不同吸水率的砂对混凝土性能的影响

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不同吸水率的砂对混凝土性能的影响

王　颖，　夏云丰

(中交一航局第三工程有限公司,辽宁 大连 116031)

摘　要：在港口混凝土工程中，原材料是影响混凝土质量的重要因素，关系到整个工程的质量及工程的成本。砂子、水泥、粗骨料都是影响混凝土拌合物用水量、和易性、后期强度以及耐久性的重要因素。针对上述技术指标，主要研究了不同吸水率的砂对混凝土强度、抗冻性和抗渗性等耐久性技术指标的影响。试验结果表明，随着砂子吸水率的减小，混凝土的抗压强度及劈裂强度逐渐增大，抗氯离子渗透性、抗渗性和抗冻性增强。这一结论可为混凝土工程提供技术指导及质量保证依据。

关键词：混凝土；强度；抗冻性；抗渗性；抗氯离子渗透性

近年来，随着大量混凝土工程项目的开工建设，混凝土用砂的供应量已显不足，尤其是河砂。根据《水运工程质量检验标准》(JTS 257—2008)进行检测，符合标准的砂越来越少，在符合标准的条件下，砂的特性也有所不同，如砂的含泥量大、风化比较严重或吸水率较大等。在拌制混凝土时，这些特性都会影响混凝土的各种性能，如用水量大、增加水泥用量、外加剂掺量大、增加施工成本，甚至会降低混凝土强度及耐久性等[1-4]，直接影响到工程质量并增加施工成本。不同特性砂对混凝土性能的影响会有所不同[5]，为此开展了不同吸水率的砂(砂的采集来自大连中交系统各项目部)对胶砂强度、混凝土强度及耐久性影响的研究。

1 试验用砂

1.1 砂的选定

从大连周边中交系统各项目部选取四种不同产地的砂，经试验检测，根据砂的吸水率、风化程度、含泥量及细度等重要指标的不同将砂分为四组，编号为1#、2#、3#、4#。将四组砂分别进行胶砂强度试验、混凝土试拌、强度及耐久性等试验，然后进行对比分析。经试验检测，砂的物理和化学指标如表1和表2所示。

表1 砂的物理技术指标

编号吸水率/%细度模数表观密度/(kg·m-3)堆积密度/(kg·m-3)空隙率/%含泥量/%泥块含量/%1#0.82.626501360502.90.52#1.02.826301300523.00.73#0.52.726501380482.70.54#0.32.526301460442.60.4

表2 砂的化学技术指标

编号氯离子含量/%轻物质含量/%云母含量/%有机物含量/%SO3含量/%碱活性/%坚固性/%1#0.0010.20.3合格0.20.0222#0.0010.20.2合格0.30.0233#0.0010.10.1合格0.10.0324#0.0010.20.1合格0.10.011

2 胶砂强度试验

依据《水泥胶砂流动度测定方法》(GB/T 2419—2005)对四种砂进行水泥胶砂流动度试验。以流动度达到190～210 mm为标准，调整四种砂所需的用水量，并成型胶砂试件，在标准养护条件下养护至相应的龄期测试强度。试验结果见表3。由表3可以看出，随着砂吸水率的减小，所制备胶砂试件的需水量比逐渐下降，而胶砂抗折强度和抗压强度逐渐提高。

表3 胶砂强度

编号用水量/(kg·m-3)需水量比/%抗折强度/MPa3d28d抗压强度/MPa3d28d1#3051363.56.613.028.42#3151403.36.212.626.93#2901293.56.814.532.64#2651183.77.118.138.0

3 混凝土性能试验

3.1 原材料选定

水泥：采用A牌P·O 42.5级普通硅酸盐水泥，其初凝时间204 min、终凝时间240 min、安定性沸煮法合格；石子：表观密度2 720 kg/m3，粒径5～25 mm，级配良好；外加剂：采用B牌减水剂；引气剂：采用C牌。

3.2　配合比的选定

根据表4混凝土配合比对1#、2#、3#和4#四种砂进行混凝土试验。设计强度C40，水灰比和用水量相同。

1#、2#、3#和4#四种砂所制备的新拌混凝土拌合物的性能指标见表5。由表5可见，四种新拌混凝土拌合物的坍落度均在180～200 mm，扩展度均大于420 mm，重度2 340～2 370 kg/m3，含气量5.0%～7.0%，初凝时间618～738 min，终凝时间792～924 min。

表4 混凝土配合比

编号水灰比水泥/(kg·m-3)河砂/(kg·m-3)碎石(5～25mm)/(kg·m-3)用水量/(kg·m-3)引气剂/(kg·m-3) 减水剂 掺量/%用量/(kg·m-3)1#0.4045066210701801.692.712.152#0.4045066710701801.693.013.53#0.4045066710701801.691.98.64#0.4045064510881801.691.56.75

表5 拌合物试验结果

编号坍落度/mm扩展度/mm重度/(kg·m-3)含气量/%凝结时间/min初凝终凝1#20047523705.77269002#19546023506.27389243#19544023705.26608764#18042023406.4618792

3.3　混凝土强度试验

1#、2#、3#和4#四种砂所制备混凝土不同养护龄期的抗压强度测试结果见表6。由表6可见，随着砂子吸水率的减小，混凝土的3 d、7 d、28 d和90 d的强度均逐渐增大，其中，3 d强度的极差为4.1 MPa，7 d强度的极差为6.3 MPa，28 d强度的极差为9.2 MPa，90 d强度的极差为9.6 MPa。

