测定值。粉含量及含泥量实验数据石粉含量 B1=62.6/500=12.52% B2=59.2/500=11.84%表2-6砂的含泥量数据 类型编号盘子重烘干后盘子加沙重量石粉和泥量含石粉和泥量含泥量平均含泥量1167.4g590.1g77.3g15.46%2.94%3.77%2170.6g587.8g82.216.44%4.6%3.含水率表2-7 机制砂的含水率组号砂烘干前质量(g)砂烘干后质量(g)含水率(%)含水率平均值(%)1500499.60.080.092500499.50.12.1.8 机制砂拌合物使用特性（1）机制砂水泥砂浆使用特性由于第2.1.1节机制砂与河砂的物理特性千差万别，使得在水泥拌和物中出现明显的差异。与机制砂相比，河砂用于水泥砂浆之中，由于河砂比较浑圆、无含粉量，粗颗粒的针片状较少，使得河砂流动性能增大；而机制砂其粒形粒貌的制约，直接影响着拌制混合料的流动性能，在流动度降低的同时却增加了水泥浆体的界面粘结力，致使抗压强度增大。本课题目标是解决机制砂与河砂性能的差异，减小工作度与强度的差距。若要使机制砂优于河砂，力学强度接近或高于河砂，才能真正解决机制砂使用的困惑。为此，本小节主要从机制砂结构对水泥砂浆性能起得影响进行综合说明，主要表现在以下几方面：1.颗粒级配，即表示细骨料大小颗粒的分布情况。从颗粒粒径考虑，通过合理级配的优选完全可以配制出优质拌和物材料，进一步改善了细骨料对混凝土性能的变化。从图2.1可以看到，级配单一的砂，即同样粗细的砂，空隙最大;两种粒径的砂搭配起来，空隙率减少(见图2.2);三种粒径搭配，空隙率就更小了(见图2.3)。由此可见，不同粒径的颗粒搭配，可以减少砂的空隙率，更使得粗颗粒之间空隙由细微粒填充，为节约水泥和提高强度的目的。因此，各筛孔的含量直接影响硬化前后砂浆的性能，例如，本试验所用的机制砂中颗粒级配在1.18mm以上的占总量约60%，而一般的河砂只占30%左右;级配在0.3mm以下的颗粒含量只有15%左右，这一部分对填充和润滑具有十分重要的影响。若没有细颗粒润滑和填充，使得空隙增大，流动时摩阻力增大降低了拌和物工作度，强度也亦随之下降。 图 2-2 图 2-3 图 2-4机制砂颗粒之间相互合理的搭配使用，可以克服了粗颗粒偏多或细颗粒偏多的缺点，可以有效减少空隙率，有利于降低单位体积砂浆的水泥用量，改善混凝土拌和物的工作性，提高混凝土的密实性与强度。2.颗粒粒形的影响，从物理特性中的粒形角度考虑，似乎要比粒径的改变较为困难，目前并没有对机制砂粒形做过定量研究，无从下手。主要是因为机制砂本身生产出众多不规则颗粒形体，以近似圆球状和多棱角方状体居多。若假设分别以两种不同形状颗粒单独搭配组合，不规则棱角方状体的空隙率要大于圆球体，并且流动性较差。可通过摻入粉煤灰和减水剂的措施，两者共同作用起到了填充和润滑的作用，这又是解决使用条件的方法之一。3.细度模数，为了使集料在砂浆中或混凝土中发挥作用，可通过细度模数的大小反映性能的良好程度。细度模数的变动会使集料的空隙率和总表面积发生改变，甚至是显著的改变，从而对混凝土的强度及和易性产生影响。但是由于细骨料细度模数的弊端往往在设计时众多考虑砂率的影响，在水泥浆数量不变的情况下，增加砂率，水泥浆的数量就相对不足，从而消弱了水泥浆对砂子的润滑作用，使混凝土拌和物的和易性降低。反之，砂率过小，会消弱砂浆对粗骨料的润滑作用，使粗骨料之间的摩擦力增大，也导致混凝土拌和物的和易性降低。因此，在配制混凝土时应合理选择砂率。本实验依照以下原则选择砂率:(1)最大粒径大的，级配好的，表面光滑的粗骨料，选择砂率较小;(2)砂子细，选择砂率较小;(3)水泥用量高，选择砂率较小。（2）机制砂混凝土使用特性在研究了水泥砂浆后，进一步研究混凝土的使用特性。