APP下载

粗骨料形状系数对自密实混凝土性能的影响

2016-12-08郑灼知刘晓钰

商品混凝土 2016年11期
关键词:片状形状骨料

郑灼知,刘晓钰

(1. 成都七中嘉祥外国语学校,四川 成都 610000;2. 中建商品混凝土(成都)有限公司,四川 成都 610000)

粗骨料形状系数对自密实混凝土性能的影响

郑灼知1,刘晓钰2

(1. 成都七中嘉祥外国语学校,四川 成都 610000;2. 中建商品混凝土(成都)有限公司,四川 成都 610000)

在自密实混凝土中,粗骨料对自密实混凝土性能具有较大影响。本文通过研究粗骨料形状系数对自密实混凝土性能的影响,提出了评价粗骨料形状系数的方法,并测试了使用不同形状系数的粗骨料,其自密实混凝土的工作性能以及力学性能,包括坍落度、扩展度、V 型槽时间和强度等。

自密实混凝土;粗骨料;形状系数

粗骨料是混凝土的主要组成部分之一,特别是在自密实混凝土中,粗骨料的种类、强度、体积率、最大粒径、形状系数以及级配都将导致自密实混凝土的不同性能[1]。而且,自密实混凝土有着良好的流动性和密实性,对粗骨料的要求就会更高,根据《自密实混凝土应用技术规程》的要求[2],粗骨料宜采用连续级配或两个单粒级配的石子,最大粒径不宜大于 20mm;石子的含泥量、泥块含量及针片状颗粒含量宜符合要求;石子的空隙率宜小于 40%[3]。

混凝土的一般组成可以分为固相和液相,液相也就是水泥浆,固相就是粗骨料。一般都是水泥浆带动粗骨料流动,而自密实混凝土要求有比较好的流动性,可见自密实混凝土中,粗骨料对流动性的影响很大[4]。对于骨料种类、级配、针片状颗粒等指标均相同的粗骨料而言,可以用石头颗粒的形状系数来评价骨料对自密实混凝流动性的影响,而在一些研究中,形状系数的不同会影响自密实混凝土拌合物的塑性粘度和屈服应力[5]。可见,研究粗骨料形状系数对自密实混凝土性能的影响是非常有必要的。

1 试验内容

1.1 粗骨料形状系数确定

粗骨料长、宽、高分别为 L、B、T,等轴率 k=B/L,薄片率 λ=T/B,粗骨料等轴率和薄片率分别反映其粒形呈针片状的程度[6]。粗骨料等轴率和薄片率越大,粗骨料中针、片状颗粒的比例越高,其总体表面积和空隙率也会越大,从而使粗骨料的压碎值增大,不利于粗骨料骨架的形成,进而会影响混凝土的流动性和最终的强度[7]。

本试验采用 Heywoodde的建议[8],令粗骨料形状系数m=B/T、n=L/B (L≥B≥T),即 m=1/λ、n=1/k。Mora[9]等认为:相同来源、相同产地的粗骨料应该多多少少具有相同的粒形特征,这样就可以根据粗骨料颗粒宽度(B)来计算其平均厚度(T):

这样粗骨料颗粒体积 V 可用式 (2) 计算:

式中,A 为粗骨料颗粒投影面积。将每一颗粗骨料颗粒的体积加起来,再乘以粗骨料的密度 ρ,即可得到粗骨料的总质量 M:

式中:N为粗骨料颗粒总数。根据式(3)可以得到 λ 倒数的计算式,为:

将实测的粗骨料质量和密度,以及用 IPP 软件(全称Image-Pro Plus,是由美国 Media Cybernetics 公司开发的一种功能强大的 2D 和 3D 图像处理、增强和分析软件,具有异常丰富的测量和定制功能,是世界最顶级的图像分析软件包,被广泛应用于质量控制、材料成像及其它的多项科研、医学与工业用途)分析得到的粗骨料颗粒的宽度和投影面积 A 代入 (4) 中,即可计算得到粗骨料的 m 值[10]。

n 值由 IPP 软件分析得到的粗骨料长度和宽度直接计算得出。

1.2 试验配比

将所选碎石分成 A1、A2、A3 三组,各组中碎石级配相同,如表 1 所示。人为调整各试验组中针片状碎石的含量,使 A1 均是球型碎石,A2 球型和针片状各一半,A3 均是针片状碎石。

表1 碎石级配

根据前期试配与优化结果,以 C50 强度为标准,所选自密实混凝土配合比如表 2 所示。

表2 自密实混凝土配合比 kg/m3

2 试验结果与分析

2.1 粗骨料形状系数

应用 Image-ProPlus 6 对所拍石子进行图像处理,背景选用白纸避免颜色干扰,拍摄时白纸底部放置刻度尺作为标尺,所拍图像如图1 所示,计算所得粗骨料形状系数如表 3。

