机制砂粒形与级配特性及其对混凝土性能的影响

发布时间：2017-08-04 19:12

  本文关键词：机制砂粒形与级配特性及其对混凝土性能的影响

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【摘要】：细骨料是混凝土的重要组成部分之一,对混凝土的性能影响重大。随着河砂的短缺,使用机制砂替代河砂作为混凝土细骨料是混凝土发展的一种趋势。相比于河砂,机制砂的不规则粒形和级配显著影响混凝土的性能。通过对机制砂的粒形和级配的优选来达到优化混凝土的配合比和性能,是当前研究机制砂应用于混凝土的一个热点。本文对机制砂的粒形评价方法、级配评价标准、粒形和级配与浆体包裹层厚度的关系以及基于粒形和级配的混凝土优化设计展开了系统研究,探讨了机制砂粒形与级配对机制砂颗粒的堆积密度、砂浆和混凝土新拌浆体工作性能和硬化体性能的影响,可为机制砂的生产、应用以及机制砂混凝土的推广提供理论指导。具体研究成果如下:使用数字图像法(DIP)获取了石灰岩机制砂、花岗岩机制砂和河砂的粒形参数,包括长宽比(L_x/L_y)、圆度以及扁平比(L_Z/L_y)等,综合反映了细骨料在长宽高三个方向及轮廓上的均匀性。其中石灰岩机制砂、花岗岩机制砂和河砂的长宽比分别为:1.37、1.53、1.39;圆度分别为:0.64、0.62、0.65;扁平比分别为:0.45、0.35、0.49。细骨料的棱角性从强到弱依次为花岗岩机制砂、石灰岩机制砂、河砂。将细骨料二维和三维方向上的粒形参数按不同权重组合,建立了颗粒粒形综合指数公式:粒形综合指数=∑(粒形表征参数×权重)。粒形综合指数越高,细骨料粒形越好,本研究所用石灰岩机制砂、花岗岩机制砂和河砂粒形综合指数分别为0.76、0.68和0.80。机制砂的堆积空隙率随粒形综合指数的减小而增大。相同配合比下,粒形综合指数高的石灰岩机制砂制备的砂浆工作性能、力学性能更优,但干燥收缩更大。相同配合比下,石灰岩机制砂制备的混凝土的工作性能、力学性能和抗氯离子渗透性更好。设计了颗粒范围为1.25~5mm、0.63~1.25mm、0.315~0.63mm、0.08~0.315mm的四区间级配,并以与泰波级配的偏差值R~2作为级配评价指标。为达到较小的堆积空隙率,1.25~5mm的颗粒含量应高一些,而0.315~0.63mm颗粒含量应低一些。总体上机制砂的堆积空隙率随偏差值R~2的增大而增大,从偏差值R~2对堆积空隙率影响的散点图分布规律分析,可以将偏差值R~2划分为5个区间:R~2≤300×10~(-4)、300×10~(-4)R~2≤600×10~(-4)、600×10~(-4)R~2≤1000×10~(-4)、1000×10~(-4)R~2≤1500×10~(-4)和R~21500×10~(-4),分别对应机制砂一级、二级、三级、四级和五级这5个级配等级;等级越大,堆积空隙率越大,级配越差。不同级配的机制砂制备的砂浆,当R~2≤300×10~(-4)时,砂浆的工作性能和力学性能更好。不同级配的机制砂制备C30和C60强度等级的混凝土,级配R~2=43×10~(-4)时工作性能和力学性能更好。建立了细骨料颗粒尺寸d与浆体包裹层厚度h之间的关系:h=kd+b。k值与细骨料粒形相关,通过线性拟合,得到本研究所用石灰岩机制砂、花岗岩机制砂和河砂的k值,分别为34.8、53.5和27.5。以浆体包裹层厚度为基础,基于粒形和级配优化设计砂浆和混凝土配合比,可以更好地应用不同粒形和级配的机制砂。在颗粒表面浆体包裹层厚度为16μm时,级配R~2=43×10~(-4)石灰岩机制砂制备的砂浆胶材用量最小且砂浆性能最好。石灰岩机制砂的级配R~2=438×10~(-4)时,C30强度等级混凝土胶凝材料用量最小且性能良好;而级配R~2=43×10~(-4)时C60强度等级混凝土胶材用量较少且性能优越,28天抗压强度可达80MPa。在配制低强度等级混凝土时,可以优选二级级配机制砂(300×10~(-4)R~2≤600×10~(-4)),其四区间颗粒1.25~5mm、0.63~1.25mm、0.315~0.63mm、0.08~0.315mm的分布范围分别为29%~39%、15%~33%、12%~33%和9%~31%;配制高强度等级混凝土时,应优选一级级配机制砂(R~2≤300×10~(-4)),其四区间颗粒1.25~5mm、0.63~1.25mm、0.315~0.63mm、0.08~0.315mm的分布范围分别为35%~42%、10%~28%、8%~24%和20%~35%。
【关键词】：机制砂 粒形 级配 混凝土性能 浆体包裹层
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU528
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-19
