機(jī)制砂性能簡(jiǎn)介

1、機(jī)制砂性能簡(jiǎn)介By：周豐1目錄機(jī)制砂定義機(jī)制砂對(duì)混凝土各方面性能的影響石粉的活性問(wèn)題含泥量對(duì)混凝土的影響2機(jī)制砂定義 機(jī)制砂(譯為Manufactured sand)，屬于人工砂的一種，是由機(jī)械破碎、篩分制成的，粒徑小于4.75mm的巖石顆粒，但不包括軟質(zhì)巖、風(fēng)化巖的顆粒，用專(zhuān)門(mén)的制砂機(jī)生產(chǎn)，多數(shù)呈灰白色或黑色，一般含有1015%左右的石粉(粒徑小于75um的巖石顆粒)，級(jí)配中大于2.36mm和小于0.15mm的顆粒偏多，細(xì)度模數(shù)普遍在3.03.7內(nèi)，粒形多呈三角體或方矩體，表面粗糙。3石粉對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響大多數(shù)研究認(rèn)為用機(jī)制砂配制的混凝土比河砂配制出的混凝土強(qiáng)度略高。原因：周明凱等人認(rèn)

2、為機(jī)制砂中的石粉在水泥水化中起到了晶核的作用，誘導(dǎo)水泥的水化產(chǎn)物析晶，加速水泥水化并參加水泥的水化反應(yīng)，生成水化碳鋁酸鈣，并阻止鈣礬石向單硫型水化硫鋁酸鈣轉(zhuǎn)化。安文漢等認(rèn)為機(jī)制砂增強(qiáng)混凝土的主要原因是由于石粉的存在可以較明顯改善混凝土的孔隙特征，改善漿一集料界面結(jié)構(gòu)，并且混凝土晶相有不同程度的改變 。李興貴的研究表明:當(dāng)石粉含量(指0.16mm以下的細(xì)粉)增大到21%以上時(shí)，由于石粉含量太高，顆粒級(jí)配不合理，使混凝土密實(shí)性降低，和易性變差;粗顆粒偏少，減弱了骨架作用;非活性石粉不具有水化及膠結(jié)作用，在水泥含量不變時(shí)，過(guò)多的石粉使水泥漿強(qiáng)度降低，并使混凝土強(qiáng)度減小 。4石粉對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響

3、石灰石粉細(xì)度越大，越能發(fā)揮其活性效應(yīng)，對(duì)混凝土的力學(xué)性能影響越大。S.Takami的文章中提到:將石灰石磨細(xì)到比表面積接近水泥時(shí)，水泥用量不變的情況下，石灰石粉摻量增加，混凝土的抗壓強(qiáng)度提高。崔洪濤在超細(xì)磨石灰石粉摻合料混凝土性能的研究中，采用不同比表面積和不同的摻量的石灰石粉取代水泥，研究石灰石粉的摻入對(duì)混凝土的抗壓、抗折強(qiáng)度影響程度。結(jié)果表明石灰石粉的摻量的增加可以提高混凝土的強(qiáng)度，特別是混凝土的早期強(qiáng)度。石灰石粉細(xì)度增大對(duì)混凝土抗折和抗壓強(qiáng)度的提高是一致的。5石粉對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響Malhotra等人用石灰石石粉部分代砂、以不同水灰比配制混凝土，認(rèn)為石粉對(duì)混凝土的抗折強(qiáng)度無(wú)不利影響。

4、阿根廷學(xué)者Bonavetti等人的試驗(yàn)中，在石粉代砂020%的試驗(yàn)范圍內(nèi)，混凝土抗折強(qiáng)度均有提高。J.K.Kim等人對(duì)機(jī)制砂混凝土的斷裂性能進(jìn)行了研究，認(rèn)為機(jī)制砂配制的混凝土能提高混凝土的斷裂能力，并認(rèn)為石粉提高了漿體與集料間的粘結(jié)。蔡基偉、李北星在研究石粉對(duì)中低強(qiáng)度機(jī)制砂混凝土性能的影響中發(fā)現(xiàn)：在單位水泥用量少的情況下，石粉對(duì)機(jī)制砂混凝土強(qiáng)度的貢獻(xiàn)更加突出 。當(dāng)石灰石粉的摻量過(guò)多時(shí)，對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度有降低的作用。所以在混凝土中摻加石灰石粉的摻量不宜過(guò)大。 6石粉對(duì)混凝土工作性能的影響機(jī)制砂與天然河砂相比，一般認(rèn)為機(jī)制砂混凝土坍落度減小，但石粉可在一定程度上改善混凝土的泌水性和粘聚性，使得混