根据目前对混凝土的研究认定，混凝土的结构形式可以分为三个阶段：初始阶段，混凝土拌和物凝结成硬化混凝土；第二个阶段，混凝土结构逐渐强化，强度逐渐提高阶段；第三个阶段，混凝土结构趋于稳定，强度随时间变化较少。基于本研究的实用性，往往更关心的是混凝土的塑性变形和硬化期。2.2 石子性能试验2.2.1 建筑用碎石的技术要求GB/T 146852001建筑用卵石、碎石对建筑用卵石、碎石作了规定。1.颗粒级配卵石和碎石的颗粒级配应符合表2-10的规定。2.含泥量和泥块含量卵石、碎石的含泥量和泥块含量应符合表2-9的规定。表2-9 含泥量和泥块含量项目指标I类II类III类含泥量（按质量计）/%0.51.01.5泥块含量（按质量计）/%00.50.73.表观密度、堆积密度、空隙率表观密度、堆积密度、空隙率应符合如下规定：表观密度大于2500kg/m3，松散堆积密度大于1350 kg/m3，空隙率小于47%。表2-10 颗粒级配 % 方孔筛/mm公称粒径/mm2.364.759.5016.019.026.531.537.553.063.075.090连续粒径5109510080100015051695100851003060010052095100901004080010052595100901003070050531.59510090100709015450505409510070903065050单粒粒径1020951008510001501631.59510085100010020409510080100010031.56395100751004575010040809510070100306001002.2.2 试验步骤1.取样在堆料上取样时，取样部位应均匀分布。取样前先将取样部位表层除去，然后从不同部位抽取大致等量的石子15份。石子的最少取样量应按GB/T 146852001建筑用砂卵石、碎石，规定进行，最小取样数量见表2-11。表2-11 部分单项石子试验的最少取样量 kg试验项目最大粒径/mm9.516.019.026.531.537.563.075.0颗粒级配含泥量泥块含量针片状颗粒含量表观密度堆积密度9.58.08.01.28.040.016.08.08.04.08.040.019.024.024.08.08.040.025.024.024.012.08.040.031.540.040.020.012.080.037.540.040.040.016.080.063.080.080.040.024.0120.080.080.080.040.024.0120.02.试样制备从取回试样中用四分法缩取不少于表2-12 的取样量，本试验需用至少3.8kg石子，经风干后备用。表2-12 颗粒级配试验所需的试样量最大粒径，mm9.516.019.026.531.537.563.075.0最少试样质量，kg1.93.23.85.06.37.512.616.03.筛分操作按规定称取试样。将试样按筛孔大小顺序过筛，当每号筛上筛余层的厚度大于试样的最大粒径时，应将该号筛上的筛余分成两份，再次进行筛分，直至各筛每分钟通过量不超过试样总量的0.1%。称取各筛筛余的质量，精确至试样总质量的0.1%。在筛上的所有分计筛余量和筛底剩余的总和与筛分前测定的试样总量相比，其相差不得超过1%。2.2.3 筛分结果表2-13 碎石的筛分析试验总质量(kg)筛子孔径(mm)筛余量(kg)筛余百分率()累计筛余百分率()3.526.50.000 0.0 0.0 190.0000.00.0160.000 0.0 0.0 9.50.25687.347.34 4.752.711877.4884.822.360.478 13.6698.48筛底0.0442 1.2699.74石子公称直径属于5-10mm范围，最大粒径19mm2.2.4 石子的表观密度、含泥量、含水率1.石子的表观