片麻岩碎石压碎值对混凝土力学性能的影响

武 汉 理 工 大 学 学 报

JOURNALOFWUHANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY

Vol.31 No.4 Feb.2009

DOI:10.3963/j.issn.1671-4431.2009.04.022

片麻岩碎石压碎值对混凝土力学性能的影响

李北星,房艳伟,高伟光,周明凯

(武汉理工大学硅酸盐材料工程教育部重点实验室,武汉430070)

摘 要: 针对花岗片麻岩碎石压碎值偏大的问题,研究了压碎值介于9%)24%之间的6种花岗片麻岩碎石分别对目标强度等级C30、C60、C80三种混凝土的抗压、抗折、劈拉强度和弹性模量的影响,并与一种优质石灰岩碎石混凝土进行了对比。28d龄期试验结果表明:在相同配合比条件下,碎石压碎值与混凝土抗压强度的关系并不显著,而对抗折强度、劈拉强度和弹性模量的影响更大,后者基本随碎石的压碎值的增大而减小。关键词: 花岗片麻岩; 碎石; 压碎值; 力学性能中图分类号: TU528.04

文献标识码: A

文章编号:1671-4431(2009)04-0080-04

InfluenceofCrushingValueofGraniticGneissCoarseAggregate

onMechanicalPropertiesofConcretewithDifferentStrengths

LIBei-xing,FANGYan-wei,GAOWei-guang,ZHOUMing-kai

(KeyLaboratoryofSilicateMaterialsScienceandEngineeringofMinistryofEducation,

WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430070,China)

Abstract: Tosolvetheproblemofhighcrushingvalueofgraniticgneisscoarseaggregates,theeffectsofthecrushingvalue

onthecompressive,flexuralandsplittingtensilestrengths,andtheelasticmodulusofconcreteswiththetargetstrengthgradesofC30,C60andC80wererespectivelyinvestigated.Sixgraniticgneisscoarseaggregateswiththecrushedstonevaluesrangingfrom9%to24%andalimestonecoarseaggregatewereusedinthetests.Theresultsshowthatthereisnoobviousrelationshipbetweenthecrushingvalueofcoarseaggregateandthecompressivestrengthofconcreteswiththesamemixtureproportion.However,theflexuralstrength,splittingtensilestrengthandelasticmodulusofconcretesdecreasedwiththeincreaseofthecrushingvalue.

Keywords: graniticgneiss; coarseaggregate; crushingvalue; mechanicalproperties

片麻岩是一种具片麻状构造的变质岩,呈花岗变晶结构和斑状变晶结构,矿物成分与花岗岩大致相同,主要由石英和长石组成。在鄂东大别山一带,花岗片麻岩分布非常广泛。该类片麻岩虽然母岩强度较高,但破碎制成的碎石压碎值普遍偏高,大多超过了现行相关标准和规范的要求,是一种低品质骨料。根据5普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准6(JGJ52)2006)对变质岩碎石的压碎值的规定,配制强度等级C40)

C60的混凝土,碎石压碎值应控制不大于12%,[C35混凝土用碎石的压碎值要求不高于20%。5公路桥涵施工技术规范6(JTJ041)2000)也规定配制C40)C55混凝土用碎石的压碎值应不大于12%,[C35混凝土用碎石的压碎值应不高于16%。

粗骨料是混凝土组织结构中的大骨架,约占混凝土总体积的50%,粗骨料的强度对硬化混凝土的力学

-6]

性能会产生显著影响[1。在我国粗骨料及相关混凝土施工规范中,粗骨料的强度通常采用压碎值来控制。

收稿日期:2008-11-18.作者简介:李北星(1970-),男,博士,教授.E-mail:libx0212@126.com第31卷 第4期 李北星,等:片麻岩碎石压碎值对混凝土力学性能的影响

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压碎值反映的是碎石抵抗压碎的能力,由于骨料特性对混凝土性能影响的复杂性,目前国内外并未就压碎值与混凝土力学性能的关系进行过相关研究。为开发利用花岗片麻岩碎石,选取了压碎值介于9%)24%之间的6种花岗片麻岩碎石,研究了压碎值对C30、C60、C80三个强度等级混凝土的力学性能的影响规律。

