人工砂石对混凝土强度的影响研究

导读: （3）混凝土泌水率随着人工砂石粉含量的增加而降低，砂石生产线人工砂的石粉含量对混凝土拌合物的泌水性能比较敏感，用不同石粉含量的人工砂拌制混凝土，对混凝土凝结时间、含气量影响较小。

近年来,我国城市化发展迅速,大规模工程建设和城市改造产生的大量建筑垃圾已经占到我国城市垃圾的30-40%。

废弃混凝土是建筑垃圾的主要组成部分,它经过破碎、清洗与分级后可以制成再生人工砂石生产线骨料,再生人工砂石生产线骨料部分或全部代替砂石等天然人工砂石生产线骨料可制备出再生人工砂石生产线骨料混凝土。

废弃混凝土的再生利用不仅可以缓解目前天然人工砂石生产线骨料短缺和资源大量消耗的形势,而且可以避免因处理废弃混凝土而征用大量土地,以及清运、堆放过程中引起的环境污染和社会问题。

我国再生人工砂石生产线骨料混凝土技术的研究还处于起步阶段,大部分的研究还集中在再生人工砂石生产线骨料和再生人工砂石生产线骨料混凝土的基本性能上,迄今缺乏完善的技术、规程和标准。

本着面向实践应用为主旨,本文在综合分析大量国内外研究成果的基础上,对再生人工砂石生产线骨料的表面特征、不同再生人工砂石生产线骨料级配下再生人工砂石生产线骨料混凝土抗压强度等问题进行了理论和试验研究。

提出了颗粒-弹簧模型,对普通混凝土和再生人工砂石生产线骨料混凝土抗压强度进行了数值模拟计算,具体内容如下: (1)、基于历年水泥产量和建筑面积,估算了我国近年来的废弃混凝土年产生量,得出我国2003年的废弃混凝土年产生量已经达到1.8亿吨左右,人均0.12吨;然后分别采用回归法和灰预测模型对我国未来20年的废弃混凝土产生量进行了预测,得出我国在未来20年内,废弃混凝土产生量将以超过3%的年增长速度持续增加。

(2)、采用分形理论,对再生人工砂石生产线骨料的表面特征进行了理论研究,给出了再生人工砂石生产线骨料粒径分布、人工砂石生产线骨料级配、人工砂石生产线骨料孔隙、人工砂石生产线骨料表面积和人工砂石生产线骨料粗糙度的分形函数,为基于人工砂石生产线骨料表面积的再生人工砂石生产线骨料混凝土强度分析提供理论基础。

(3)、对不同再生人工砂石生产线骨料级配下的再生人工砂石生产线骨料混凝土抗压强度进行了试验研究,发现由于再生人工砂石生产线骨料的表面性状和天然人工砂石生产线骨料差别很大,现行的普通混凝土级配要求不适用于再生人工砂石生产线骨料混凝土。

对再生人工砂石生产线骨料进行研磨处理后发现,经过研磨处理的再生人工砂石生产线骨料制备的再生人工砂石生产线骨料混凝土在工作性和抗压强度方面都优于普通再生人工砂石生产线骨料混凝土。

以包裹人工砂石生产线骨料需要的水泥浆与总水泥浆的比值γ为指标,分析了在不同级配下的再生人工砂石生产线骨料混凝土抗压强度,得出γ值可以作为分析再生人工砂石生产线骨料混凝土强度的关键指标。

(4)、以人工砂石生产线骨料为刚性颗粒,砂浆为弹簧,提出颗粒-弹簧模型。

采用数值方法模拟了在不同级配下普通混凝土和再生人工砂石生产线骨料混凝土的抗压强度。

模拟结果显示,颗粒-弹簧模型适用于不同级配的普通混凝土强度计算,但应用到再生人工砂石生产线骨料混凝土强度计算时,需要引入再生人工砂石生产线骨料表面积对弹性模量的影响。

