岩石破碎原状机制砂混凝土力学性能试验研究

论文摘要

随着国内需求的拉动,“十二五”计划的展开,各地公路,铁路等基建的投入日益增大,迫切需要大量混凝土,因而需要大量砂子。为了保护生态平衡,国家已明文禁止擅自开挖天然砂,使得天然砂供量远远不能满足混凝土生产的需求。因此,机制砂的开发就显得尤为重要。生产机制砂过程中不可避免地产生一定粒径小于75um的石粉,清除多余的石粉,使得机制砂满足现行规范要求,需要耗费大量能源,并造成了环境污染。本文提出了区别于传统生产工艺的生产流程,在破碎前增加对岩石整体冲洗工序以严格控制成品砂的含泥量,破碎后即为成品砂,无需冲洗或风选,从而保持机制砂的级配和特性,可以称之为原状机制砂。生产实践表明,在达到规范要求的机制砂颗粒级配和细度模数指标范围内,原状机制砂的石粉含量有较大的波动,因此,开展实验研究了原状机制砂中石粉含量对混凝土性能的影响,以期为混凝土工程施工控制提供研究依据。首先选用石粉含量为3%~16%的岩石破碎原状机制砂,通过试验研究了配制强度等级C30、C45和C60混凝土的可行性,并对石粉含量变化对混凝土拌合物工作性能和混凝土基本力学性能的影响规律进行了探讨。结果显示,原状机制砂混凝土配合比设计中确定水灰比时,可采用系数αa=0.55,αb=0.19。在原状机制砂亚甲蓝值符合建筑用砂规范要求条件下,石粉含量由5%放宽到13%是可行的,即可保证混凝土拌合物的工作性能,又可满足现行混凝土结构设计规范对混凝土基本力学性能的要求。接着对石粉含量分别为3%、7%和13%的C30和C45级原状机制砂混凝土在3 d、7 d、14 d、28 d、56 d、90 d、120 d、150 d和180 d等各龄期内的立方体抗压强度进行了试验研究,分析了石粉含量对强度的影响,得出了180d龄期内的强度发展规律,并提出了C30和C45机制砂混凝土在任一龄期内的立方体抗压强度拟合公式,试验表明,原状机制砂中石粉对混凝土强度的影响与普通机制砂生产中产生的混有一定泥粉的石粉对强度的影响有本质的不同,对于强度等级为C30和C45的原状机制砂来说石粉含量5%这一限值过于严格是不合适的。结合课题组前期研究,利用不同水泥品种、不同水灰比下大量原状机制砂混凝土立方体抗压强度试验研究结果,根据混凝土强度与水灰比间的关系拟合出了原状机制砂混凝土配合比设计中的回归系数:αa=0.5,αb=0.1,并用该强度公式设计出了不同强度等级的原状机制砂混凝土进行验证,实验结果表明,用该公式设计的原状机制砂混凝土基本满足强度与工作性能的要求,可以为原状机制砂混凝土配合比设计提供参考。同时对180d内12组36个机制砂混凝土收缩试件收缩应变进行了量测,分析了机制砂混凝土在标准条件下收缩应变情况及其收缩应变计算公式。结果表明:机制砂混凝土收缩率随龄期均是先增大然后趋于稳定,对于C45机制砂混凝土来说,石粉含量为7%的收缩率最低,3%和5%的基本一致而且最大,其余含粉量的收缩率基本一致,且均处于二者之间。C60机制砂混凝土的收缩率对石粉含量的变化不敏感。机制砂混凝土干缩基本方程采用对数形式拟合精度较高。最后,制作了不同石粉含量的水泥砂浆试件,研究了其宏观力学性能,并采用XRD和SEM电镜等微观测试方法,研究了石粉在水泥砂浆中作用。力学实验结果表明:机制砂配制的胶砂试件的抗压强度、抗折强度都大于相应龄期的天然砂混凝土;同一龄期下,机制砂胶砂试件的抗压强度随着石粉含量的增加而增加,抗折强度先增加后降低。微观观测发现石粉具有:填充效应、活性和晶核效应。在石粉各种效应的综合作用下,砂浆中含有适量的石粉能够促进混凝土强度的增长,这与宏观力学测试结果相一致。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪 论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 混凝土用砂需求巨大
• 1.1.2 混凝土用砂的种类
• 1.1.3 天然砂日益短缺而人工砂应用日益广泛
• 1.1.4 机制砂中石粉含量限值
• 1.1.5 研究目的
• 1.2 机制砂和机制砂混凝土研究进展及问题
• 1.2.1 机制砂的基本特性
• 1.2.2 机制砂的生产情况
• 1.2.3 机制砂应用情况
• 1.2.4 石粉对混凝土性能的影响
• 1.2.5 机制砂及石粉特性研究
• 1.2.6 存在的问题
• 1.3 本文的研究内容及技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 2 原状机制砂石粉含量对混凝土性能影响的试验研究
• 2.1 引 言
• 2.2 试验概况
• 2.2.1 试验原材料
• 2.2.2 材性试验
• 2.2.3 试验方法
• 2.2.4 试验设计
• 2.3 试验结果分析
• 2.3.1 混凝土拌合物的工作性能
• 2.3.2 混凝土的基本力学性能
• 2.4 小结
• 3 强度随龄期发展规律试验研究
• 3.1 引 言
• 3.2 试验概况
• 3.3 试验结果分析
• 3.3.1 石粉含量对混凝土强度的影响
• 3.3.2 强度预测
• 3.4 小结
• 4 原状机制砂混凝土配制强度计算方法研究
• 4.1 引言
• 4.2 配制强度计算公式
• 4.2.1 前期试验资料
• 4.2.2 配制强度计算公式
• 4.3 配制强度计算公式的验证
• 4.3.1 试验设计
• 4.3.2 试验结果分析
• 4.4 结 论
• 5 原状机制砂混凝土收缩性能试验研究
• 5.1 引 言
• 5.2 试验概况
• 5.2.1 试验原材料
• 5.2.2 试验方法
• 5.3 试验结果分析
• 5.3.1 C45 机制砂混凝土
• 5.3.2 C60 机制砂混凝土
• 5.3.3 石粉对原状机制砂混凝土干缩的影响
• 5.4 干缩预测模型
• 5.4.1 干缩模型研究现状
• 5.4.2 原状机制砂混凝土干缩值预测
• 5.5 小结
• 6 石粉在原状机制砂混凝土中作用机理研究
• 6.1 引言
• 6.2 试验方法
• 6.3 实验材料
• 6.4 试验内容
• 6.4.1 胶砂强度试验
• 6.4.2 X 射线粉末衍射试验
• 6.4.3 扫描电子电镜试验
• 6.5 试验结果及分析
• 6.5.1 水泥砂浆强度
• 6.5.2 水泥砂浆XRD 和SEM 电镜分析
• 6.5.3 石粉活性探讨
• 6.6 小结
• 7 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.1.1 石粉含量对机制砂混凝土性能的影响
• 7.1.2 强度随龄期的发展规律
• 7.1.3 原状机制砂混凝土配制强度计算方法研究
• 7.1.4 原状机制砂混凝土收缩性能
• 7.1.5 石粉在原状机制砂混凝土中作用机理
• 7.2 研究展望
• 攻读硕士学位期间参加的科研实践及发表的论文
• 致谢
• 参考文献