1 实 验

1.1 材 料

水泥:湖北华新水泥股份有限公司生产的PO52.5水泥,fc,28d=55.3MPa,以及PO32.5水泥,fc,28d=32.9MPa。细骨料:湖北浠水巴河中粗河砂,细度模数2.68,表观密度2.65g/cm3,含泥量0.3%。粗骨料:花岗片麻岩碎石分别来自湖北武英高速公路沿线6家碎石厂,石灰岩碎石来自湖北大冶旺仁百花碎石厂。由于影响粗骨料在混凝土中作用的因素众多,在研究压碎值对混凝土力学性能的影响时,为屏蔽一些次要影响因素的干扰,对全部碎石采用自来水冲洗干净,并通过粒度调整保持各种碎石的级配基本一致,粒级为5)25mm。各碎石主要物理力学性能指标见表1(碎石编号根据压碎值由小到大进行排序)。硅灰:来自贵阳,密度2.2g/cm3,比表面积21000m2/kg,SiO2含量90.5%。外加剂:BASFSP-8CR聚羧酸高效减水剂(固含量30%),减水率为25%。

表1 碎石及其母岩主要性能指标

编号G1G2G3G4G5G6G7

碎石产地与品种朋达花岗片麻岩龙兴花岗片麻岩旺仁百花石灰岩海型山花岗片麻岩玉龙花岗片麻岩栗林咀花岗片麻岩大屋花岗片麻岩

压碎值/%9.111.512.112.615.716.223.8

吸水率/%0.490.650.280.511.020.790.52

表观密度/(kg#m-3)2628278827192795276226212758

堆积密度/(kg#m-3)1379139513821393142713631425

抗压强度/MPa198.6175.6125.5164.6162.1178.5104.4

弹性模量/GPa64.154.3)60.755.157.938.9

1.2 方 法

表2是目标强度等级分别为C30、C60和C80三种强度等级混凝土的基准配合比。试验中,C30混凝土使用PO32.5水泥,C60和C80混凝土均使用PO52.5水泥。分别用7种不同压碎值的碎石作粗骨料,混凝土拌和物坍落度保持在140)160mm范围,测试混凝土的抗压、抗折、劈拉强度及弹性模量的差异。

抗压强度、抗折强度、劈拉强度和弹性模量试件尺寸分别为150mm@150mm@150mm、100mm@100mm@400mm、150mm@150mm@150mm和150mm@150mm@300mm,测试龄期均为标准养护28d。力学性能测试方法按5普通混凝土力学性能试验方法标准6(GB/T50081)2002)进行。

表2 试验配合比

强度等级C30C60C80

水泥/(kg#m-3)

350520517.5

硅灰/(kg#m-3)

))57.5

河砂/(kg#m-3)

712.5672665

碎石/(kg#m-3)水/(kg#m-3)外加剂/%

1162.510971086

175161144

0.40.81.0

水胶比0.500.310.25

2 结果与分析

2.1 压碎值对C30混凝土力学性能的影响

由图1可以看出,随着碎石压碎值的增大,C30混凝土抗压强度大体呈下降趋势,但趋势并不显著,压碎值最小的碎石配制的混凝土抗压强度并不是最大的。与抗压强度类似,劈拉强度受碎石压碎值影响亦较小,二者没有一定的关系。对于低强度混凝土而言,最薄弱环节一般是硬化水泥浆及其与粗骨料之间的界面过渡区,而不是粗骨料本身,因此粗骨料强度的增大对提高混凝土抗压强度的作用不大,并且粗骨料强度和弹性模量与基体差距过大,还易在界面处产生较大的应力集中而造成混凝土强度下降[2]。图2结果显示,混凝土的抗折强度和弹性模量受碎石压碎值影响较显著,基本上随压碎值的增大而降低。压碎值23.8%的碎石 82 武 汉 理 工 大 学 学 报 2009年2月

(G7)与压碎值12.6%的碎石(G4)相比,压碎值增大将近1倍,配制的混凝土抗折强度下降7%,弹性模量下降30%。且压碎值23.8%的碎石(G7)配制的混凝土弹性模量远低于其他组混凝土,这是由于混凝土的弹性模量与骨料、基体的强度和弹性模量以及两者界面的粘结强度有关,而G7碎石的强度和弹性模量都是所有碎石中最小的。

