结晶灰岩与炭质灰岩人工砂对混凝土的影响

张润涛 兰肃 师存禄 史秀梅 李进京

摘要：人工砂在商品混凝土中应用已经越来越广泛，其不同的物理性质对混凝土的性质产生重要的影响。采用结晶灰岩和炭质灰岩人工砂为原材料制作混凝土，考察了人工砂性质对混凝土的坍落度、抗压强度、抗冻性等性质的影响，为制定合适的配合比提供依据，保证了混凝土质量，方便了混凝土的施工。

关键词：结晶灰岩；炭质灰岩；坍落度；抗压强度；抗冻性

中图分类号：TU375 文献标识码：A 文章编号：

Abstract:Artificial sand used in the goods concrete has become increasingly widespread , whose physical properties have an important impact on the nature of concrete.The concrete were produced by crystalline limestone and carbonaceous limestone in this paper, the slump、 compressive strength and frost resistance of which are preliminary studied , which provides a reference for concrete proportioning design.

Key words: crystalline limestone;carbonaceous limestone;slump;compressive strength;frost resistance

引言

某抽水蓄能电站地处江苏省常州市，该电站主体工程混凝土骨料采用树管石料场开采的石料加工轧制，石料主要由结晶灰岩与炭质灰岩构成，其比例为6:4，在同一砂石加工系统生产的人工砂存在着岩性、细度模数等性质的差异，对混凝土力学性能产生了影响，因此为保证混凝土工程质量，有必要研究结晶灰岩与炭质灰岩轧制的人工砂对混凝土性能的影响。

1 实验主要仪器

表1：

2 原材料检验

采用安徽海螺牌出厂日期为2011年9月24日，批号为P410057， P·O42.5级水泥，检验的各项性能均满足GB175-2007《通用硅酸盐水泥》标准要求；采用江苏国力Ⅰ级粉煤灰出厂日期为2011年09月20日，批号为20110920-200，其各项性能指标满足GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中的技术要求；外加剂采用浙江五龙化工股份有限公司的ZWL-a缓凝高效减水剂，各项目检测结果均满足DL/5100-1999《水工混凝土外加剂技术规程》的相关要求；混凝土拌和及养护用水检测结果满足JGJ63-2006《混凝土用水标准》技术要求；粗、细骨料均由树管料场生产，检验结果均满足DL/T5151-2001《水工混凝土砂石试验规程》的要求，其中细骨料主要为结晶灰岩人工砂和炭质灰岩人工砂，，检验结果见表2、颗粒级配见表3。

表2

表3

3 混凝土配合比实验及结果

根据混凝土设计配制强度，选择不同水灰比进行混凝土试拌试验。细骨料分别选用同一砂石生产系统生产的结晶灰岩人工砂和炭质灰岩人工砂。混凝土配合比及实验结果见表4、表5.、表6、图1、图2.

表4.

表5.

表6.

图1.不同配合比结晶灰岩、炭质灰岩人工砂配制混凝土出机口坍落度

Fig.1 The slump of concrete produced by crystalline limestone and carbonaceous limestone artificial sand

图2.不同配合比结晶灰岩、炭质灰岩人工砂配制混凝土28d抗压强度

Fig.1 The 28d compressive strength of concrete produced by crystalline limestone and carbonaceous limestone artificial sand

4 结果分析

4.1坍落度结果分析

新拌混凝土流动性的阻力主要来自于以下两方面：一为骨料颗粒间的摩擦力，其大小主要取决于颗粒表面水泥浆层的厚度；二为水泥浆的粘聚力，主要取决于水泥浆的稠度【1】。由于结晶灰岩人工砂比炭质灰岩人工砂的细度模数低，相当于增加了骨料颗粒的总表面积和空隙率，在水胶比相同的条件下，减少了包裹在骨料颗粒表面的水泥浆润滑层厚度，增加了骨料颗粒间的摩擦力，从而降低了混凝土的流动性，因此结晶灰岩坍落度比炭质灰岩坍落度低；而随着水胶比的下降，这两种人工砂拌制的混凝土，其坍落度都呈现下降的趋势，但炭质灰岩人工砂配制的混凝土坍落度下降趋势较明显。

4.2抗压强度结果分析

由实验结果可以得出：无论是炭质灰岩还是结晶灰岩人工砂配制的混凝土，随着水胶比的下降，抗压强度升高，这是由于在混凝土能充分密实的情况下，水胶比愈小，水泥石中的孔隙愈少，水泥浆与骨料粘结愈好，混凝土的强度就愈高。随着龄期的增长，结晶灰岩比炭质灰岩人工砂配制的混凝土的抗压强度低的趋势越来越明显。这是因为结晶灰岩所含的石粉含量和小于0.08mm颗粒含量远多于炭质灰岩，这些颗粒会粘附在砂子表面，妨碍水泥与砂的粘结，降低混凝土的强度【2~3】。

4.3抗冻性结果分析

随着水胶比的下降，两种人工砂配制的混凝土的抗冻性均呈明显地上升趋势，但在相同配合比下抗冻性差别不明显。混凝土抗冻性的影响因素主要有混凝土的密实程度、内部孔隙结构、饱水程度等。由于在混凝土硬化过程中随着多余水分的蒸发，水泥砂浆的泌水，会留下许多连通的气孔，以及粗骨料下部界面聚集有水膜而形成气孔，造成了混凝土密实程度下降。随着水胶比的下降，多余水分减少，泌水减少，遗留的孔隙通道也减少，使得混凝土的密实度上升，抗冻性上升。

5 结论

（1）无论是结晶灰岩还是炭质灰岩人工砂配制的混凝土，其坍落度都随着水胶比的下降而下降，但炭质灰岩人工砂配制的混凝土坍落度下降趋势明显；

（2）无论是炭质灰岩还是结晶灰岩人工砂配制的混凝土，其抗压强度都随着水胶比的下降而升高，但结晶灰岩人工砂比炭质灰岩人工砂配制的混凝土抗压强度随龄期增加上升的速度慢；

（3）为了满足施工方便和降低成本，在保证混凝土质量的前提下，可以按照使用部位的设计要求分别使用炭质灰岩和结晶灰岩人工砂配制的混凝土。

参考文献

[1] 张承志. 商品混凝土[M]. 北京：化学工业出版社. 2006.

[2] 蔡基伟. 石粉对机制砂混凝土性能的影响及机理研究[M]. 武汉：武汉理工大学. 2006.

[3] 邓国才，田先忠，陈静. 掺入磨细石粉对混凝土性能的影响[J]. 商品混凝土，2010,10.