在一般混凝土中砂所占的比例一般为30%-40%,所以砂对混凝土拌合物和硬化后性能都有重要影响。
(1)机制砂一般为机械破碎而成,其表面多菱角,比天然砂粗糙,表面积大,堆积空隙率高,相比天然砂沙在配置相同和易性混凝土下需要增加用水量和胶凝材料用量。不同工艺制作出的机制砂颗粒也有较大差异,通常认为表面比较圆滑、针片状少的颗粒,配置的混凝土性能更加良好,或达到相同工作性能下,需要较少的浆体包裹,可减少用水量和胶凝材料用量。但在长期的试拌中发现,在同样水胶比和同等和易性下,多菱角颗粒堆积空隙率高增大了机制砂和浆体的接触面积从而更加牢固的粘结在一起,所以多菱角粗糙的颗粒对混凝土的抗压强度和抗折强度都有提高,同时也增大了混凝土的渗透性。
()对于混凝土工作性质的影响而言,砂表面纹理的影响没有级配和颗粒形状的影响明显,但如果在相同级配和同样颗粒形状下,表面纹理也会影响颗粒的堆积空隙率,同样影响混凝土需水量和胶凝才料用量。相比具有光滑纹理的颗粒,纹理凹凸的颗粒在粒径变小时,堆积空隙率更大,同等条件下会使混凝土变得干稠工作性能变差,但如果在同等水胶比,且保证混凝土有良好的工作性能,表面纹理越粗亦可以提高颗粒与浆体之间更加牢靠的粘结,从而有利于提高混凝土抗压和抗折强度。但砂颗粒表面粗糙虽然有利浆体与砂粘结度的提高,但粗糙的表面同时也增加了表面的空隙率,也必将导致吸水率的增大,在混凝土硬化后颗粒表面与浆体之间水分蒸发,混凝土内部孔隙率增大导致抗渗性降低,可能导致混凝土强度与耐久性降低。
(3)机制砂颗粒的级配对混凝土拌合物的工作性能以及硬化后强度和耐久性也起着举足轻重的作用。混凝土本身是一个混合材料的堆积体,经过水化硬化后形成一个可以承受抗压、抗拉、抗渗等性能的建筑综合材料。在机制砂代替天然沙掺入混凝土中,一方面机制砂与胶凝材料在前期形成润滑的浆体来包裹骨料支持混凝土的流动性,后期硬化成水泥石,另一方面来填充骨料间的空隙。如果颗粒级配连续相应堆积密度越大,所需填充的浆体越少,不仅能在能在前期得到较好的流动性还能够在后期提高混凝土的抗渗性能和耐久性,从而减少混凝土的收缩和徐变,如果级配不连续或有断粒级则密实度下降,不利于后期强度和混凝土耐久性。
机制砂石粉含量对混凝土的影响对于天然砂形成而言,主要是岩石被风化或受河水长期冲刷所产生,其较细颗粒75um以下多含有泥粉、黏土、云母及有机质等杂质,这些物质都大多比较惰性,不仅造成混凝土需水量增加而且会阻碍水泥石的水热,还会阻碍水泥石与集料之间的粘结从而导致混凝土后期出现裂纹。
但机制砂中小于75um的石粉为机制砂生产过程中的副产物,其性质与母岩完全相同,因此机制砂和天然砂中的泥粉要区分对待。截止目前很多学者关于石粉含量对机制砂混凝土性能的研究结果大相径庭,一部分认为:石粉相比天然砂增大了混凝土需水量导致混凝土较干稠和易性差,另一部分认为:石粉含量对机制砂混凝土和易性影响存在一个度的问题,影响混凝土和易性的利弊取决于石粉含量的把控。国家建委四局建筑科学研究所的实验结果表明:“灰砂比较大,水灰比较小时,粉末含量增加,稠度下降;灰砂比较小,水灰比较大时,砂浆和易性反而大大改善”。
吴明威等人研究研究了机制砂中0.08mm石粉对混凝土拌合物的影响,认为石粉时一种惰性掺和料,颗粒细小,补充了混凝土中缺失的颗粒,增大了固体表面积对水体积的比例,从而减少了泌水和离析,而且石粉和水泥及水形成柔软的浆体,增加了混凝土的浆体量,从而改善混凝土的和易性。李亚杰在《建筑材料》中也有关于人工砂石粉含量的描述:“人工砂粗颗粒一般含量较多,当将细度模数控制在中砂范围内时,若小于0.16mm的石粉含量过少,往往会使混凝土拌合物的粘聚性较差;但若含量过多,又会使混凝土用水量增加并会影响强度和耐久性。固石粉含量一般控制在6%-1%之间。”因此机制砂中石粉对混凝土性能的影响应该取决于机制砂的级配和配比中的灰砂比和水灰比。
机制砂MB值对混凝土的影响机制砂MB值是国际上确定机制砂中所含细料还是泥粉的一个重要指标。机制砂是由岩石破碎而成,在母岩的采集中难免将山体中泥土等杂质带入,导致机制砂中0.mm以下颗粒中含有部分泥粉,泥粉对混凝土的影响有害无利。
泥粉在混凝土中有两大不利特征:
其一,泥粉颗粒细小表面积大;
