机制砂和石粉的使用指南!配方收好不谢!

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2018-05-29

 机制砂的原料来源大部分是石灰岩和白云岩。美国地质勘查局(USGS)于1995年对美国机制砂母岩的原料进行过一次调查,发现大约有75%的来源是石灰岩和白云岩,主要矿物成分为石灰石(CaCO3)和白云石(CaCO3、MgCO3)。


而天然砂主要的矿物成分为SiO2。骨料的矿物成分不仅与骨料的坚固性息息相关,而且对混凝土界面过渡区的形成和结构也有重要影响。此外,机制砂中石粉的矿物成分(即机制砂的矿物成分)可能会影响石粉参与水泥水化的程度以及水化产物。


机制砂中的石粉:机制砂中径粒小于75um的颗粒含量。


亚甲蓝(MB)值:用以判定机制砂中径粒小于75um的颗粒的吸附性能的指标。


机制砂和河砂之争


长期以来砼行对于到底是用机制砂还是河砂都存在一定的争议。似乎提到机制砂,很多砼行都会淡淡一笑。其实世上没有绝对好与坏的东西,评判一个东西应该把它放在不同的环境、条件下去考虑。


河砂表面光滑,吸水性相对较小,很多人说用河砂的话,则会降低混凝土胶凝材料,单方用水量也容易控制。但如果级配不合理,过细,含泥量过多则会影响混凝土强度与体积稳定性。


机制砂相对于河砂表面粗糙,总体看吸水性大于河砂,但这不是完全否定机制砂的理由。


机制砂性能特征


1、机制砂与河砂相比,由于有一定数量的石粉,使得机制砂的混凝土和易性得到改善。


2、适量的石粉可以起到填充作用,有利于机制砂混凝土强度的提高,但不同强度等级机制砂混凝土对应最佳石粉含量不同。


3、对于体积稳定性的影响研究结论不一,这主要是因为机制砂的品种多样。所谓没有不能用的,只是没找到合适的。


4、对于混凝土开裂敏感性而言,具有一定量的石粉,对抗开裂有利。与保水性提高,抗渗性提高有关。


关于石粉含量的探究


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。




注意:


不同地区机制砂MB值不能完全反映出细粉的含量和矿物成分,要想限制机制砂中粘土类物质的含量需要用石粉含量和MB值两个指标共同控制。


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,认为石粉是一种惰性掺和料,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》中也有关于机制砂石粉含量的描述:“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%-12%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。


增加机制砂中石粉的含量能够提高混凝土的粘聚性,改善混凝土离析、泌水的现象,但是石粉的含量过高会使混凝土变得干稠。


目前的主流观点认为存在一个石粉含量的阈值,未超过这个阈值时,石粉的存在对混凝土坍落度具有积极的作用;超过这个阈值,石粉就会对混凝土的坍落度产生不利影响。李北星等人的研究成果表明,在中高水灰比(0.45~0.6)机制砂混凝土中,石粉的这个阈值介于10%和20%之间。石粉作为掺合料取代部分水泥掺加到混凝土中,随石粉含量增加,混凝土坍落度减小。


怎样用好机制砂?


配制中低强度等级混凝土时很难解决强度富余过大与工作性之间的矛盾,机制砂中的石粉很好地解决了这个矛盾,即在低水泥用量情况下, 配制出工作性符合要求的混凝土。


机制砂中含有的石粉,具有充填空隙、包裹砂粒表面、降低骨料间内阻力的作用,使混凝土容易振捣密实,从而提高混凝土的抗渗性和耐久性。混凝土的单位密度随着石粉含量的增加而提高,其孔隙则随着石粉含量的增加而降低。




当人工砂MB值≤0.5时,石粉中吸附性的粘土类物质很少,可以起到减水作用,用在混凝土中效果最好,可以用在C60及以上混凝土中。


0.5≤ MB ≤1.0时,人工砂中会含有少量的粘土类物质,对混凝土性能影响不明显,还能改善混凝土的和易性,可用在C30~C55混凝土中。


1.0 ≤MB ≤1.4时,石粉中含有较多的粘土类物质,对混凝土用水量有一定的影响,但并不影响混凝土的质量,可以正常使用,用于C25及以下的混凝土中,还能避免低强度等级混凝土中胶凝材料用量较少和易性差的问题,使强度和耐久性达到保证。


MB>1.4时,石粉在粘土类物质含量很多,用于混凝土中对其工作性带来很大的不利影响,影响强度和耐久性。


问题大讨论之有效水胶比


为什么一般情况下,用人工砂比天然砂混凝土水灰比放大0.05 后,配制的混凝土强度不但不降,反有提高? 