• 1.1 研究背景与意义12-15
• 1.2 国内外研究现状15-17
• 1.2.1 粒形对混凝土性能的影响15-16
• 1.2.2 级配对混凝土性能影响16-17
• 1.3 研究内容与技术路线图17-19
• 1.3.1 研究目的17-18
• 1.3.2 研究内容18
• 1.3.3 技术路线图18-19
• 第二章 原材料与试验方法19-27
• 2.1 原材料19-21
• 2.1.1 水泥与矿物掺合料19
• 2.1.2 细骨料19-20
• 2.1.3 粗骨料20
• 2.1.4 拌合水20-21
• 2.1.5 减水剂21
• 2.2 试验方法21-27
• 2.2.1 细骨料的筛分和级配调整21
• 2.2.2 细骨料粒形参数提取21-23
• 2.2.3 细骨料堆积空隙率测试23
• 2.2.4 砂浆与混凝土工作性能测试23-24
• 2.2.5 硬化砂浆细骨料间距测试24-25
• 2.2.6 砂浆及混凝土力学性能测试25
• 2.2.7 砂浆与混凝土体积稳定性测试25
• 2.2.8 砂浆及混凝土耐久性测试25-27
• 第三章 机制砂粒形特性及其对混凝土性能的影响27-45
• 3.1 机制砂粒形的表征27-33
• 3.1.1 机制砂的粒形参数28-31
• 3.1.2 机制砂的比表面积31-32
• 3.1.3 机制砂棱角性测试32-33
• 3.2 粒形的综合评价指数33-35
• 3.2.1 粒形各评价参数的权重划分33-34
• 3.2.2 粒形各评价参数值的归一化处理34
• 3.2.3 粒形综合指数的计算34-35
• 3.3 粒形对机制砂堆积空隙率的影响35-37
• 3.3.1 粒形对单粒级机制砂堆积空隙率的影响35-36
• 3.3.2 粒形对连续级配机制砂堆积空隙率的影响36-37
• 3.4 机制砂粒形对砂浆性能的影响37-40
• 3.4.1 机制砂粒形对砂浆工作性能的影响37-38
• 3.4.2 机制砂粒形对砂浆力学性能的影响38-39
• 3.4.3 机制砂粒形对砂浆干燥收缩的影响39-40
• 3.5 机制砂粒形对混凝土性能的影响40-43
• 3.5.1 机制砂粒形对混凝土工作性能的影响40-41
• 3.5.2 机制砂粒形对混凝土抗压强度的影响41-42
• 3.5.3 机制砂粒形对混凝土耐久性的影响42-43
• 3.6 本章小结43-45
• 第四章 机制砂级配特性及其对混凝土性能的影响45-65
• 4.1 机制砂级配设计与评价45-49
• 4.1.1 四区间级配设计45-47
• 4.1.2 机制砂级配评价47-49
• 4.2 级配对机制砂堆积性能的影响49-57
• 4.2.1 四区间级配对机制砂堆积空隙率的影响49-54
• 4.2.2 机制砂模拟软件颗粒堆积54-55
• 4.2.3 石粉含量对机制砂堆积性能的影响55-57
• 4.3 机制砂级配对砂浆性能的的影响57-61
• 4.3.1 机制砂级配对砂浆工作性性能的影响57-58
• 4.3.2 机制砂级配对砂浆力学性能的影响58
• 4.3.3 机制砂级配对砂浆干燥收缩的影响58-59
• 4.3.4 石粉对砂浆性能的影响59-61
• 4.4 机制砂级配对混凝土性能的影响61-63
• 4.4.1 机制砂级配对混凝土工作性能的影响61-62
• 4.4.2 机制砂级配对混凝土抗压强度的影响62-63
• 4.4.3 机制砂级配对混凝土耐久性的影响63
• 4.5 本章小结63-65
• 第五章 基于机制砂粒形和级配的混凝土优化设计65-79
• 5.1 机制砂粒形和级配与浆体包裹层厚度的关系65-69
• 5.1.1 浆体包裹层厚度理论计算65-66
• 5.1.2 机制砂粒形和级配对浆体包裹层厚度的影响66-68
• 5.1.3 浆体包裹层厚度实测值与计算值的比较68-69
• 5.2 基于机制砂粒形和级配的砂浆优化设计69-73
• 5.2.1 机制砂粒形和级配对浆体包裹层厚度和砂浆性能的影响分析69-70
• 5.2.2 基于机制砂粒形和级配的砂浆优化设计70-73
• 5.3 基于机制砂粒形和级配的混凝土优化设计73-77
• 5.3.1 相同浆体包裹层厚度不同粒形机制砂混凝土设计73-75
• 5.3.2 相同浆体包裹层厚度不同级配机制砂混凝土设计75-77
• 5.4 本章小结77-79
• 第六章 结论与展望79-82
• 1. 结论79-80
• 2. 展望80-82
• 参考文献82-86
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果86-87
• 致谢87-89
• 答辩委员会对论文的评定意见89

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