机制砂混凝土配制与施工质量控制教材(-75张)课件.ppt
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1、1机制砂混凝土机制砂混凝土配制与施工质量控制配制与施工质量控制王稷良王稷良 博士博士/研究员研究员交通运输部公路科学研究院交通运输部公路科学研究院2 目 录 机制砂的定义 机制砂的应用背景 机制砂的特性 石粉的作用 机制砂的质量要求 机制砂的制备技术 机制砂混凝土的配制技术 机制砂混凝土的施工控制技术3(一)机制砂的定义(一)机制砂的定义机制砂:机制砂:由机械破碎、筛分制成的,粒径小于4.75mm的岩石颗粒,但不包括软质岩、风化岩的颗粒。其中的75m以下颗粒划入石粉范围。天然砂:天然砂:包括河砂、湖砂、山砂及淡化海砂;混合砂:混合砂:由机制砂和天然砂混合制成的砂;人工砂:人工砂:经除土处理的机
2、制砂和混合砂的统称。4(一)机制砂的定义(一)机制砂的定义 山砂:山砂:主要是云贵等地的特殊叫法,也可指自然山砂;石屑:石屑:采石场在加工碎石的过程中产生的副产物;破碎砂、规范砂、人工砂破碎砂、规范砂、人工砂 俗称。机制砂的几个过渡性名称机制砂的几个过渡性名称5(二)机制砂应用的背景(二)机制砂应用的背景 随着国家对基础设施投资力度的加大,混凝土及砂的随着国家对基础设施投资力度的加大,混凝土及砂的用量急剧增加。用量急剧增加。河砂的掠夺性开采致使河床发生变化,对周围环境产河砂的掠夺性开采致使河床发生变化,对周围环境产生不良影响,目前部分河流已禁止开采河砂。生不良影响,目前部分河流已禁止开采河砂。
3、部分地区石多砂少,河砂资源匮乏。部分地区石多砂少,河砂资源匮乏。20022002年国标年国标建筑用砂建筑用砂首次增加了机制砂作为建筑首次增加了机制砂作为建筑用砂的新品种。用砂的新品种。6(二)机制砂应用的背景(二)机制砂应用的背景 机制砂在水利水电工程应用比较多,其制砂工艺先进,机制砂在水利水电工程应用比较多,其制砂工艺先进,质量稳定。质量稳定。在云贵等溶岩地区缺乏天然砂资源,机制砂在混凝土工在云贵等溶岩地区缺乏天然砂资源,机制砂在混凝土工程中已经得到了普遍的应用。程中已经得到了普遍的应用。在交通行业,机制砂已应用于一般性混凝土工程,但在在交通行业,机制砂已应用于一般性混凝土工程,但在重点工程
4、,特别是在重大桥梁工程中对是否使用机制砂重点工程,特别是在重大桥梁工程中对是否使用机制砂还存在一些疑虑。还存在一些疑虑。机制砂混凝土应用现状机制砂混凝土应用现状7(二)机制砂应用的背景(二)机制砂应用的背景 工程技术人员对机制砂混凝土的性能缺乏认识。工程技术人员对机制砂混凝土的性能缺乏认识。没有形成专门的机制砂混凝土配制技术。没有形成专门的机制砂混凝土配制技术。机制砂行业生产技术水平低下,机制砂质量良莠机制砂行业生产技术水平低下,机制砂质量良莠不齐。不齐。对石粉在机制砂混凝土中的作用研究不够,石粉对石粉在机制砂混凝土中的作用研究不够,石粉含量争议过大。含量争议过大。机制砂应用推广的阻碍机制砂应
5、用推广的阻碍8(三)机制砂的特性(三)机制砂的特性机制砂机制砂河砂河砂矿物组成矿物组成石灰岩、石英岩、花岗岩等石灰岩、石英岩、花岗岩等一般为一般为-石英石英坚固性坚固性好好好好颗粒形状颗粒形状具有棱角、形状不规则,具有棱角、形状不规则,含有不少针片状颗粒含有不少针片状颗粒粒形较圆或较方,棱角少粒形较圆或较方,棱角少颗粒表面颗粒表面较粗糙(较粗糙(粗糙度粗糙度1721S),),表面吸水率高表面吸水率高较光滑,吸水率低较光滑,吸水率低(粗糙度粗糙度1415S)细度模数细度模数一般为中粗砂一般为中粗砂(2.93.6)一般为中砂一般为中砂(2.33.0)级配级配级配不良,级配不良,2.36mm以上及以
