石子參數(shù)對(duì)混凝土強(qiáng)度影響的再探討
摘 要:敘述了石子的粒徑、壓碎指標(biāo)等參數(shù)對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響,并研究了怎樣利用淮南地區(qū)不理想的碎石配制高強(qiáng)混凝土的方法。
關(guān)鍵詞:混凝土強(qiáng)度;石子粒徑;壓碎指標(biāo)
1 概述
土木工程施工前的重要準(zhǔn)備工作之一是進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì),混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)混凝土四大組成材料都有具體的要求,其中對(duì)石子的要求是依據(jù)行標(biāo)《普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》(J GJ53 - 92) 規(guī)定,該標(biāo)準(zhǔn)中,對(duì)石子的含泥量、泥塊含量、針片狀含量等都提出了具體要求。通常情況下,在配制的低中強(qiáng)度混凝土?xí)r,滿足了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求的石子,對(duì)混凝土強(qiáng)度不會(huì)產(chǎn)生大的影響。但隨著混凝土強(qiáng)度的提高,對(duì)石子的要求也越加嚴(yán)格,除要滿足以上所提標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的要求,還要涉及石子的其他參數(shù)要求。筆者在進(jìn)行淮南市劉莊礦井壁高強(qiáng)混凝土設(shè)計(jì)時(shí),遇到了石子的狀態(tài)參數(shù)對(duì)中高強(qiáng)混凝土配合比設(shè)計(jì)產(chǎn)生重大影響的情況,就此展開了一些研究,現(xiàn)提出來與同行探討。
2 石子強(qiáng)度對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響
劉莊煤礦是設(shè)計(jì)能力為300 ×104 t 的新煤礦,有主、副、風(fēng)井各一個(gè),井壁混凝土設(shè)計(jì)中,最高強(qiáng)度等級(jí)為C50 和C55 的高流態(tài)、抗?jié)B抗凍混凝土。為降低成本,根據(jù)施工方要求,石子用淮南本地產(chǎn)石灰?guī)r碎石,其混凝土設(shè)計(jì)用原材料情況如下:
水泥:42. 5 級(jí)巢湖普通水泥;砂子:細(xì)度模數(shù)2. 6 淮濱砂;石子:淮南八公山區(qū)石灰?guī)r碎石,粒徑為20~40mm;水∶自來水;外加劑:蒙城防水劑廠FS - A 混凝土外加劑。其中,石子參數(shù)如表1 所示。
表1 八公山20~40mm石灰?guī)r碎石試驗(yàn)指標(biāo)檢驗(yàn)結(jié)果
篩孔尺寸(mm) |
累計(jì)篩余率( %) |
標(biāo)準(zhǔn)值( %)
|
10 |
100 |
95~100 |
20 |
95. 0 |
90~100 |
31. 5 |
84. 5 |
80~100 |
50 |
0 |
0 |
由以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,該石子的含泥量等指標(biāo)均滿足J GJ53- 92 標(biāo)準(zhǔn)要求,可用來配制井壁混凝土。
2. 1 混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)
用上述材料配制C50 、C55 混凝土,其結(jié)果如表2 所示。
表2 混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)
強(qiáng)度等級(jí) |
配合比 |
28d 平均強(qiáng)度 (MPa) |
最大值 (MPa) |
最小值 (MPa) |
組數(shù)
|
破壞 特征 |
C50 |
1∶1. 26∶2. 32∶0. 32 FS - A 8 % |
48. 6 |
50. 8 |
47. 1 |
6 |
石子劈裂 |
