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学术:机制砂饱和面干吸水率试验方法探讨——科技大会论文精选(七)

发布日期:2021-07-19   浏览次数:

学术:机制砂饱和面干吸水率试验方法探讨——科技大会论文精选(七)

 

国家十部门和十五部门相继发布《关于推进机制砂石行业高质量发展的若干意见》和《关于促进砂石行业健康有序发展的指导意见》等文件,砂石行业进入高质量发展的新时代,砂石行业迎来了历史性的新发展机遇。为交流行业的最新理念、新技术、新成果和先进适用技术等,建立和完善砂石工业科技体系,推动砂石行业的高质量和健康有序发展,上葡京定于2021年7月23-26日,在“两山”理念诞生地——湖州举办“第八届全国上葡京行业科技大会”。

今日,上葡京融媒体中心隆重推出科技大会精选论文(七):

机制砂饱和面干吸水率试验方法探讨

(广东红墙新材料股份有限公司 顾淑英,张建业,黄海强,张东,黄海连)

【摘要】机制砂与天然砂除颗粒形状差异较大外,石粉含量与天然砂也有较大差异,石粉含量明显影响砂的饱和面干吸水率指标,因而不可简单套用天然砂的测试方法对机制砂饱和面干吸水率进行测试。文章在分析现行标准规范饱和面干吸水率测试方法差异的基础上,通过辅助量化测试饱和面干砂样指标判别饱和面干状态的方式,为完善机制砂饱和面干吸水率试验方法提供参考。

【关键词】饱和面干;机制砂;方法;

引言

机制砂替代天然砂广泛应用于混凝土行业已成为普遍现象,也是未来的发展趋势。机制砂相比天然砂,在物理性能方面存在较大差异,如机制砂颗粒的多棱角性、细度模数偏高、筛底高等。试验表明,机制砂中石粉含量在一定范围内增加,在不增加外加剂用量的前提下,达到近似混凝土出机状态,则需增加用水量[1-2]。这说明机制砂中存在的石粉与混凝土需水量密切相关。普通混凝土配合比设计规程中,砂质量计算以烘干状态为基准,未考虑机制砂中石粉含量对混凝土需水量的影响。而在水工与公路工程中,混凝土配合比设计时的砂质量计算以饱和面干状态予以计算,减少由石粉引起的用水量误差。由此准确测定机制砂的饱和面干吸水率显得尤为重要。目前现行测试细集料饱和面干吸水率的方法不统一,文章在分析各标准规范差异的基础之上,并参考文献[3]测试不同石粉含量机制砂的饱和面干吸水率差异,为完善相应试验方法提供参考。

GB/T14684-2011《建设用砂》规定,经除土处理,由机械破碎、筛分制成的,粒径小于4.75mm的岩石,矿山尾矿或工业废渣颗粒,但不包括软质、风化的颗粒,俗称人工砂[4]。JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石及检验方法标准》规定人工砂为岩石经除土开采、机械破碎筛分而成的,公称粒径小于5.00mm的岩石颗粒[5]。而JTGE42-2005《公路工程集料试验规程》中,定义人工砂为经人为加工处理得到的符合规格要求的细集料,通常指石料加工过程中采取真空抽吸等方法除去大部分土和细粉,或将石屑水洗得到的洁净的细集料[6]。从广义上分类,机制砂、矿渣砂和煅烧砂都属于人工砂。并特别指出机制砂是由碎石及砾石经制砂机反复破碎加工至粒径小于2.36mm的人工砂,亦称破碎砂。从现行的标准规范可以看出,对机制砂形成的较统一观点为岩石经机械破碎形成的一定粒径范围下的细集料。

石粉含量是影响砂饱和面干吸水率指标的重要因素之一,对机制砂石粉粒径的界定,不同的标准规范存在差异。GB/T14684-2011《建设用砂》标准中规定机制砂中粒径小于75微米的颗粒[4];而在SL/T352-2020《水工混凝土试验规程》中,石粉含量指人工骨料中小于0.16mm的颗粒含量,将小于0.08mm的颗粒称为微粒[7]。由于机制砂中小于0.16mm的颗粒含量可通过干筛试验快速获取,因此在本文试验中将0.16mm以下的颗粒统称为石粉。文章通过调整不同的石粉含量配制机制砂样品,测试其饱和面干吸水率。

对于饱和面干吸水率的计算,不同的标准规范间也存在差异。公路与水运的标准规范中,饱和面干吸水率指骨料从干燥状态到饱和面干状态所吸入的水量,占饱和面干状态骨料质量的百分比[6,7]。而GB/T14684-2011《建设用砂》与JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石及检验方法标准》标准中,饱和面干吸水率计算时则为砂样从干燥状态到饱和面干状态所吸入的水量,占烘干试样质量的百分比[4,5]。不同石粉含量砂样的饱和面干状态所含水量可能存在差异,由此计算而得的不同石粉含量饱和面干吸水率相互之间可比性略差。由此本文在计算饱和面干吸水率时采用占烘干试样质量的百分比表示。

1.测试方法及原材料

1.1砂样装入方式与捣实次数

不同方法间采用的捣棒质量均为340g,捣棒与试样间的自由下落距离均约10mm,但砂样装入方式及捣实方式不同。其中JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石及检验方法标准》及JTGE42-2005《公路工程集料试验规程》测定砂饱和面干吸水率时,将试样松散地一次装满饱和面干试模中,捣25次(捣棒端面距试样表面不超过10mm,任其自由落下),捣完后,留下的空隙不用再装满,从垂直方向徐徐提起试模,观察砂样外观,判断是否为饱和面干状态[5,6]。GB/T14684-2011《建设用砂》试样分两层装入试模,第一层装入模高度的一半,用捣棒均匀捣13下(捣棒离试样表面约10mm处自由落下),第二层装满试模,再轻捣13下,刮平试模上口后,垂直将试模徐徐提起,观察砂样外观,判断是否为饱和面干状态[7]。SL/T352-2020《水工混凝土试验规程》中依据石粉含量的高低,采用不同的饱和面干试模及装入方式,所用的两种饱和面干试模见图1。石粉含量小于10%时,砂样装入方式与捣实方式与GB/T14684-2011《建设用砂》标准一致,当石粉含量10%-15%时,砂样分两层装入,每层插捣4次;石粉含量大于15%时,采用一层装入的方式,插捣5次。