6、上及0.15mm以以下颗粒较多,而下颗粒较多,而1.180.3mm颗粒较颗粒较少少级配较好,各粒径范围分级配较好,各粒径范围分布较均匀布较均匀粉体含量粉体含量(0.075mm)粉体为石粉粉体为石粉,未经处理机制砂石粉含量未经处理机制砂石粉含量约为约为15%,国标限定为国标限定为10%,桥规,桥规5%、7%、10%。粉体为泥粉,国标限定为粉体为泥粉,国标限定为1%,3%,5%9(三)机制砂的特性(三)机制砂的特性机制砂的颗粒形貌机制砂的颗粒形貌10(三)机制砂的特性(三)机制砂的特性机制砂的级配机制砂的级配11级配中值级配中值(三)机制砂的特性(三)机制砂的特性机制砂的级配机制砂的级配12(三)
7、机制砂的特性(三)机制砂的特性石粉石粉机制砂中的石粉理化特性机制砂中的石粉理化特性 指岩石破碎过程中,形成的颗粒小于指岩石破碎过程中,形成的颗粒小于0.075mm的的粉末。其吸水率低,液塑限指数低。粉末。其吸水率低,液塑限指数低。泥粉泥粉 指黏土矿物的粉末。其吸水率高,液塑限指数高。指黏土矿物的粉末。其吸水率高,液塑限指数高。13(三)机制砂的特性(三)机制砂的特性 机制砂中机制砂中石粉石粉与天然砂中的与天然砂中的泥粉成分不同泥粉成分不同,粒度分布,粒度分布不同,不包含粘土、页岩、有机物等有害成分,在使不同,不包含粘土、页岩、有机物等有害成分,在使用中所起的作用不同。机制砂中的石粉含量一般都超
8、用中所起的作用不同。机制砂中的石粉含量一般都超过过10%10%,这个含量对大多数混凝土不会产生有害的影,这个含量对大多数混凝土不会产生有害的影响。而响。而天然砂中的泥对混凝土是有害的天然砂中的泥对混凝土是有害的,粘土矿物由,粘土矿物由于其颗粒极细、疏松多孔的特性和它们的表面活性,于其颗粒极细、疏松多孔的特性和它们的表面活性,一般会增加混凝土的拌和用水量,从而牵连混凝土的一般会增加混凝土的拌和用水量,从而牵连混凝土的强度、耐久性和体积稳定性强度、耐久性和体积稳定性。机制砂中的石粉理化特性机制砂中的石粉理化特性14(三)机制砂的特性(三)机制砂的特性 石粉颗粒呈块状,稍具棱角,接近水泥或矿渣。粉磨
9、石粉颗粒呈块状,稍具棱角,接近水泥或矿渣。粉磨后部分棱角被磨掉,轮廓变得稍圆。石粉的细度与水后部分棱角被磨掉,轮廓变得稍圆。石粉的细度与水泥接近,远小于粘土的比表面积。泥接近,远小于粘土的比表面积。机制砂中的石粉理化特性机制砂中的石粉理化特性石粉石粉粉煤灰粉煤灰水泥水泥15(三)机制砂的特性(三)机制砂的特性 机制砂石粉中可能混有一定数量的泥土成分。机制砂石粉中可能混有一定数量的泥土成分。GB/T GB/T 14684-200114684-2001建筑用砂建筑用砂规定了测机制砂石粉含量必规定了测机制砂石粉含量必须先进行亚甲蓝须先进行亚甲蓝MBMB值的检验,以检验小于值的检验,以检验小于75m7
10、5m的颗的颗粒是以石粉为主还是以泥土为主。机制砂的粒是以石粉为主还是以泥土为主。机制砂的MBMB值与砂值与砂中含泥量成线性正比关系,而与石粉含量关系不大;中含泥量成线性正比关系,而与石粉含量关系不大;同时,含泥量一定时,机制砂的同时,含泥量一定时,机制砂的MBMB值与其所含泥粉的值与其所含泥粉的液限成正比。液限成正比。机制砂中的石粉理化特性机制砂中的石粉理化特性16(三)机制砂的特性(三)机制砂的特性机制砂中泥粉及石粉对机制砂中泥粉及石粉对MBMB值的影响值的影响岩性对岩性对MBMB值的影响值的影响石粉含量对石粉含量对MBMB值的影响值的影响17(三)机制砂的特性(三)机制砂的特性泥粉对泥粉对