有效水胶比 (water to binder ratio,w/b)  :混凝土中骨料饱和面干含水量以外的用水量与胶凝材料总量的质量比。




张裕民等人做过机制砂与天然砂的电镜分析,观察发现石灰石质人工砂与水泥水化凝胶间结合紧密,界面处无裂缝 。而天然砂与水泥水化界面多有裂缝,16 张照片中,有14 张界面有裂缝。有的宽度达1~2μm。




机制砂混凝土配合比原则


1、关于细度模数,机制砂宜取2.6-3.0,不宜大于3.1。


2、关于级配建议在Ⅱ区为宜。空隙率宜控制在42%以下。


3、对于中低强度等级混凝土,硅质石粉可以控制在7%以下;钙质石粉可以取10-15%,以控制水泥、粉煤灰、矿渣粉用量。


4、对于高等级混凝土,硅质石粉含量宜严格控制,如果是钙质石粉含量可以控制在7-10%,对降低拌合物粘性具有显著效果。


5、机制砂具有碱活性时,混凝土矿物掺合料占胶凝材料比例宜为粉煤灰掺量不低于30%;矿渣粉不低于40%;含气量不低于4.0%。


6、机制砂宜采用具有饱和面干骨料的混凝土配合比设计方法。尤其是吸水率高的机制砂。


7、在可以满足施工要求的前提下,尽可能控制坍落度,较小的坍落度,例如120-160mm,混凝土匀质性好,浆骨比低,体积稳定性好。


8、粗骨料采用两级配或三级配分别计量投料,保证级配后的松堆空隙率不大于42%。


9、级配对混凝土强度的影响科学界并未达成共识。有的学者认为,细骨料合理的级配能够提高混凝土的强度;另有学者认为级配差的细骨料配制的混凝土虽然工作性差,但是只要振捣密实,其强度仍然能够满足要求。C.R.Marek认为,已有的细骨料级配标准仅适合用于颗粒形状比较规则的细骨料,对于存在较多针片状颗粒的机制砂则不适用。


10、TahirÇelik的研究表明,即使机制砂中的石粉含量高达30%,混凝土抗压强度还是比不含石粉的对照组高。也就是说,常规的石粉含量(5~20%)不会对混凝土的抗压强度产生不利影响。当把石粉用于掺合料掺加到混凝土中,会使混凝土抗压强度下降。所以不要乱加石粉,但是选择高石粉含量的机制砂不一定会降低混凝土抗压强度。


使用机制砂时配比秘方大揭秘


在生产使用机制砂的过程中,应该尽可能利用储量巨大的细河砂与尾矿细砂。这些地区的天然砂、尾矿砂都存在偏细(细度模数小于1.4)的现象。将人工粗砂和天然或人工细砂按一定比例混合成混合砂应用的工程实例越来越多,出现了用机制粗砂和细砂组成的混合砂。这一方法值得关注。


例如天然河砂的表观密度为2670 kg/m3,细度模数为2.1,含泥量2.8%。机制砂细度模数3.7。




人工砂与细砂按不同比例掺配,可配制出和易性良好的C20~C50各强度等级混凝土,且实际强度均达到设计强度的115%以上,初始坍落度大于200mm。


人工砂与细砂混凝土的抗渗性良好,能满足建筑物部件对抗渗性的要求;氯离子渗透系数为158×10-14m2/s,比天然中砂混凝土的低;  


在硫酸盐侵蚀试验中,经过30次干湿循环以后,质量增加量和强度减少量都能满足要求,抗硫酸盐侵蚀性能优于天然中砂混凝土;


从人工砂与细砂混凝土的SEM形貌图可以看出,人工砂与水泥石的界面结合状况良好且混凝土的密实度较高,力学性能得到改善。

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