粗集料表面特征对混凝土强度的影响

(5)
式中 fc ———抗折强度 (MPa) ; PD ———集料表面特征系数 。 相关系数 r = 0. 9268
通过式 (5) 可以估算出集料颗粒质量对抗折强 度的影响 ,在混合料设计中加以考虑 。
表 4 细度模数与比表面积试验值
细度模数 ln (Mx)
第 4 期
2003 年 8 月
公 路 交 通 技 术
Technology of Highway and Transport
No. 4 Aug. 2003
粗集料表面特征对混凝土强度的影响
李 凌
(重庆交通科研设计院 重庆 400047)
摘 要 通过室内试验和回归分析的方法研究了粗集料表面特征对混凝土强度 (主要是抗折强 度) 的影响 ,可为混凝土的配合比设计和混凝土路面施工提供参考 。 关键词 粗集料 表面特征 混凝土强度
一定时 ,Mx . Sgb 是一个常数 。若令标准集料的表面
特征指数为 1 ,则任何级配状况和表面特性的特征
指数可表示为 :
PD = MSΠMx . Sgb
(4)
式中 PD ———集料表面特性指数 ;
MS ———标准集料细度模数与比表面积的积 ;
b ———常数 。由标准集料试验确定 。
PD 表示粗集料的表面特征 (令 PD 为集料的表面特
征指数) ,则有 :
PD = f (C ,Mx ,Sg)
(1)
式中 C ———与集料石质有关的系数 ;
n
∑Ai
Mx
———集料的细度模数
,
Mx
=
i = 100
100
;
Ai ———集料的累计筛余 (n = 9) ;
Sg ———集料的比表面积 (m2 / kg) 。
混凝土强度的主要影响因素十分多 ,如水泥 、水 灰比 、温度 、龄期等 ,在研究中我们发现 ,集料的变异 性对混凝土强度的影响也不小 。集料的变异性主要 指粗集料的岩性 、吸水性 、最大粒径 、表面特征和级 配等的变化 。根据混凝土抗折强度的破坏机理 ,特 别是影响强度 、工作性等的因素看 ,集料的表面特征 变异 、最大粒径的影响最大 ,另外粗集料占单位混凝 土的体积填充率对混凝土的抗折强度和收缩性能也 有较大的影响 。
抗压强度
抗折强度
坍落度
( %)
Mx
S(m2Πkg)
PD
(MPa)
(MPa)
(mm)
0
7. 33
0. 362
1
23. 3
4. 16
70
5
7. 30
0. 391
0. 925
23. 1
3. 91
105
10
6. 92
0. 428
0. 846
22. 2
3. 78
90
15
7. 13
0. 448
0. 808
23. 8
= 5. 7720 ,b = - 0. 1890 ,R2 = 0. 9850 。
式 (3) 表明 ,单位重量的集料 ,级配和表面特征
式 (4) 中 PD 是评价集料级配和表面特性的相 对值 , PD 越接近于 1 ,说明集料的颗粒状况越好 。 研究结果表明 , PD 值与集料的岩性无关 ,所以式中 未出现石料对试验液体的吸附能力指数 C ,但在测 试 Sg 的过程要用 C 进行修正 。
1. 792
1. 872
1. 946
2. 015
2. 079
ln (百度文库g)
- 0. 196
- 0. 641
- 0. 989
- 1. 392
- 1. 871
表 5 混凝土抗折 、抗压强度随粗集料比表面积变化的结果
2. 140 - 2. 035
2. 197 - 2. 226
扁平针状颗粒
细度模数
比表面积
Abstract Through the experiment and the recursive analysis ,this paper researches influence of the concrete strengh (especially the flexural strength by suface) characteristic of coarse aggregates. It can be available for reference of concrete mixes and construction of concrete pavement . Key words coarse aggregates surface characteristic concrete strength
1 粗集料表面特征
粗集料表面特征对混凝土的强度和工作性能都 有一定的影响
表 1 是国外学者的研究成果 ,它表明粗集料表 面形状对混凝土抗弯强度和抗压强度的影响都比较 大 。在混凝土路面的施工规范中限制粗集料的针片 状颗粒含量不超过15 % ,但室内试验发现 ,即使是
表 1 骨料影响混凝土强度的相对重要性
级配范围 (mm)
碎石式 细度
样重 模数
(g)
试验 后重 (g)
重量 增长率
( %)
比表 面积 (m2Πkg)
882. 6
3. 84
5～10 6. 0 850 880. 1
3. 54
880. 7
3. 61
1 825. 5 1. 42 10～20 7. 0 1 800 1 830. 0 1. 67
0. 873 0. 804 0. 826 0. 327 0. 379
0. 059 kgΠm2
相同比表面上吸附标准液体的能力相同 ,这样就可 令石灰岩的吸附能力系数 C = 1 ,则 :
较容易测出粗集料的表面积 ,至少其相对值是可靠 花岗岩 C = 0. 795
的。
石灰岩
C = 1. 0
测试结果如下 :