11、MBMB值的影响值的影响泥粉含量(%)机制砂中泥粉及石粉对机制砂中泥粉及石粉对MBMB值的影响值的影响y=3.7778x-0.6778R2=0.99740.00.20.40.60.81.01.21.41.625%35%45%55%Liquid limit:WL/%when silt content=1%,MBy=0.0012x-3.4608R2=0.99210%2%4%6%8%10%12%25%35%45%55%Liquid limit:WL/%Silt content when MB=1.4/%18(三)机制砂的特性(三)机制砂的特性 机制砂的堆积密度和振实密度均随着石粉含量的增机制砂的堆积
12、密度和振实密度均随着石粉含量的增加而逐渐升高,对于级配较差的机制砂,石粉能明加而逐渐升高,对于级配较差的机制砂,石粉能明显地增加混合物的密实度。显地增加混合物的密实度。机制砂生产过程去除的机制砂生产过程去除的“石粉石粉”中,有一部分颗粒中,有一部分颗粒大于大于75m75m,特别是用螺旋洗砂机洗去的石粉中,特别是用螺旋洗砂机洗去的石粉中,大于大于75m75m颗粒达一半以上,不仅破坏了机制砂的颗粒达一半以上,不仅破坏了机制砂的自然级配,而且浪费资源,污染环境。自然级配,而且浪费资源,污染环境。机制砂中的石粉理化特性机制砂中的石粉理化特性19(三)机制砂的特性(三)机制砂的特性石粉含量对机制砂堆积效
13、果的影响石粉含量对机制砂堆积效果的影响20(四)机制砂对混凝土性能的影响(四)机制砂对混凝土性能的影响 石粉含量对混凝土工作性的影响石粉含量对混凝土工作性的影响C30C60C80石粉含量对混凝土坍落度的影响石粉含量对混凝土坍落度的影响21 石粉含量对混凝土力学性能的影响石粉含量对混凝土力学性能的影响石粉含量对混凝土抗压强度的影响石粉含量对混凝土抗压强度的影响C30C60C80(四)机制砂对混凝土性能的影响(四)机制砂对混凝土性能的影响22 石粉含量对混凝土体积变形性能的影响石粉含量对混凝土体积变形性能的影响石粉含量对新拌混凝土塑性开裂的影响石粉含量对新拌混凝土塑性开裂的影响裂缝数量开裂面积(四
14、)机制砂对混凝土性能的影响(四)机制砂对混凝土性能的影响C60C60混凝土的干燥收缩混凝土的干燥收缩石灰岩石粉对硬化混凝土体积稳定性的影响石灰岩石粉对硬化混凝土体积稳定性的影响24 机制砂机制砂MBMB值对混凝土工作性的影响值对混凝土工作性的影响萘系外加剂萘系外加剂聚羧酸系系外加剂聚羧酸系系外加剂(四)机制砂对混凝土性能的影响(四)机制砂对混凝土性能的影响25 机制砂机制砂MBMB值对混凝土力学性能的影响值对混凝土力学性能的影响MBMB值对值对C30C30混凝土强度的影响混凝土强度的影响MBMB值对值对C60C60混凝土强度的影响混凝土强度的影响(四)机制砂对混凝土性能的影响(四)机制砂对混凝
15、土性能的影响26 机制砂机制砂MBMB值对混凝土力学性能的影响值对混凝土力学性能的影响长期强度长期强度弹性模量弹性模量(四)机制砂对混凝土性能的影响(四)机制砂对混凝土性能的影响27 机制砂机制砂MBMB值对混凝土体积变形性能的影响值对混凝土体积变形性能的影响MBMB值对新拌混凝土塑性裂缝出现时间的影响值对新拌混凝土塑性裂缝出现时间的影响裂缝数量开裂面积(四)机制砂对混凝土性能的影响(四)机制砂对混凝土性能的影响28正效应正效应:u级配效应:级配效应:对于级配较差的机制砂,石粉能明显地增加其堆积密度,对于级配较差的机制砂,石粉能明显地增加其堆积密度,从而完善其级配。从而完善其级配。u增黏效应:
