针片状粗骨料对混凝土性能的影响

广东地质2005年9月GUANGDONGGEOLOGY第20卷第3期针片状粗骨料对混凝土性能的影响潘琨廖琼江蓝志勇(广东省物料实验检测中心，广州510080)摘要在工程建设中，粗骨料（碎石）是普通混凝土的主要组成部分，粗骨料（碎石）在普通混凝土中堆聚成紧密的架构，与砂在普通混凝土起骨架作用，粗骨料（碎石）的用量约占混凝土总重量的45%，其中针片状碎石含量的多少直接影响着混凝土的性能指标，碎石中针、片状颗粒过多，会影响混凝土混合料的和易性，并倾向于一个方向排列。这些颗粒易于折断，不易振捣密实，从而影响混凝土的质量，因此，针片状碎石的含量对混凝土来说相当重要。通过一系列的混凝土配合比试验，初步探讨粗骨料中针、片状碎石对混凝土性能所产生的影响。关键词针片状混凝土性能粗骨料碎石的颗粒级配与粒形对混凝土的和易性和强度性能有比较显著的影响。颗粒级配差的碎石空隙率增大，在浆体量一定的情况下，填隙的砂浆多而包裹石头的砂浆变少，使混凝土的包裹性、粘聚性变差，从而不利于泵送与施工。针片状碎石增加了新拌混凝土在流动过程中的摩擦阻力，针片状碎石的坚韧性比普通粒形的坚韧性差，从而影响着混凝土的强度性能。研究针片状碎石对混凝土性能的影响，有利于石场和用石单位有效控制碎石的质量，从而提高建筑工程质量。以下主要通过对C50混凝土的配比试验方法和试验结果的分析，观察其中针片状碎石的含量对混凝土的和易性及抗压强度值的影响。1试验方法1.1原材料的选择（1）水泥：选用广州某水泥厂生产的52.5RPO型水泥，其性能指标见表1。（2）粉煤灰：选用某电厂II级风选粉煤灰，其性能指标见表2。（3）砂：其性能指标见表3。（4）粗骨料：粗骨料碎石，性能指标见表4。表1水泥性能指标品种抗折强度（MPa）抗压强度（MPa）3d28d3d28d52.5RPO水泥5.98.934.664.2本文2005年8月收到,8月改回。2广东地质第20卷表2粉煤灰性能指标等级细度（45µm）筛余（10-2）含碳量（10-2）需水量比10-2储水量（10-2）II级灰174.21020.2表3砂的性能指标品种细度模数含泥量（10-2）堆积密度（kg/m3）表观密度（kg/m3）中砂II区2.80.815102608表4碎石的性能指标颗粒级配针片状含量（10-2）压碎指标（10-2）堆积密度（kg/m3）表观密度（kg/m3）5～30mm连续级配石137.815202632（5）外加剂：选用湛江FDN-5高效减水剂。国家标准对针片状石的定义为凡岩石颗粒长度大于该颗粒所属粒径的平均粒径的2.4倍者为针状颗粒，厚度小于平均粒径的0.4倍者为片状颗粒。平均粒径指该粒级上下限粒径的平均值。根据该规定，人工分检出针片状碎石，把不含针片状的碎石（基准石）与针片状碎石分别放好，以备使用。1.2混凝土配合比设计为便于观察针片状碎石对混凝土性能的影响，选用C50泵送混凝土配合比（其配合比列于表5），设计目标为混凝土初始坍落度约为20cm，扩展度约为50cm，和易性好，不离析表5C50混凝土配合比水胶比水泥（kg/m3）水（kg/m3）砂石（kg/m3）粉煤灰（kg/m3）外加剂（kg/m3）砂率（10-2）容重（kg/m3）0.37389169106810317.2382400不泌水。为了综合考虑混凝土的泵送性能和经济成本，在强度保证的前提下，可掺用二级粉煤灰取代15%的水泥量，粉煤灰超量系数K=1.5，这样既能满足泵送所要求的浆体量与粘聚性，又能节省水泥和降低水化热。外加剂使用湛江FDN-5高效减水剂，实际用水量为设计用水量减去外加剂带入的水量①。1.3混凝土试配在试验过程中，只改变碎石中针片状碎石的用量，其他原材料认定不变，观察针片状碎石对混凝土和易性的影响。试验情况列于表6。①高强与高性能混凝土及其应用第三届学术讨论会论文,1997第2期潘琨，等：针片状粗骨料对混凝土性能的影响3表6针片状碎石含量对混凝土和易性的影响编号针片状比例（10-2）坍落度扩展度1#00.21m0.53cm2#50.215m0.53cm3#100.22m0.54cm4#150.21m0.53cm5#200.20m0.50cm6#250.20m0.48cm7#300.20m0.47cm8#400.19m0.45cm从表6中的试验数据可以看出，新拌混凝土的坍落度的扩展度，基本是随着针片状碎石含量的增加而变小。1#混凝土中碎石不含针片状石，其坍落度与扩展度比较大，但和易性不好。混凝土出槽时比较稀，砂浆对石的包裹性不好，有一点泌水离析现象。这是由于碎石中缺少一小部分针片状碎石，使其级配不好而造成的，这一点在2#混凝土中得到验证。