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人工制砂对混凝土各项指标的影响

人工制砂对混凝土工作性的影响 人工制砂与河砂相比，由于有一定数量的石粉，使得人工制砂混凝土的和易性得到改善，可在一定程度上改善混凝土保水性、泌水性、粘聚性，使得混凝土易于成型振捣。

这些作用在低标号混凝土中特别明显，尤其是在实行水泥新标准之后，水泥强度普遍提高。

配制混凝土时很难解决强度富裕过大与工作性之间的矛盾，人工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。

甚至在碾压混凝土中要求人工制砂中的石粉含量不低于12％，以利于混凝土的碾压成型。

并且周云虎等人采用石粉替代粉煤灰解决混凝土的工作性问题。

中国工程院谭靖夷院士还提出：“碾压混凝土必须使用高石粉含量的砂子”。

但在高标号混凝土中，对人工制砂中的石粉均进行了严格的限制，因为在高标号混凝土中水灰比较小，石粉的存在严重影响了混凝土的工作性，一般人工制砂中石粉含量限制在5％以下。

吴明威等人的研究表明：含石粉的机制砂混凝土，其初、终凝时间比不含石粉的河砂混凝土有所延长，一般可延长50～120min，并认为主要是由于石粉没有活性，在混凝土中只起到一种隋性掺合料的作用，分散水泥颗粒，降低了水泥的水化热。

含气量和泌水率都减少，对混凝土的质量有利。

人工制砂对混凝土强度的影晌 强度是混凝土作为结构材料的一个重要依据。

因而人工制砂对混凝土的强度影响也是混凝土工作者关心的一个问题。

据资料显示，在同等条件下，用人工制砂配制的混凝土比河砂配制出的混凝土强度略高。

杜庆蟾等人认为：由石灰石破碎而成的人工制砂，其成分是碳酸钙，处于高浓度氢氧化钙中，其表面会发生微弱化学反应，天然山砂成分中二氧化硅含量高，不能发生类似反应；且人工制砂质地坚硬，有新鲜界面，表面能高；人工制砂表面粗糙、棱角多．有助于提高界面的粘结。

李拖福等人认为：人工制砂提高混凝土的强度是由于石粉填充了混凝土中的孔隙，且0.08mm以下的石粉可以与水泥熟料生成水化碳铝酸钙。

安文汉等认为机制砂增强混凝土的主要原因是由于石粉的存在可以较明显改善混凝土的孔隙特征．改善浆～集料界面结构，并且混凝土晶相有不同程度的改变。

并认为就强度而言石粉的佳含量为5％。

周明凯等人的研究认为：石粉对水泥具有增强作用，认为石粉在水泥水化反应中起晶核作用，诱导水泥的水化产物析晶，加速水泥水化并参加水泥的水化反应，生成水化碳铝酸钙，并阻止钙矾石向单硫型的水化硫铝酸钙转化。

但李兴贵认为：当石粉含量增大到21％以上时，由于石粉含量太高，颗粒级配不合理，使混凝土密实性降低，和易性变差；粗颗粒偏少，减弱了骨架作用；非活性石粉不具有水化及胶结作用，在水含量不变时，过多的石粉使水泥浆强度降低，并使混凝土强度减小。

人工制砂对混凝土弹性模量的影响 目前国内对人工制砂混凝土弹性模量的研究并不十分充分，安文汉和杨德斌等的研究结果均表明在保持相同水灰比和水泥用量的条件下，人工制砂混凝土的弹性模量高于普通混凝土。

舒传谦认为山砂高强混凝土的弹性模量一般高于现行规范公式GBJ10—89的计算值，弹性模量提高的原因可能是：人工制砂粗糙多棱角的颗粒在砂浆中起着骨架作用，限制了水泥石的变形及骨料颗粒之间的滑动；人工制砂与水泥石间有良好的粘结界面，使得界面孔隙少，减少了应力集中；人工制砂中的石粉提高了水化产物的结晶程度，晶胶比的提高使水泥石在外力作用下的变形减小。