5、凝土易于成型振搗。原因：B.P.Hudson等人認(rèn)為，機(jī)制砂中的石粉填充了大顆粒之間的空隙，在集料體系內(nèi)起一定的潤(rùn)滑作用，在不含泥土的情況下，機(jī)制砂中石粉含量介于510%之間時(shí)，用水量不必增加很多也可保持工作性。李亞杰在建筑材料中也有關(guān)于人工砂石粉含量的描述:“人工砂內(nèi)粗顆粒一般含量較多，當(dāng)將細(xì)度模數(shù)控制在理想范圍(中砂)時(shí)，若小于0.16mm的石粉含量過(guò)少，往往使混凝土拌和物的粘聚性較差;但若石粉含量過(guò)多，又會(huì)使混凝土用水量增大并影響混凝土的強(qiáng)度及耐久性?！薄am-ShikAlln指出:一般研究者認(rèn)為增加石粉會(huì)增加需水量，但石粉在填充骨料空隙的情況下，就不會(huì)增大需水量。7石粉對(duì)混凝土體積穩(wěn)

6、定性的影響 對(duì)于體積穩(wěn)定性，學(xué)者的試驗(yàn)數(shù)據(jù)差別很大，影響規(guī)律也不盡相同。TapirCelik等人認(rèn)為，機(jī)制砂石粉含量在10%以下時(shí)，干縮隨石粉含量的增加而增加，石粉含量超過(guò)10%時(shí)，干縮應(yīng)變減小。這與抗壓強(qiáng)度有關(guān)，強(qiáng)度越高，干縮率就越大。吳明威研究了小于0.08mm機(jī)制砂中石粉含量對(duì)干縮性能的影響，結(jié)果表明:隨石粉含量的增加，收縮呈下降趨勢(shì)，并且比河砂混凝土的收縮值小。李興貴等人的研究結(jié)果顯示:石粉含量在12%以下時(shí)，干縮率增大緩慢，石粉含量大于12%時(shí)，干縮率迅速增大，并認(rèn)為主要是由于小于0.075mm的石粉顆粒在混凝土拌和物中起到增加水泥漿含量的作用。8石粉對(duì)混凝土體積穩(wěn)定性的影響田建平、

7、周明凱、蔡基偉在高強(qiáng)機(jī)制砂混凝土中石粉與粉煤灰的復(fù)合效應(yīng)一文中研究發(fā)現(xiàn)石粉含量對(duì)混凝土收縮的影響呈現(xiàn)2種不同的規(guī)律:早齡期的收縮(14d以前)隨石粉含量的增加而增大，而14d以后齡期的收縮則以7%石粉含量為分界點(diǎn)，小于7%時(shí)，混凝土各齡期收縮隨石粉含量增加而增大;石粉含量大于等于7%時(shí)，石粉含量增加卻導(dǎo)致各齡期的收縮呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。究其原因，很大程度上由于混凝土早期的干縮值包含了絕大部分的自收縮，石粉在加速水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣形成的同時(shí)，自身與氫氧化鈣和水化鋁酸鈣發(fā)生反應(yīng)生成水化碳鋁酸鈣晶體，從而造成混凝土早期干縮趨勢(shì)增大的一個(gè)假象，這種反應(yīng)增大混凝土收縮的效應(yīng)在石粉含量小于7%時(shí)一直占強(qiáng)勢(shì)，

8、且石粉含量越高，效應(yīng)越明顯;當(dāng)石粉含量超過(guò)7%時(shí)，大部分的石粉填充了膠凝材料空隙，使混凝土結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，抑制混凝土收縮的作用蓋過(guò)這種自收縮效應(yīng)。 9石粉對(duì)混凝土體積穩(wěn)定性的影響大連理工大學(xué)李晶的研究表明：外摻時(shí)，石灰石粉的加入對(duì)混凝土的長(zhǎng)期干縮有抑制作用，對(duì)混凝土抵抗變形是有益的。內(nèi)摻時(shí)，隨著石灰石粉取代水泥質(zhì)量的增加，混凝土各個(gè)齡期的干縮值不斷增大，可見(jiàn)，用石粉取代水泥對(duì)抑制混凝土的變形是不利的。陳兆文認(rèn)為，高石粉人工砂混凝土的干縮率，隨人工砂中石粉含量的增加而增大。當(dāng)石粉含量從12%增加到21%時(shí)(指粒徑小于0.16mm的細(xì)粉)，石粉含量每增加1%，干縮率相應(yīng)約增加1%。10石粉對(duì)混凝土彈