3#、4#混凝土刚出槽时，其和易性比1#和5#～8#混凝土好。平常使用的连续级配碎石，其针片状碎石含量也为10%左右。从表6中的数据和当时试验情况可以看出，随着针片状碎石含量的增加，其和易性变差。8#混凝土中针片状碎石含量为40%，级配非常不理想，其坍落度为19.0cm，扩展度只有45.0cm，新拌混凝土出槽后，很快停止流动，有比较明显的泌水离析现象。从表6数据还可以看出，针片状碎石也影响混凝土坍落度损失和扩展度损失，随着针片状碎石含量的增加，坍落度损失和扩展损失都有一定程度的增大；但对坍落度损失的影响不太明显，对扩展度损失的影响比较明显。1.4混凝土的强度性能对每组新拌混凝土，测完其坍落度损失和扩展度损失后装模成型。每组成型9块尺寸为15cm×15cm×15cm试模，三条尺寸为10cm×10cm×10cm的试模，以便测试3d、7d、28d混凝土抗压强度值。成型后放于室内，1d后脱模放于标准养护室。到了28天龄期，提前几小时从养护室取出，放于压力机旁把试块晾干，按规范操作万能压力机测试混凝土的抗压强度，其值列于表7。从表7的数据可以看出，混凝土3d抗压强度基本上达到了设计强度表7不同龄期混凝土抗压强度值（MPa）龄期1#2#3#4#5#6#7#8#3d48.346.046.248.045.847.441.040.57d52.051.651.051.749.452.346.246.528d62.461.558.860.059.361.353.455.44广东地质第20卷值的70%～80%，符合设计要求。28d抗压强度值，除了针片状含量较高的7#和8#达不到设计强度值(58.2MPa)外，其余都能达到设计强度值。从表7中数据还可以看出，混凝土3d、7d和28d抗压强度值随着碎石针片状含量的增加而降低，尤其28天抗压强度值，这种降低趋势较为明显。2试验结果分析2.1新拌混凝土的和易性随针片状含量的增加而变差泵送混凝土，为便于泵送与施工，坍落度一般控制在20cm左右，扩展度控制在50cm左右，浆体量、粘聚性适中，不离析不泌水。为使混凝土达到这种好的泵送效果，对粗骨料的质量有一定的要求①。粗骨料的颗粒级配要合理，粒形要好，既要求碎石扁圆、方圆状石头多，又要求针片状石头少，这是因为混凝土在流动过程中，扁圆、方圆状石头是滚动的，摩擦阻力小，坍落度、扩展度大，便于泵送与施工；针片状石头是滑动的，摩擦阻力大，致使坍落度、扩展度小，不利于泵送与施工。同样重量的碎石，针片状碎石的表面积大于扁圆、方圆形碎石。针片状碎石表面积大，吸水量也大，从而造成游离水相对少而使流动性不好。同时，由于针片状碎石表面积大，就需要更多的砂浆去包裹它们；但在浆体量一定的情况下，针片状碎石含量多，却没有足够多的浆体去包裹碎石。致使混凝土粘聚性不好而出现泌水离析现象，最终影响混凝土的泵送与施工。2.2混凝土的抗压强度值随碎石针片状含量的增加而降低混凝土的抗压破型，断裂面有三种情况：第一种是从石头与砂浆带的粘结处断裂；第二种是从砂浆带中断裂；第三种是从石头上断裂［1］。现假定混凝土中除碎石以外，其他成分的品种与用量相同，只考虑碎石质量对混凝土抗压强度值的影响。碎石的级配好和坚韧性好，混凝土的抗压强度值就会高。工程中常用碎石的压碎指标值来表示碎石的坚韧性。压碎指标值小，矿石的坚韧性好；压碎指标值大，碎石的坚韧性差。图1是本次试验所用碎石针片状含量与压碎指标值的关系曲线。针片状含量（10-2）图1碎石针片状含量与压碎指标值的关系①高强与高性能混凝土及其应用第三届学术讨论会论文,19976789110111210203040压碎指标值10-2····第2期潘琨，等：针片状粗骨料对混凝土性能的影响5从图1中可以看出，随着碎石针片状含量的增加，其坚韧性变差，表明在一定压力下，针片状碎石比扁圆、方圆状碎石容易断裂。因此，随着碎石针片状含量的增加，混凝土抗压强度值降低。3结语随着碎石针片状含量的增加，新拌混凝土的和易性变差。因此在混凝土的泵送与施工过程中，坍落度一般应控制在20cm左右，扩展度控制在50cm左右，浆体量、粘聚性适中，不离析不泌水；粗骨料的颗粒级配要合理，粒形也要好，尽量选择扁圆、方圆状石头多的碎石，少用针片状碎石。针片状粗骨料（碎石）含量尽量控制在10%~15%，因为在此范围值内对混凝土的和易性与强度性能影响不太明显。针片状碎石的坚韧性较差，其压碎指标值随着针片状含量的增加而增大，从而造成混凝土抗压强度值降低。因此有效控制针片状粗骨料（碎石）在混凝土土中的含量，不仅便于石场及用石单位泵送与施工，而且有利于提高建筑工程质量。4参考文献1混凝土系列标准应用指南.陆培炎.北京：中国建筑工业出版社，1995