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砂石骨料中的粉尘对混凝土拌合的影响

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  混凝土材料是现代化建筑工程施工中结构材料里*为主要的材料之一。骨料的体积大概占到了混凝土体积的百分之七十。骨料的质量优劣对混凝土拌合的各指标都具有非常重要的作用,它的技术指标对混凝土材料的和易性以及抗压强度起着至关重要的作用。大部分人认为:骨料在混凝土材料中发挥的是填充结构的作用,但对于混凝土的其他各项指标性能能等均有不同程度的影响。但是对于骨料对混凝土拌合的影响,人们往往只是定性的研究。由于目前普遍使用的混凝土抗压强度等级在20-50Mpa,天然砂石骨料均有非常好的抗压强度,普遍能达到混凝土的强度设计需求,所以粉体材料对混凝土拌合物性能的作用情况没有被人们深入研究。骨料中的常伴有的粉体主要有泥粉和石粉,对于骨料的品质起着至关重要的作用。泥粉主要来自天然河沙,石粉主要来自机制砂。泥粉和石粉的性质,即有相同也有不同。

 

  2.1粉体对水泥净浆流动度的影响分析

 

  现在混凝土中往往要掺入减水剂,不同种类的减水剂对泥粉和石粉的敏感程度是不一样的。木钠减水剂对泥粉的敏感性较低,奈系减水剂较木钠减水剂敏感,聚缩酸系减水剂较前两者*容易受泥粉的影响。对于这3类减水剂,当泥粉含量大于4%时,减水剂作用不明显。一方面原因是,泥粉颗粒具有吸附性,泥粉颗粒吸附了部分减水剂,使有效减水剂变少,有效的减水成分降低,流动性变差。另一方面,微小的泥粉颗粒大大地增加了表面积,也增加了需水量,水泥粘度增大,水泥的和易性下降,流动度随着泥粉含量的增加而下降[1]。

 

  石粉对于水泥净浆初始流动度的影响较大,木钠减水剂组和聚缩酸系减水剂组是初始流动度是先减小,而后渐渐恢复。这主要是因为,石粉颗粒会吸附减水剂,使有效分布在水泥颗粒表面的减水剂分子减少,分散性下降,流动度降低,这和泥粉的作用机理类似。另一方面,石粉本身表面附着物较少,较为光滑,吸水性较水泥颗粒稍差,并且,由于石粉起到填充密实、滚珠润滑作用[2],所以一定范围内流动性会增大,所以水泥净装的流动度受这些因素共同作用。

 

  2.2粉体对水泥净浆凝结时间的影响分析

 

  一般情况下,水泥净浆的凝结时间随着泥粉或石粉含量的增加而减少。对初凝时间的影响显著于对终凝时间的影响。这主要是因为泥粉或石粉的吸附性,石粉或泥粉颗粒吸附了部分减水剂,使有效吸附在水泥熟料上的减水剂分子变少,诱导期提前结束,缓凝效果下降。随着石粉含量越来越大,减水剂的缓凝效果越来越不明显。

 

  3粉体对混凝土力学性能的影响分析

 

  泥粉对混凝土强度的影响是多方面的,泥粉本身是松散的颗粒集合体,强度低。泥粉含量高时,在C-S-H凝胶体中形成软弱的空域,使凝胶体密实性降低,妨碍水泥的水化,相当于水泥净浆中的软弱颗粒增加,降低试块的强度。但是,由于泥粉颗粒的惰性填充作用,也会增加试块的强度。这是因为在水泥强度发展过程中,水泥水化形成C-S-H凝胶体,水泥浆体逐渐变稠、硬化,浆体会发生各种收缩,如水泥浆体在水化过程中水泥-水体系的总体积发生缩小引起的化学减缩,由于温度和湿度的变化引起水泥石中水分变化的失水收缩,以及由于干燥和碳化作用引起的收缩等形成微小的空洞或者微裂缝,当收缩变形增大时,微裂缝逐渐延伸和扩展,连通成宏观裂缝,硬化浆体的损伤不断积累,水泥试块整体遭到破坏。但由于加入了少量的泥粉颗粒,这些颗粒填补了浆体初期由于收缩形成的孔洞及微裂缝。使得水泥试块的强度增大,尤其是早期强度[1]。

 

  尽管泥粉对强度有有利的一面,但在实际应用中,天然河沙的含泥量普遍偏高,泥粉对外加剂的吸附作用,使有效外加剂减少,容易造成混凝土用水量大于配合比设计的用水量,降低混凝土的强度和耐久性,给工程带来质量隐患。因此在实际工程中,还是要严格控制天然砂的含泥量。

 

  石粉对混凝土拌合强度的影响不同于泥粉,这主要是由于两者性能差别造成的。石粉成分与母岩一致,颗粒硬度高,需水量少,对胶凝体系具有良好的填充密实作用,石粉能填充试块中的孔隙,改善胶体界面结构,增加胶体密实度[3,4]。在凝结阶段,细微的石粉可起到晶核的作用,诱导水泥的水化产物析晶,促进水泥的早期强度的发展,使硬化后的水泥颗粒界面区的密实性得到改善;此外,石粉微粒在水泥水化的早期对Ca(0H)2和C-S-H的形成起晶核作用,加速了熟料矿物特别是C3S矿物的水化。水泥中的C3S开始水化时,会释放出大量Ca2+,并且Ca2+迁移能力比Si042-离子团高得多,根据吸附理论,当Ca2+扩散到CaCO3颗粒表面附近时,首先发生CaCO3颗粒表面对Ca2+的物化吸附,由于这种吸附导致在水化中C3S颗粒周围的Ca2+浓度降低,从而加速了C3S水化。石粉还能与水泥中C3A和C4AF反应,生成水化碳铝酸钙,水化碳铝酸盐可与其他水化产物相互搭接,使水泥试块结构更密实,从而提高了强度[5,6]。

 

  但是,当石粉含量超过极限值时,会降低试块的强度。因为石粉含量过高,浆体需水量增加,同时对外加剂的吸附也增加,使用水量增加,同时过量的石粉破坏了水泥浆的密实堆积结构。

 

  4结论

 

  综上所述,泥粉和石粉对混凝土拌合性能的相应是多方面的,人们在应用过程中应扬长避短,发挥其有利的一面。但实际工程应用毕竟不同于试验室,施工环境复杂,管理难度大,因此,在实际应用中,应严格控制含量,不能超过使用范围,否则将给工程带来质量隐患。现在混凝土材料成分复杂,影响因素众多,关于泥粉和石粉对混凝土性能的影响,现在还缺乏全面系统的研究,因此人们对骨料中的粉体对混凝土性能的影响机理的认识还有待于更一步研究。