16、增黏效应:在低强混凝土中,补充粉体材料不足,减小泌水,改善在低强混凝土中,补充粉体材料不足,减小泌水,改善低强机制砂混凝土工作性;低强机制砂混凝土工作性;u润滑作用:润滑作用:石粉增加浆体含量,弥补机制砂多棱角和表面粗糙的缺石粉增加浆体含量,弥补机制砂多棱角和表面粗糙的缺点,克服机制砂形貌效应的不良影响;点,克服机制砂形貌效应的不良影响;u微集料效应:微集料效应:石粉微粒增加水泥石的密实度,改善石粉微粒增加水泥石的密实度,改善“次中心区过渡次中心区过渡层层”的结构,增加抗渗性,降低变形性能;的结构,增加抗渗性,降低变形性能;u晶核作用:晶核作用:微细石粉可以诱导水化物析晶,促进微细石粉可以诱导
17、水化物析晶,促进C3S核的核的C3A水化,水化,提高有效结晶产物含量而提高强度;提高有效结晶产物含量而提高强度;u水化增强作用:水化增强作用:石灰岩石粉中石灰岩石粉中CaCO3参与参与C3A的水化反应,生成水的水化反应,生成水化碳铝酸钙,阻止化碳铝酸钙,阻止AFt向向AFm转化。转化。石粉在混凝土中的正负效应石粉在混凝土中的正负效应(四)机制砂对混凝土性能的影响(四)机制砂对混凝土性能的影响29负效应负效应:u比表面积效应:比表面积效应:石粉增大了固体物的总体比表面积,增加了石粉增大了固体物的总体比表面积,增加了用水量的需求水灰比不变时,固体物总表面积的增加,就会使用水量的需求水灰比不变时,固
18、体物总表面积的增加,就会使混凝土工作性降低。达到相同坍落度,会增加对减水剂的需求混凝土工作性降低。达到相同坍落度,会增加对减水剂的需求量量。u重力效应:重力效应:机制砂密度较大,机制砂密度较大,2.36mm颗粒较多,级配不良,颗粒较多,级配不良,形状尖锐和棱角性,使混凝土拌和物显得干涩、易离析泌水,形状尖锐和棱角性,使混凝土拌和物显得干涩、易离析泌水,同时增加了合理砂率。由于机制砂较大的表观密度,会增加混同时增加了合理砂率。由于机制砂较大的表观密度,会增加混凝土拌和物在搬运和捣实过程中的离析倾向,加剧混凝土泌水凝土拌和物在搬运和捣实过程中的离析倾向,加剧混凝土泌水和塑性沉降收缩,影响混凝土表面
19、的耐久性和塑性沉降收缩,影响混凝土表面的耐久性。石粉在混凝土中的正负效应石粉在混凝土中的正负效应(四)机制砂对混凝土性能的影响(四)机制砂对混凝土性能的影响30二重效应二重效应:u水粉比效应:水粉比效应:如果水粉比过大,易产生离析泌水,对于水灰如果水粉比过大,易产生离析泌水,对于水灰比较大的混凝土,可以靠石粉适当降低水粉比,改善粘聚性和比较大的混凝土,可以靠石粉适当降低水粉比,改善粘聚性和增强保水性,减弱离析泌水;在工作性良好的情况下,如果石增强保水性,减弱离析泌水;在工作性良好的情况下,如果石粉含量过高,会使水粉比偏小而降低拌和物的流动。粉含量过高,会使水粉比偏小而降低拌和物的流动。u集粉比
20、效应:集粉比效应:集粉比过大时,不利于浆体填充集料颗粒间的集粉比过大时,不利于浆体填充集料颗粒间的空隙,石粉可以降低集粉比;如果集粉比过小,浆体含量过高,空隙,石粉可以降低集粉比;如果集粉比过小,浆体含量过高,会增加干缩和降低弹性模量。会增加干缩和降低弹性模量。u咬合作用:咬合作用:机制砂颗粒形状不规则,具有棱角性,颗粒之间机制砂颗粒形状不规则,具有棱角性,颗粒之间相互啮合,增加抗折强度和抗拉强度,对混凝土的变形有限制相互啮合,增加抗折强度和抗拉强度,对混凝土的变形有限制作用;集料颗粒的交错分布,润滑所需的浆体层厚度需要增大,作用;集料颗粒的交错分布,润滑所需的浆体层厚度需要增大,要保持同样的