2.2 压碎值对C60混凝土力学性能的影响

图3结果显示,C60混凝土的抗压强度随碎石压碎值的增大先增后减,在碎石压碎值15.7%时,混凝土强度达到最高(79.7MPa)。这可能是因为混凝土存在粗骨料强度与基体强度协调性的问题,在基体强度一定时,粗骨料强度达到一定程度后,再增加对提高混凝土强度作用不大,只有在两者相互协调的基础上,才能充分发挥粗骨料和基体的作用[7]。从总体上来看,6种碎石混凝土的抗压强度都在74)80MPa之间,差异并不显著。混凝土劈拉强度随碎石压碎值增大有下降的趋势,且这种影响趋势较C30混凝土明显。与C30混凝土类似,C60混凝土的抗折强度和弹性模量也随压碎值增加呈下降趋势(见图4)。压碎值23.8%的G7碎石较压碎值12.6%的碎石G4的压碎值增大将近1倍,配制的混凝土抗折强度下降10%,弹性模量下降29%。说明对于C60混凝土而言,压碎值对抗折强度的影响程度较C30混凝土更为明显,而对弹性模量的影响程度基本与C30混凝土一致。

2.3 压碎值对C80混凝土力学性能的影响

由图5可见,除压碎值16.2%的碎石(G6)配制的混凝土28d抗压强度达到103MPa外,其他组混凝土的抗压强度均在90MPa左右,即使压碎值高达23.8%的碎石(G7)配制的混凝土抗压强度也能达到90MPa。说明碎石压碎值与C80混凝土抗压强度的关系不显著,可能的原因是所有碎石的母岩抗压强度均在100MPa以上,最低的也有104.4MPa,碎石强度相对于基体及其与碎石之间的界面过渡区都有所富余,碎石还不是混凝土破坏的最薄弱环节。随着碎石压碎值的增加,劈拉强度呈下降趋势,影响程度较其他2个强度等级混凝土略微明显。由图6可见,随着压碎值增大,抗折强度和弹性模量呈下降趋势。对比压碎值

23.8%的G7碎石与压碎值12.6%的G4碎石的混凝土,前者较后者抗折强度下降20%,弹性模量下降26%。说明C80混凝土的抗折强度较其他2个强度等级混凝土受压碎值的影响更为敏感,压碎值对弹性模

第31卷 第4期 李北星,等:片麻岩碎石压碎值对混凝土力学性能的影响

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量的影响程度与其他2个强度等级混凝土基本一致。

2.4 压碎值相近的花岗片麻岩与石灰岩碎石配制的混凝土力学性能比较 表3是压碎值相近的石灰岩碎石(G3)与花岗片麻岩碎石(G4)分别配制的3种强度等级混凝土的力学性能结果。从两者的强度相比来看,C30混凝土的相差不大,对于C60

和C80混凝土而言,花岗片麻岩碎石混凝土的抗压强度较石灰岩的分别提高6%、8%,抗折与劈拉强度互有高低,但相差甚少。两者的弹性模量结果比较显示,花岗片麻岩碎石配制的各级混凝土的弹性模量要低10%)15%。

表3 花岗片麻岩碎石与石灰岩碎石配制混凝土的力学性能结果编号抗压强度/MPa抗折强度/MPa劈拉强度/MPa弹性模量/GPa

C30-G336.17.82.8139.9

C30-G435.37.52.9733.8

C60-G374.111.14.0849.2

C60-G479.010.93.9944.5

C80-G386.714.05.1551.3

C80-G493.813.85.5246.5

3 结 论

a.花岗片麻岩碎石压碎值与混凝土抗压强度的关系并不显著,而对抗折强度、劈拉强度和弹性模量的影响较大,后者基本随碎石压碎值的增大而减小,且随着混凝土强度等级的增加,受压碎值影响的程度也增大。

b.在压碎值接近的情况下,花岗片麻岩碎石混凝土的抗压、抗折和劈拉强度与石灰岩碎石混凝土相差

不大,弹性模量相差较大。

c.根据混凝土力学性能试验结果,花岗片麻岩碎石压碎值在不大于16%情况下,可用于各强度等级混凝土的配制。

参考文献

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