C55 |
1∶1. 12∶2. 08∶0. 30 FS - A 8 % |
49. 2 |
49. 2 |
48. 6 |
5 |
石子劈裂 |
注:其他項(xiàng)目試驗(yàn)結(jié)果:表觀密度2. 71g/ cm3 ;泥塊含量:0. 10 %;含泥量0. 45 %;針片狀含量: 6. 50 %;壓碎指標(biāo)值: 9. 50 %。篩分結(jié)果: 為20~40mm 級(jí)配合格的碎石。
2. 2 強(qiáng)度試驗(yàn)分析
普通混凝土破壞的方式通常有三種,一是水泥漿與石子之間界面的破壞;二是水泥漿的破壞;三是石子本身的破壞。當(dāng)水灰比較大時(shí),易發(fā)生界面破壞和水泥漿破壞,而水灰比較小時(shí),常發(fā)生石子破壞。由上述強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果可看出,配制的C50 、C55混凝土,均在50MPa 以下破壞,且破壞原因是石子劈裂破壞引起的,說明是石子強(qiáng)度不夠引起的C50 和C55 混凝土幾乎在同一強(qiáng)度大小處破壞,也就是說所用的八公山20~40mm 石灰?guī)r碎石只能配制50MPa 以下的混凝土。
2. 3 提高石子強(qiáng)度的措施
為滿足配制C55 混凝土的要求,原有石子的強(qiáng)度需進(jìn)一步提高,具體采用二種方法,一是減小原有石子的粒徑;二是使用強(qiáng)度高的石子。
減小原有石子的粒徑,是指用八公山區(qū)16~31. 5mm 石灰?guī)r碎石代替原來20~40mm 碎石,因淮南各石子廠生產(chǎn)工藝較落后,破碎機(jī)破碎成的10~20mm 石子針片狀含量太高,因此沒有選用10~20mm 碎石。
表3 八公山16~31. 5mm石子混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)
強(qiáng)度等級(jí) |
配合比 |
28d 平均強(qiáng)度 (MPa) |
最大值 (MPa) |
最小值 (MPa) |
組數(shù)
|
破壞 特征 |
C50 |
1∶1. 26∶2. 32∶0. 32 FS - A 8 % |
52.3 |
53.2 |
49.8 |
5 |
石子劈裂 |
C55 |
1∶1. 12∶2. 08∶0. 30 FS - A 8 % |
53.6 |
54.3 |
51.8 |
5 |
石子劈裂 |
由以上試驗(yàn)可知, 當(dāng)石子粒徑由20 ~ 40mm 改為16 ~31.5mm時(shí),從混凝土破壞形態(tài)上看,仍然是石子劈裂破壞引起混凝土破壞,但混凝土強(qiáng)度有所提高,這說明對(duì)高強(qiáng)混凝土來說,隨著骨料粒徑的減小,石子強(qiáng)度會(huì)增大,分析原因可能是由于骨料尺寸越大,其石子內(nèi)部存在的薄弱層越多,其強(qiáng)度也就越低,導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度越低。當(dāng)大石子破碎成小石子時(shí),必然是沿著石子內(nèi)部薄弱層碎裂,這樣小石子內(nèi)部更密實(shí),強(qiáng)度也就越高。另外,小粒徑骨料表面積大,能增加石子和水泥漿的接觸面積,界面受力更均勻,使混凝土受壓時(shí)強(qiáng)度更高。
因八公山16~31. 5mm 石kj_9†Y_k子仍然沒有配制出石并沒有配制出C55 混凝土,說明碎石壓碎指標(biāo)即使?jié)M足了標(biāo)準(zhǔn)要求,也不一定能配制出高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土。因此,石子的壓碎指標(biāo)只能是判斷石子強(qiáng)度的間接指標(biāo),沒有石子立方體抗壓強(qiáng)度值準(zhǔn)確。
表4 九龍崗石子、懷遠(yuǎn)石子的混凝土強(qiáng)
強(qiáng)度等級(jí) |
配合比 |
28d 平均強(qiáng)度 (MPa) |
最大值 (MPa) |
最小值 (MPa) |
組數(shù)
|
破壞 特征 |
C50 |
1∶1. 26∶2. 32∶0. 32 FS - A 8 % |
56.8 |
57.9 |
53.7 |
5 |
石子劈裂 |
C55 |