9、性模量的影響安文漢和楊德斌等的研究結(jié)果均表明，在保持相同水灰比和水泥用量的條件下，人工砂混凝土的彈性模量高于普通混凝土。而舒?zhèn)髦t的研究認(rèn)為，一旦機(jī)制砂石粉含量或砂率過(guò)高，由于降低混凝土的強(qiáng)度，削弱骨料的骨架作用，也可能降低彈性模量。彈性模量提高的原因是:人工砂粗糙多棱角的顆粒在砂漿中起著骨架作用，限制水泥石的變形及骨料顆粒之間的滑動(dòng);人工砂與水泥石間有良好的粘結(jié)界面，使得界面孔隙少，減少了應(yīng)力集中;人工砂中的石粉提高了水化產(chǎn)物的結(jié)晶程度，晶膠比的提高使水泥石在外力作用下的變形減小。 11石粉對(duì)混凝土彈性模量的影響（微觀(guān)來(lái)看）水泥石的彈性模量取決于它的孔隙率，在XRD衍射圖上發(fā)現(xiàn)石粉的加入降低了

10、其孔隙率。同時(shí)，在飽和水泥漿中，由于C-S-H凝膠中的吸附水能承受一定的荷載，所以它的存在對(duì)彈性模量有幫助。在混凝土中，粗骨料與水化水泥石之間存在著一個(gè)過(guò)渡區(qū)域，孔隙、微裂縫和氫氧化鈣晶體在此區(qū)域內(nèi)比在水泥石內(nèi)更加常見(jiàn)，所以它們對(duì)混凝土應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系的確定起著重要的作用。對(duì)于普通混凝土，接口區(qū)含有較多定向排列的CH晶體;CH的粗大晶體對(duì)強(qiáng)度很不利。而加入了石粉的混凝土的接口區(qū)，由于石粉較小的細(xì)度，分散水泥周?chē)约按止橇系闹車(chē)珻aCO3對(duì)Ca(OH)2的沉淀起到“成核”作用，導(dǎo)致細(xì)小的Ca(OH)2結(jié)晶比粗大的結(jié)晶易于形成，然后部分反應(yīng)生成堿式碳酸鈣，粗大薄弱的氫氧鈣石結(jié)晶的空缺，提高了混凝土

11、的機(jī)械性能，抑制其變形，提高其彈性模量。 12石粉對(duì)混凝土耐久性能的影響Tahir認(rèn)為:隨機(jī)制砂石粉含量增大，機(jī)制砂混凝土的滲透系數(shù)逐漸減小。原因：石粉阻礙了氣孔與滲水通道之間的連接，石粉含量越大，阻礙作用越強(qiáng)，滲透系數(shù)越小，抗?jié)B性越好 。機(jī)制砂由于表面比較粗糙，可以與漿體很好的粘結(jié)，增加水泥石的密實(shí)性，石粉雖然不具有活性，但提高了混凝土的密實(shí)性，增強(qiáng)了水泥石與骨料界面的粘結(jié);而有人認(rèn)為石粉能加速C3S的水化，并與C3A、C4AF反應(yīng)生成結(jié)晶水化物，改善了水泥石的孔隙結(jié)構(gòu)，因此抗?jié)B性能得到提高。13石粉對(duì)混凝土耐久性能的影響但洪錦祥與蔣林華在人工砂中石粉對(duì)混凝土性能影響及其作用機(jī)理研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，

12、石灰石粉等質(zhì)量取代水泥灰降低混凝土的抗?jié)B性能。原因:石粉雖然不是一種惰性材料，但它也不是一種膠結(jié)材料。也就是說(shuō)，可以把它看作一種微集料，雖然它的粒徑較小，能優(yōu)化混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)，使混凝土變得更均勻，但同時(shí)，它取代水泥后，使水化產(chǎn)物變少了，混凝土的密實(shí)性相應(yīng)地就變差了。因此隨著取代量的增加，氯離子的擴(kuò)散系數(shù)就越來(lái)越大，即整體的抗?jié)B性能變的越來(lái)越差了。 石粉的外摻對(duì)混凝土的抗?jié)B性能有一定的改善作用。內(nèi)摻時(shí)隨著石粉摻量的增加混凝土的抗?jié)B性能不斷降低。14石粉對(duì)混凝土壓縮徐變的影響大連理工大學(xué)李晶的研究表明：石粉摻量為30%時(shí)，對(duì)混凝土抵抗徐變的能力有一定的改善作用，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，石粉不斷抑制混凝土