人工制砂对混凝土干缩性能的影响 混凝土的干缩性能直接影响混凝土的裂缝，进而影响混凝土的耐久性。

李兴贵等人的研究结果显示：与常规细骨料(石粉含量3％)相比，石粉含量为16％和12％的混凝土干缩率分别增大12．8％和4．8％，其中，石粉含量在12％以下时，干缩率增大缓慢，石粉含量大于12％时，干缩率迅速增大。

并认为干缩率随石粉含量增加而增大，这是由于石粉中小于0．08mm的极细颗粒随石粉含量的增加而增多，这种极细颗粒在混凝土拌和物中起到增加水泥浆含量的作用，混凝土的干缩正是来源于水泥浆的干缩，显然，单位体积水泥浆多，导致干缩率增大。

人工制砂对混凝土抗渗性的影响 由于混凝土的抗渗性主要与其孔结构有关，因此大多数人认为机制砂中的石粉是其提高的主要原因。

混凝土的研究者认为：机制砂中的石粉只是一种有效的填料，虽然不具有活性，但提高了混凝土的密实性，增强了水泥石与骨料界面粘结；而有人则认为石粉能加速C3S的水化，并与C3A、C4AF反应生成结晶水化物，并能改善水泥石的孔隙结构，因此抗渗性能得到提高。

人工制砂对混凝土抗冻性的影响 混凝土的抗冻性在北方广大地区是混凝土耐久性评价的一个重要指标，但对于机制砂混凝土的抗冻融耐久性并没有系统的研究。

张映全等在配制C40混凝土时采用50％的石屑替代河砂以提高混凝土的抗冻性，并得到较好的结果，其中采用石屑替代的经200次冻融循环后比未替代的强度少损失9．96％。

认为主要是石粉在一定程度上改善了混凝土的毛细孔结构，提高了混凝土的抗冻融性。

但张桂梅等人研究石粉对低标号混凝土影响时，发现20％石粉含量的人工制砂混凝土质量损失和强度损失均大于12％石粉含量的，且经50次冻融循环后20％石粉含量的人工制砂混凝土强度损失比12％含量的高出10．3％。

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人工砂石粉含量对混凝土性能的影响

砂石生产线人工砂石粉含量对混凝土拌合物的影响 采用级配比例为：特大石∶大石∶中石∶小石=35∶25∶20∶20的四级配混凝土进行试验，选择水胶比0.47，粉煤灰掺量35％，与不同石粉含量的人工砂组合进行试验性能研究，并进行混凝土拌合物坍落度损失、含气量损失、泌水率、凝结时间等性能试验。

混凝土拌合物坍落度控制在50～70mm，含气量控制在4％～6％，引气剂掺量根据含气量调整，同时对20.6%石粉含量人工砂进行砂率调整试验。

试验表明： （1）随着砂石生产线人工砂石粉含量增加，混凝土用水量也相应增加。

如果根据人工砂的石粉含量的变化，及时调整混凝土拌合物的砂率，可以达到降低混凝土单位用水量增加值的目的；在引气剂掺量不变的情况下，混凝土含气量随着石粉的增加减小，含气量大值与小值相差变化不大；石粉含量20.6％保持单位用水量不变，砂率每增减1％，坍落度减增10mm。

从出机口拌合物看，合适的砂率基础上降低砂率，混凝土的保水性、粘聚性变差，混凝土骨料易离析。

（2）用不同石粉含量的人工砂拌制混凝土，通过进行混凝土配合比的调整，在保证混凝土水胶比不变的情况下，可以达到满意的和易性，同时，混凝土拌合物的坍落度保留率基本一致。

（3）混凝土泌水率随着人工砂石粉含量的增加而降低，砂石生产线人工砂的石粉含量对混凝土拌合物的泌水性能比较敏感，用不同石粉含量的人工砂拌制混凝土，对混凝土凝结时间、含气量影响较小。

（4）混凝土泌水率随着混凝土砂率的增加而降低，混凝土砂率对混凝土拌合物的泌水性能也比较敏感，相同原材料混凝土调整砂率对混凝土的坍落度损失、含气量、凝结时间影响较小。

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