砂 岩
C = 1. 35
各种石料对标准液体的吸附值 (C) :
经研究表明 ,集料的变异性与混凝土强度有较 强的关联性 。其中 ,粗集料表面特征与混凝土强度 呈线形关系 ,粗集料最大粒径和粗集料占单位混凝 土的体积填充率对混凝土强度也存在较大的影响 。 本文在其它条件均相同的情况下 ,着重对粗集料表 面特征与混凝土抗折强度的关系进行了研究 ,以期 在混凝土的配合比设计和混凝土路面施工中起参考 作用 。
通过率 1
97
53
17
2. 2
( %)
2
100
98. 3
84. 6
59. 5
35. 0
28. 1
5. 2
0. 9
为研究粗集料细度模数与比表面积之间的关 系 ,集料采用不含针片状颗粒并按等级分为 4 组 ,测 定每组的细度模数和比表面积 ,见表 3 。表中平均 细度模数 7. 33 ,平均比表面积 0. 362 m2Πkg。经单因 素试验方差分析 ,比表面积的与细度模数的依赖关 系高度显著 。表 4 是细度模数与比表面积的自然对 数值 。 表 3 粗集料级配及表面特征试验值
0. 58
0. 132
由表 4 的数据得图 1 。根据图 1 令 :
Y = a + bX
(2)
式中 Y ———ln (Mx) ,细度模数的自然对数值 ;
X ———ln (Sg) ,表面积的自然对数值 。
即 : Mx . Sgb = a
(3)
式中 a 、b ———常数 ,由标准集料试验确定 ,本研究 a
2 粗集料表面特征与强度的关系
表 5 是混凝土抗压强度和抗折强度随粗集料比 表面积增大而变化的实测结果 。表中显示 ,当集料 扁平针状颗粒含量增大 ,比表面积增加 ,表面特征系 数降低时 ,抗折强度明显下降 ,坍落度呈下降趋势 , 也就是说 ,如果要维持和易性不变 ,则要增加用水 量 。当 PD 指数从 1 降到 0. 634 ,即不规则颗粒从 0 增加到 30 %时 ,抗折强度下降 12 % ,这一影响是不
为测 Sg 的标准值 ,以及研究集料细度模数与比
花岗岩 0. 035 kgΠm2
表面积之间的关系 ,取最大粒径 30 mm～40 mm 的优
石灰岩
0. 044 kgΠm2
质石灰岩碎石 ,2 种级配 ,即表 2 。
表 2 标准集料级配取值
筛 孔 (mm)
40
30
25
20
15
10
5
2. 5
3. 49
45
6. 51
0. 743
0. 487
18. 3
3. 36
3 结语 混凝土的强度特别是抗折强度与粗集料的级配
质量有很大的关系 ,混凝土路面的施工规范中仅仅 提出对粗集料的针片状颗粒含量的限制 ,研究表明 仅用此来评定集料的级配质量是不够的 ,集料扁平 和不规则颗粒太多也会影响混凝土的强度 ,所以应 全面考虑粗集料的表面特征 。本研究通过集料比表 面积测试方法的研究和其与混凝土抗折强度关系的 研究表明 ,粗集料的表面特征系数 PD 与混凝土的 抗折强度 fc 存在 fc = 1. 3050PD + 2. 7067 的线性关 系 ,通过此可以估算出集料颗粒质量对抗折强度的 影响 ,在混凝土的配合比设计和混凝土路面的施工 中加以应用 ,这对于优化提高混凝土的强度和控制 混凝土的质量具有很高的参考价值 。
混凝土性能
骨料性能的相对影响 ( %)
形 状
表面结构 弹性模量
抗弯强度
31
26
43
抗压强度
22
44
34
针片状颗粒含量满足要求 ,如果集料的扁平和不规
则的颗粒太多也会影响混凝土混合料的和易性及强
度 ,也就说仅用针片状颗粒含量来评定粗集料的级
配质量是不够的 。试验研究表明 ,粗集料表面特征
用细度模数和比表面积来描述是比较贴切的 。若用
1 832. 6 1. 81
2212. 2 0. 55
20～40 8. 0 2200 2218. 7
0. 85
2214. 7 0. 64
153. 5
0. 33
40～50 9. 0 153 153. 8
0. 52
0. 411 0. 125 0. 193 0. 145 0. 075 0. 118
156. 9
式(1) 中 ,为系数 C 的确定做了大量的室内试
验 ,首先取有石质代表性的石样切割成若干组标准
的立方体 (便于计算标准表面积) ,再用一定粘稠度
的液体进行吸附试验 ,测其各种石料的吸附能力 。
式 (1) 中 ,Sg 的测试难度较大 ,用测水泥比表面
的方法 (如透气法) 是不适用的 ,本研究采用液体吸
3. 58
50
20
7. 33
0. 481
0. 753
25. 5
3. 64
70
25
7. 51
0. 520
0. 696
24. 6
3. 89
30
30
6. 88
0. 571
0. 634
20. 7
3. 56
12
35
6. 97
0. 610
0. 593
21. 9
3. 82
40
7. 01
0. 665
0. 544
19. 7
收稿日期 :2003 - 06 - 09 作者简介 :李 凌 (1970 - ) ,女 ,四川省南充市人 ,工程硕士 ,助研 1
14 公 路 交 通 技 术 2003 年
附法 ,即假定 :对一定粘稠度的标准液体 、同种石质 砂 岩
第 4 期 李 凌 :粗集料表面特征对混凝土强度的影响 15
能忽视的 。抗压强度也随着集料表面状况的恶化而
下降 ,只是没有抗折强度那样明显 。
图 2 表明 PD 值和抗折强度有明显的相关性 ,其
关系式见式 (5) 。
fc = 1. 3050PD + 2. 7067