其二,其中所含黏土类矿物质吸水性强。同条件下泥粉含量增加,第一,使集料表面积增大,原有浆体不能完全包裹集料集料,水泥石不能完全与集料粘结影响混凝土抗压及抗折强度;第二,石粉中粘土类矿物质吸水性强体积不稳定,使混凝土拌合物变的干稠不利于施工性,后期影响水泥石水化热降低混凝土强以及增大混凝土干缩性。袁杰等人的研究表明:“泥粉含量对不同强度等级混凝土强度的影响是不同的,对低强度等级混凝土的影响不大,而对高强混凝土强度的影响较大,随粘土含量的增加,C30混凝土的抗压强度降低不明显,而C60混凝土抗压强度降低16%。同时,砂中泥粉含量的增加,混凝土抗渗性逐渐变差,混凝土干缩值增大”。研究还表明,当泥粉含量小于3%时,泥粉含量对混凝土的收缩的影响随着泥粉含量的增加而增长的比较缓慢,但当泥粉含量超过3%时,泥粉含量对混凝土的影响将快速增长。Ahn等人还对亚甲蓝值与抗压强度的关系进行了统计,总结出了一个关系式:y=-x+x(x代表被修正的亚甲蓝值,y代表砂浆8天立方体抗压强度),总体来说,随亚甲蓝值增大,混凝土抗压强度下降。
机制砂性能特点在配合比、其他材料、成型、养护条件都相同的条件下:
1、拌合物性能
混凝土和易性较好,人工砂可改善保水性、泌水性、粘聚性。
混凝土类型
使用效果
低强度混凝土
和易性差、泌水,可提高砂率
中高强混凝土
和易性好、可泵性好
大体积混凝土
减少收缩,混凝土综合性能提高
、混凝土力学性能
石粉填充效应
+
多棱角粒型
=
混凝土强度提高
使用机制砂时注意:
不同强度等级混凝土用石粉含量应通过试验确定。
保证塌落度不变的情况下,适当加水,实测强度不变。
3、人工砂的渗透系数
人工砂中石粉含量提高后,抗渗和抗冻性能提高
原因:石粉阻碍气孔与渗水通道的连接。
4、混凝土的粘结
人工砂表明粗糙,粘结性好。
5、混凝土体积稳定性
因砂而异,石粉含量适当,可提高抗裂性,石粉含量过高,降低抗裂性。
6、混凝土抗硫酸盐侵蚀
适量石粉可改善抗硫酸盐侵蚀性能。
使用中常见问题和解决方法1、从源头抓起
现存问题:生产不规范,管理不规范、造假。
解决办法:搅拌站要选好沙厂,将砂厂当作外包方纳入管理,定期抽检砂厂,派人常去砂厂控制质量。
、控制人工砂粒型和级配
(1)粒型
选用专业制砂机械可生产粒型良好的人工砂。
()级配
现状:现阶段人工砂细度模数多在3.0-3.7。
原因:砂厂只注重成本、不重质量,砂厂技术素质较低,需求量大时忽视质量控制。
解决:搅拌站选好合作砂厂,有条件的采用两种砂复掺使用,与机制砂厂合作,自己生产混合砂
3、控制人工砂石粉含量
(1).洗走石粉问题
除泥工序应在石料破碎前进行,就不存在石粉洗走问题,良好的除泥工序能保证人工砂石粉含量控制在7%以内。
().适宜的石粉控制
最优石粉含量因混凝土强度而异,石粉含量控制在7%以内的人工砂适应性强,通常使用石粉含量和MB值作为控制指标。
4、控制人工砂压碎指标
压碎指标是指人工砂在外力作用下抵抗破坏的能力,是间接表现机制砂坚固性的一个重要指标,控制在30%以内最好。
5、控制人工砂中氯离子含量
氯离子含量达到相关标准规定,防止部分厂家拿海砂滥竽充数。
6、控制混凝土早期开裂和收缩
人工砂混凝土的抗裂性能与MB值关系较大,当MB值在0.6-1.8范围内时,混凝土单位面积的总开裂面积和4小时收缩率随MB值增大而增大。
研究表明,混凝土人工砂浇筑后4小时到9小时这段时间的收缩率较大,主要原因是石粉缩短了水泥水化的诱导期。
实际工程中,在满足施工要求的前提下,尽量减小粗骨料的堆积空隙率,使孔隙率小于4%,尽可能控制较小的塌落度。
7、正确引导施工单位,做好人工砂混凝土的湿养护,做到以下几点:
1.湿养护开始时,混凝土表面不存在泌水缺陷;
.湿养护开始时,混凝土表面不存在失水缺陷;
3.湿养护过程中,混凝土表面不存在泌水缺陷。
8、生产质量控制
★砂在装料过程中,注意含水率控制,砂厂应有足够的堆场,先生产的砂先运出。
★在搅拌站,按产地、进料时间分仓堆放,堆放高度不超过10米,做到先进厂先用。
★避免砂含水率过高造成砂粘仓,影响下料进而影响生产。
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