21、流动度,需要更多浆体。要保持同样的流动度,需要更多浆体。石粉在混凝土中的正负效应石粉在混凝土中的正负效应(四)机制砂对混凝土性能的影响(四)机制砂对混凝土性能的影响31二重效应二重效应u稀释效应:稀释效应:如果用石粉取代部分胶凝材料,会直接降低水泥如果用石粉取代部分胶凝材料,会直接降低水泥有效成分的含量,在混凝土中,石粉增加了浆体含量,相对地有效成分的含量,在混凝土中,石粉增加了浆体含量,相对地也降低了水泥在浆体中的比例。过分的稀释会降低水泥或混凝也降低了水泥在浆体中的比例。过分的稀释会降低水泥或混凝土强度,但可以解决强度富裕过多与工作性之间的矛盾。土强度,但可以解决强度富裕过多与工作性之间的
22、矛盾。u表面特性效应:表面特性效应:机制砂粗糙的表面特性,可以增加集料与水机制砂粗糙的表面特性,可以增加集料与水泥浆之间的粘结强度,同时粗糙的表面和创伤微裂隙会增加吸泥浆之间的粘结强度,同时粗糙的表面和创伤微裂隙会增加吸水率,使混凝土显得干涩,而振捣时水分易释放,配制不当易水率,使混凝土显得干涩,而振捣时水分易释放,配制不当易出现泌水现象,同时产生较多的连通孔而降低抗冻性能。由于出现泌水现象,同时产生较多的连通孔而降低抗冻性能。由于高强度混凝土的水灰比很低,水泥石致密少孔,自身已具有很高强度混凝土的水灰比很低,水泥石致密少孔,自身已具有很强抗冻性能;对于中低强度混凝土,可以采用适量的引气剂。强
23、抗冻性能;对于中低强度混凝土,可以采用适量的引气剂。石粉在机制砂中的正负效应石粉在机制砂中的正负效应(四)机制砂对混凝土性能的影响(四)机制砂对混凝土性能的影响32(五)机制砂的质量要求(五)机制砂的质量要求机制砂的质量标准(一)机制砂的质量标准(一)机制砂的分级与规格机制砂的分级与规格机制砂按技术要求分为机制砂按技术要求分为级、级、级、级、级。级。级宜用于强度等级大于级宜用于强度等级大于C60的混凝土;的混凝土;级宜用于级宜用于强度等级强度等级C35C60及抗冻、抗渗或其它要求的混凝土;及抗冻、抗渗或其它要求的混凝土;级宜用于强度等级小于等于级宜用于强度等级小于等于C30的混凝土。的混凝土。
24、机制砂的粗细程度按细度模数分为粗砂、中砂、细机制砂的粗细程度按细度模数分为粗砂、中砂、细砂三种规格,其细度模数分别为:砂三种规格,其细度模数分别为:粗砂:粗砂:3.73.1 中砂:中砂:3.02.3 细砂:细砂:2.21.633机制砂的质量标准(二)机制砂的质量标准(二)机制砂颗粒级配范围机制砂颗粒级配范围砂的实际颗粒级配与表中的数字相比,除砂的实际颗粒级配与表中的数字相比,除4.75mm和和0.6mm筛档外,可以略有筛档外,可以略有超出,但超出总量应小于超出,但超出总量应小于5。(五)机制砂的质量要求(五)机制砂的质量要求34机制砂的质量标准(三)机制砂的质量标准(三)石粉含量和泥块含量石粉
25、含量和泥块含量(五)机制砂的质量要求(五)机制砂的质量要求35机制砂的质量标准(四)机制砂的质量标准(四)有害物质有害物质指指标标 项项目目 类类 类类 类类 云云母母(按按质质量量计计),%1.0 2.0 2.0 轻轻物物质质(按按质质量量计计),%1.0 1.0 1.0 有有机机物物(按按质质量量计计),%合合格格 合合格格 合合格格 硫硫化化物物及及硫硫酸酸盐盐(按按 SO3质质量量计计),%0.5 0.5 0.5 氯氯化化物物(按按 Cl质质量量计计),%0.01 0.02 0.06 1)有抗冻、抗渗要求的混凝土,机制砂中云母含量不应大于)有抗冻、抗渗要求的混凝土,机制砂中云母含量不应
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