表6 混凝土抗压强度试验结果　MPa

编号 3d 抗压强度极差 7d 抗压强度极差 28d 抗压强度极差 90d 抗压强度极差1#2#3#4#34.233.836.137.94.141.440.044.546.36.344.140.547.349.79.247.242.750.052.99.6

1#、2#、3#和4#四种砂所制备混凝土不同养护龄期的劈裂强度测试结果见表7。由表7可见，劈裂强度随砂吸水率的变化规律与抗压强度相似，随着砂子吸水率的减小，混凝土的3 d、7 d、28 d强度逐渐增大，但整体变化幅度不大。

3.4 混凝土氯离子渗透性试验

表7 混凝土28 d劈裂强度试验结果　MPa

编号试块1试块2试块3平均值1#3.13.63.73.52#2.93.53.23.23#3.73.63.43.64#4.04.13.84.0

1#、2#、3#和4#四种砂所制备混凝土的氯离子渗透性试验测试结果见表8。由表8可见，氯离子渗透性随砂吸水率的变化规律与强度相似，随着砂子吸水率的减小，混凝土的氯离子渗透浓度逐渐从2 180.8 C减小到1 895.6 C，抗渗能力逐渐增强。也即砂吸水率较小的3#、4#混凝土的抗氯离子渗透性略优于砂吸水率较大的1#、2#混凝土。

表8 氯离子渗透性试验结果　C

编号试块1试块2试块3平均值1#1900.61927.71930.21919.52#2170.02195.22177.12180.83#1976.51991.71970.31979.54#1926.81877.61882.41895.6

3.5 混凝土抗渗试验

1#、2#、3#和4#四种砂所制备混凝土的渗水高度测试结果见表9。由表9可见，随着砂子吸水率的减小，混凝土的渗水高度逐渐减小，抗渗性能逐渐提高。也即砂吸水率较小的3#、4#混凝土的抗渗性能略优于砂吸水率较大的1#、2#混凝土。

表9 抗渗试验结果 mm

名称试块1试块2试块3试块4试块5试块6平均值1#448450245747512#128456796064763#72025303334324#13161831292222

3.6 混凝土抗冻试验

1#、2#、3#和4#四种砂所制备混凝土的冻融质量损失和相对动弹性模量试验结果分别见表10和表11。由表中数据可见，1#、2#、3#、4#混凝土经过350次冻融循环后，抗冻性试验结果较为接近，质量损失均较小；相对动弹性模量均大于92%，均能满足设计要求。

表10 抗冻混凝土重量损失试验结果

编号 重量损失率/% 50次100次150次200次250次300次350次1#0.160.400.751.131.421.822.252#0.110.370.540.841.021.251.723#0.020.250.400.720.881.171.574#000.140.600.731.131.63

表11 抗冻混凝土相对动弹模量试验结果

编号 相对动弹性模量/% 50次100次150次200次250次300次350次1#989796959493922#989797969592923#999897979694934#99989797949492

4　结论

(1)随着砂子吸水率的减小，混凝土的抗压强度及劈裂强度逐渐增大。

(2)随着砂子吸水率的减小，氯离子渗透性随砂吸水率的变化规律与强度相似，随着砂子吸水率的减小，混凝土的氯离子渗透浓度逐渐从2 180.8 C减小到1 895.6 C，抗渗能力逐渐增强。

(3)随着砂子吸水率的减小，混凝土的渗水高度逐渐减小；抗渗性能逐渐提高。

(4)1#、2#、3#、4#混凝土经过350次冻融循环后，抗冻性试验结果较为接近，质量损失均较小；相对动弹性模量均大于92%，均能满足设计要求。

参考文献

[1]王雅杰.砂子含水量对混凝土的影响[J].散装水泥，2005(1):30

[2]刘国栋，关志梅，魏春涛，等.砂子含泥量对掺用聚羧酸高效减水剂混凝土性能的影响及有效对策[J].商品混凝土，2008(3):15-18

[3]袁 杰.含泥量对高性能混凝土耐久性影响[J].混凝土，2003,166(8):31-33

[4]曹万智，常自奋，李秀芝．砂子泥含量及三氧化硫含量超标的混凝土质量情况评定[J].混凝土，2000，131(9):40-43

[5]赵　营,蒋开东,张 亮,等.砂部分品质因素对混凝土性能影响的研究[J].工程质量， 2015,33(8):74-79

收稿日期：2015-08-10

作者简介：王　颖(1980—)，女，工程师，主要从事混凝土测试及性能研究工作

DOI：10.13219/j.gjgyat.2016.04.015

中图分类号：TU528.04

文献标识码：A

文章编号：1672-3953(2016)04-0058-03

Research on the Influence of Different Water-Absorptivity Sand on Performance of Concrete

Wang Ying， 　Xia Yunfeng

(Third Engineering Co. Ltd. of the 1st Navigation Administration Bureau of the Communication Ministry of the PRC,Dalian 116031,China)

Abstract: In harbor concrete projects,raw materials play an important role in affecting the quality of concrete, which is closely related to both the cost and the quality of the whole project.Sand,cement and coarse aggregate all have an important effect on the water content and the workability of the concrete mixture as well as on the later strength and the durability of hardened concrete.With all the above-mentioned technical targets taken into accounts,the study of the effects of different water-absorptivity sand on the strength,the freezing and thawing resistance and the anti-permeability and other durable indexes is focused on in this paper.Experimental results show that the compressive and splitting strength,resistance to the permeability of chloride ions,the anti-permeability and the freezing and thawing resistance all increase or improve gradually with the reduction of the water absorption of sand.The result of the research may provide technical guidance for concrete projects and help ensure the quality of concrete.

Key words: concrete;strength;freezing resistance;anti-permeability;performance of the anti-permeation of chlorine ions