1∶1. 12∶2. 08∶0. 30 FS - A 8 % |
60.8 |
63.5 |
59.5 |
5 |
石子劈裂 |
由上述試驗(yàn)可知,九龍崗石子強(qiáng)度高于八公山石子,但從混凝土破壞形式上看,仍是石子破壞,且仍有一部分混凝土強(qiáng)度沒有達(dá)到55MPa 以上,而懷遠(yuǎn)花崗巖石子強(qiáng)度則高得多,其配制的混凝土破壞形式是水泥漿破壞引起的,為穩(wěn)妥起見,最后確定,配制C50 混凝土用九龍崗16~31. 5mm 石灰?guī)r碎石,配制C55 混凝土則用懷遠(yuǎn)16~31. 5mm 花崗巖碎石。
3 石子壓碎指標(biāo)對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響
石子的強(qiáng)度可用抗壓強(qiáng)度和壓碎指標(biāo)表示。碎石抗壓強(qiáng)度 值是指將母巖制50mm 的立方塊,在水飽和狀態(tài)下測(cè)得的極限抗壓強(qiáng)度值。壓碎指標(biāo)值是指將石子裝入圓筒內(nèi),在規(guī)定壓力下特壓,經(jīng)2. 5mm 篩子過篩,篩下去的石子重量占原有石子總重量的百分?jǐn)?shù)。因?qū)⑹又瞥闪⒎襟w試件的過程復(fù)雜,所以一般情況下都用壓碎指標(biāo)來反映石子的強(qiáng)度。
對(duì)上述幾種石子的壓碎指標(biāo)值測(cè)試結(jié)果如表5 。
表5 各種石子的壓碎指標(biāo)
石子產(chǎn)地及規(guī)格 |
壓碎指標(biāo)值 |
組數(shù) |
八公山20~40mm 石灰?guī)r碎石 |
12. 6 |
2 |
八公山16~31. 5mm 石灰?guī)r碎石 |
10.8 |
2 |
九龍崗16~31. 5mm 石灰?guī)r碎石 |
9.8 |
2 |
懷遠(yuǎn)16~31. 5mm 花崗巖碎石 |
8.5 |
2 |
根據(jù)《普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》(JGJ53 - 92) 標(biāo)準(zhǔn),對(duì)石子壓碎指標(biāo)的限量如表6 所示。
表6 石子壓碎指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值要求
巖石品種 |
混凝土強(qiáng)度等級(jí) |
壓碎指標(biāo)( %) |
水成巖(如石灰?guī)r) |
C55~C40 |
≤12 |
火成巖(如花崗巖) |
C55~C40 |
≤13 |
由表5 、表6 對(duì)比可知,除八公山20~40mm 石灰?guī)r碎石的壓碎指標(biāo)超標(biāo)外,其余石子的壓碎指標(biāo)都滿足要求,而由前述強(qiáng)度試驗(yàn)可知,八公山16~31. 5mm 碎石和九龍崗16~31. 5mm 碎石并沒有配制出C55 混凝土,說明碎石壓碎指標(biāo)即使?jié)M足了標(biāo)準(zhǔn)要求,也不一定能配制出高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土。因此,石子的壓碎指標(biāo)只能是判斷石子強(qiáng)度的間接指標(biāo),沒有石子立方體抗壓強(qiáng)度值準(zhǔn)確。
4 結(jié)束語(yǔ)
(1) 石子粒徑越小,其強(qiáng)度越高,其配制的中高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度會(huì)隨之提高。
(2) 一般情況下,花崗巖石子配制中高強(qiáng)度等級(jí)混凝土較理想。
(3) 碎石的壓碎指標(biāo)滿足標(biāo)準(zhǔn)時(shí),未必就能配制中高強(qiáng)度等級(jí)混凝土。
參考文獻(xiàn):
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[ 2 ] 張仁水,吳保群,倪修全. 建筑工程材料[M] . 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社, 2000 ,1.
編輯:
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