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图1两种饱和面干试模[7]

1.2饱和面干状态判断

对于机制砂饱和面干状态的判断,目前现行的标准规范均采用定性的方式予以判定。JTGE42-2005《公路工程集料试验规程》中规定机制砂的饱和面干状态为移去饱和面干试模后,砂样第一次出现坍落时的含水率即最大含水率作为试样的饱和面干含水率[6]。JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石及检验方法标准》与SL/T352-2020《水工混凝土试验规程》规范中提供的饱和面干砂样图形见图2。GB/T14684-2011《建设用砂》标准规范中提供的机制砂饱和面干砂样图形见图3。

从上述规定推断,依据JTGE42-2005《公路工程集料试验规程》测试的饱和面干含水率值可能最大,而依据图2砂样形状测得的饱和面干含水率数值可能最小。在无定量的测试指标指导下,仅依据感官定性判断易引起测试数据较大误差。文献[3]中通过测试坍落后砂样的指标,辅助表征饱和面干状态,有助于降低试验误差。

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图2砂样饱和面干砂样图[5,7]

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图3砂样饱和面干砂样图[4]

文章参考文献[3]中提供的测试方法并结合现行的标准规范,采用不同试模、不同砂样装入方式及捣实次数的方式测试砂样饱和面干含水率,测试试样坍落后的顶面直径、坍落高度及底面直径并观察试样坍落情况。

1.3试验采用的原材料

文章采用的机制砂为石灰岩破碎而成,机制砂细度模数为3.7,干筛分试验结果见表1。通过调整不同的石粉含量配制机制砂样品,测试其饱和面干吸水率。

表1试验用机制砂分计筛余百分比

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2.试验数据

2.1砂样装入方式对砂样形状的影响

采用高度73mm与113mm两种试模,分两次装入每层捣实13次及一次装入捣实25次两种方式,控制试验采用的砂样含水率相同,提起试模后砂样图形见图4。由图4可以看出,采用高度为73mm试模时,砂样顶端存在平台,砂样图形与图3所示饱和面干砂样相近,且一次装入方式与两次装入方式差异不明显。采用高度113mm试模时,砂样图形与图2所示饱和面干砂样相近。后续试验统一采用分两层装入,每层捣实13次,比较不同试模时砂样图形差异。

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图4不同试模不同装入方式的砂样图形差异

2.2不同含水率两种试模图形差异

通过将烘干后试样预先加水配制为不同含水率砂样,测试机制砂在不同含水率条件下砂样形状变化情况后,复测砂样含水率,试验结果见表2。采用高73mm试模时,与图2所示饱和面干砂样形状相近的含水率小于0.5%;由此说明,采用73毫米试模时,饱和面干砂样图形宜选用图3所示形状。采用113mm试模时,砂样形状随含水率变化呈现由图2所示饱和面干形状至图3形状的过渡。因此,对两种试模测试结果的相关性需进一步试验。

表2两种试模测试不同含水率时图形差异

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2.3不同石粉含量两种试模时图形差异

采用高73mm的试模,以图3表征的饱和面干状态为参考,而后采用高113mm试模平行测试,比较试样坍落后指标差异,测试数据见表3。采用113mm高度试模平行测试时,砂样呈现图2中所示近似状态。采用高度73mm试模时,坍落砂样的上直径约为30mm,底面直径约为170mm,坍落高度约为14mm,约占试模高度的五分之一;而高度113mm试模时,坍落砂样底面直径约为200mm;坍落高度约50mm,约为试模高度的二分之一。文献[3]采用73mm试模时,建议量化的饱和面干指标为上直径小于45mm,坍落后试样高度为55mm左右,即坍落高度约为18mm,底面直径小于150mm。由此可以看出,采用量化砂样图形指标较准确测试机制砂饱和面干吸水率是可行的,但采用不同试模试验时的相关性及指标界定仍需大量试验论证。

表3两种试模测试不同石粉含量机制砂的饱和面干吸水率试验数据

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3.结语

天然砂饱和面干吸水率的测试方法已成熟,而机制砂与天然砂性能差异造成机制砂的饱和面干吸水率测试方法不可单纯套用天然砂的测试方法。机制砂饱和面干吸水率的测试方法需从所用试模的形状,砂样的装入方式及饱和面干状态的判定等多方面予以规定。通过量化砂样图形指标辅助判断砂样饱和面干状态是一种可行的手段,但对于指标的界定仍需大量试验反复论证。

参考文献:

[1]陈慧,章家海等.石粉含量对机制砂混凝土性能影响的研究现状[J].安徽建筑,2020,27(08)。

[2]林基泳,蒋勇,吴兴颜等.石粉对混凝土性能影响的研究现状[J].硅酸盐通报,2018,37(12):3842-3848。

[3]杨韵华,韩瑞民,弓锐,徐鹏.机制砂饱和面干试验方法研究J].公路,2010,11(11):169-174。

[4]GB/T14684-2011,建设用砂[S]。

[5]JGJ52-2006,普通混凝土用砂石质量及检验方法标准[S]。

[6]JTGE42-2005,公路工程集料试验规程[S]。

[7]SL/T352-2020,水工混凝土试验规程[S]。

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