13、的變形。原因：石粉一水泥體系的水化產(chǎn)物數(shù)量和石粉的微集料效應(yīng)可能是影響摻有石粉的混凝土徐變性能的兩大主要因素。當(dāng)石粉摻量較小時(shí)，界面結(jié)合情況良好，微集料效應(yīng)得以正常發(fā)揮，混凝土的徐變度受到體系的非蒸發(fā)水量和微集料效應(yīng)發(fā)揮程度的影響，在不超過(guò)含量的某一個(gè)限值內(nèi)，石粉摻量越大，體系的非蒸發(fā)水量越小，微集料效應(yīng)發(fā)揮程度越高，徐變度減小越明顯，并且混凝土的徐變度減小率與體系的非蒸發(fā)水量減小率和微集料數(shù)量正相關(guān)。當(dāng)石粉摻量超過(guò)某一特定值時(shí)，混凝土的徐變性能受到體系水化產(chǎn)物數(shù)量、微集料效應(yīng)和界面結(jié)合情況三大因素的共同作用，并且隨著石粉摻量的繼續(xù)提高，界面結(jié)合情況對(duì)混凝土徐變性能的負(fù)面影響顯著增強(qiáng)。石粉對(duì)混

14、凝土徐變的影響受這三大因素的共同作用，只是某一時(shí)間內(nèi)某一個(gè)因素的影響比較顯著。 15石粉的活性效應(yīng)國(guó)內(nèi)外認(rèn)為石粉的活性效應(yīng)主要表現(xiàn)在:(1)石灰石粉可以與水泥水化反應(yīng)生成堿式碳酸鈣。 (2)石灰石粉的鋁相反應(yīng)(3)石灰石粉對(duì)水泥水化的促進(jìn)作用。內(nèi)川浩研究了CaCO3對(duì)C3S單礦早期水化的作用。認(rèn)為CaCO3可作為加速水泥水化的促凝劑或減水劑來(lái)影響C3s單礦的早期水化。？：石粉能作為外加劑么？16石粉取代部分膠凝材料對(duì)混凝土性能的影響石粉不能大量取代水硬活性大的膠凝材料。石粉取代火山灰活性較低的礦物摻合料（如粉煤灰）是可行的，或者說(shuō)，可以使用石粉含量比較大的機(jī)制砂，通過(guò)減少礦物摻合料的用量來(lái)達(dá)到

15、配制的目的，由于水泥用量比較大，水灰比比較小，水泥熟料不能完全水化，也只能作為一種填充料，導(dǎo)致了資源的浪費(fèi)，而且水泥用量高還增加了混凝土開(kāi)裂的概率;而機(jī)制砂中一定量的石粉可以起到晶核作用，促進(jìn)水泥熟料水化，增加水泥的水化程度。 武漢理工大學(xué)的楊玉輝研究結(jié)果表明：17含泥量的影響泥粉本身沒(méi)有活性，混凝土拌和時(shí)吸附大量的自由水，產(chǎn)生一定的膨脹導(dǎo)致混凝土和易性降低，混凝土硬化后膨脹的泥粉又會(huì)失水而收縮，在混凝土中留下空洞，降低混凝土的強(qiáng)度和耐久性 。武漢理工大學(xué)楊玉輝的研究實(shí)驗(yàn)表明：泥粉的加入并沒(méi)有導(dǎo)致強(qiáng)度的劇烈下降。田建平的關(guān)于C60機(jī)制砂混凝土含泥量的研究也表明泥粉對(duì)強(qiáng)度與孔結(jié)構(gòu)沒(méi)有有害的影響 。1819武漢理工大學(xué)田建平對(duì)增大泥粉含量做了重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表5-2。結(jié)果證明泥粉含量的增加只是導(dǎo)致混凝土需水量增大，粘性增強(qiáng)，對(duì)強(qiáng)度結(jié)果無(wú)負(fù)面影響。表5-3是不同含泥量的砂漿試塊孔結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)果，隨著泥粉含量的增加，試塊最可幾孔徑變小，且20nm以下無(wú)害孔的分?jǐn)?shù)在增加，說(shuō)明泥粉也有類(lèi)似石粉的微集料填充效應(yīng)，隨其含量的增加，高強(qiáng)機(jī)制砂混凝土孔結(jié)構(gòu)得到一定程度的細(xì)化。2021表5-4的數(shù)據(jù)顯示，隨著泥粉含量的增大，砂漿試塊的干縮有明顯的增加，且增加的勢(shì)頭一直