图1 碎石形状轮廓

表3 粗骨料形状轮廓系数

2.2 自密实混凝土工作性能测试

根据自密实混凝土配比分别配制混凝土,对配制的 3 组自密实混凝土分别进行工作性能,测试结果见表 4。

表4 自密实混凝土工作性能测试结果

从上面的试验数据可以看出,随着粗骨料的针、片状含量越多,即随着 m 和 n 值的增大,自密实混凝土的工作性能越差。这是因为粗骨料针、片状结构在混凝土拌合物流动中一般会呈平置状态,砂浆体对垂直于流向的颗粒表面的推动力是颗粒流动的主要动力[11-12],当粗骨料颗粒中针、片状的含量较多时,空隙率和比表面积会增大,与砂浆体接触面增加,使得表面吸水量增加,摩擦阻力增加,这会导致混凝土和易性降低;一定量的砂浆体填充到颗粒间的空隙中去,剩余的浆体数量减少,导致混凝土拌合物内部起润滑作用砂浆层厚度减少,而在砂浆的性质固定时,自密实混凝土的工作性能就由这层膜的厚度决定,砂浆层厚度的减少,会使混凝土在整体运动中阻力增加,功能性能降低,导致出现 V 型槽流出缓慢,离析现象;而相反的,形状规则的粗骨料在混凝土流动中受力均匀,能保证较好的整体性,提高自密实混凝土的工作性能。

2.3 自密实混凝土力学性能测试

选用 100mm×100mm×100mm 的标准混凝土试块模具,在标准养护室中养护得到的强度结果见表 5。

表5 自密实混凝土力学性能测试结果

分析上面的强度数据可以看出,试配以 C50 强度为标准,在 A1、A2、A3 组中,随着粗骨料中针片状含量的增加,强度在逐渐减小,当石头组成均为针片状时,强度已经达不到实际施工的要求,因为针片状碎石坚韧性较一般的石头差,其压碎指标值随着针片状含量的增加而增大,从而造成自密实混凝土强度值的降低[13-14]。

3 结语

(1)本试验通过调整粗骨料 m、n 的值,使 m、n 越接近 1,粗骨料越接近球形,测试自密实混凝土的工作性能,试验结果表明随着粗骨料中针片状含量的增加,即 m、n 值越大,工作性能越差,在做 V 型箱试验中出现流出缓慢,离析的现象。

(2)在对拌合物进行工作性能测试后,对其进行力学性能测试,强度测试结果表明随着 m、n 值的增加,自密实混凝土 28d 抗压强度逐渐减小,在全针片状的试验组还出现强度不能满足要求的情况。

[1] 黄晓峰.粗骨料形状对混凝土物理和力学性能的影响[D].杭州:浙江工业大学,2010.

[2] JGJ/T 283—2012.自密实混凝土应用技术规程[S].

[3] 徐欢,刘清,何原野,等.粗骨料(卵石)对自密实混凝土性能影响试验研究[J].工业建筑,2015, 5: 022.

[4] 熊恩.不同骨料新拌自密实混凝土流变性能测试和数值分析[D].南华大学,2011.

[5] 陈怡,金小群,施建彬,等.粗骨料对自密实混凝土性能的影响[J].浙江树人大学学报(自然科学版),2013,3:007.

[6] 王克科,孙凯.粗骨料对新拌自密实混凝土工作性能和力学性能的影响[J].中华民居,2011,26-33

[7] 邢心魁,刘晶,孙冠晓,等.粗骨料形状对混凝土力学性质的影响[J].混凝土,2014 (2):61-63.

[8] Zhao H, Sun W, Wu X, et al. The effect of coarse aggregate gradation on the properties of self-compacting concrete[J]. Materials & Design, 2012, 40: 109-116.

[9] Antonios Kanellopoulos, Michael F. Petrou, Ioannis Ioannou. Durability performance of self-compacting concrete[J]. Construction and Building Materials,2012,(37):320-325.

[10] Khaleel O R, Al-Mishhadani S A, Razak H A. The effect of coarse aggregate on fresh and hardened properties of selfcompacting concrete (SCC)[J]. Procedia Engineering, 2011, 14: 805-813.

[11] 王海娜.自密实混凝土的骨料比表面法配合比设计及其基本性能研究[D].浙江大学,2007.

[12] 陈春珍.自密实混凝土性能及工程应用研究[D].北京工业大学硕士学位论文,2010.

[13] 张宁.自密实混凝土的研究现状及其发展方向讨论[J].广东建材,2015,11:13-15.

[14] 袁润章.胶凝材料[M].武汉理工大学出版社,1996.

[通讯地址]成都市高新区交子大道 177 号中海国际中心 B座 22 楼 中建科技部(610000)

郑灼知,目前就读于成都七中嘉祥外国语学校,2016 年暑期在中建商品混凝土(成都)有限公司参与科研实践工作。

猜你喜欢

片状形状骨料
挖藕 假如悲伤有形状……
低品质再生骨料强化技术研究
片状变燃速发射药燃烧性能的数值计算
砖混建筑垃圾再生骨料应用技术指标系统化研究
你的形状
控制片状α-Al2O3粉体形貌影响因素的研究
骨料自动温控技术
膜式法片状固碱蒸发浓缩工艺安全设计
崩解速溶型片状洗涤剂的研制
心的形状