凝灰岩骨料在高强混凝土中的应用研究

凝灰岩骨料在高强混凝土中的应用研究

严炳土

广东鸿业建材科技有限公司,云浮市郁南县,527100

摘　要　凝灰岩作为混凝土骨料，用在高强管桩及预制混凝土方桩生产中，试验了不同砂率、不同品种机制砂、不同减水剂的配合比混凝土强度，试验结果分析表明，凝灰岩具有一定的化学活性，可配制出高强混凝土，在实际生产中依据混凝土用途对粗细骨料石粉含量作出规定，优选减水剂和水泥，设计出满足生产需求的高强度混凝土配合比。

关键词　凝灰岩　骨料　混凝土　机制砂

0 前 言

高强混凝土，特别是高性能混凝土的骨料，不论体积或重量都要占到混凝土的75%以上，而骨料一般从当地生产建筑材料中选取，特别是人工骨料（机制砂）其料源选择、生产工艺、设备选型以至生产管理、质量控制决定着砂石骨料的品质。

【1】我国东南沿海含有较多的凝灰岩矿物，经中国矿物研究所研究，我国酸性凝灰岩化学成分主要为SiO2、Al2O3、K2O和Na2O等，次要成分为CaO、MgO 、Fe2O3 等。酸性凝灰岩中SiO2、Al2O3，一般分别>70%和>13%；K2O+Na2O>5%，酸性凝灰岩化学成分具有高硅、富铝、丰碱和贫铁等特征，属钙碱系列、铝过饱和岩石。根据有关研究的文献资料表明，凝灰岩的化学活性与火山灰质材料、粉煤灰等的化学活性相类似，将凝灰岩磨细成粉，与石灰或与石膏混合后，在常温下发生化学作用，生成具有胶凝性的水化物。

本文研究的是福建泉州的SiO2 含量65%、Al2O3含量14%凝灰岩在高强混凝土中的应用。

1 凝灰岩骨料有关试验

1.1凝灰岩采样送检的岩矿鉴定报告

鉴定名称：流纹英安质晶屑熔结凝灰岩

描述：晶屑熔结凝灰结构的流纹构造

岩石由塑性玻屑（44%）晶屑（38%）及蚀变矿物（18%）组成。

塑性玻屑：细纹状，断续立向排列，并绕晶屑而过，部分被蚀变矿物取代，其余脱玻化为霏细状长英质。

晶屑成分主要为斜长石，部分石英，呈棱角状－次棱角状，粒度0.03—1.6mm。斜长石风化为灰色，隐约可见钠解双晶和双带构造；石英呈港湾状及浑圆熔蚀边。

蚀变矿物主要为鳞片状黑云母和白云母，少许黄蚀矿（粒度0.03—0.18mm ）。

磁铁矿：<0.5

辉石：<0.5

抗压强度MPa 213

抗折强度MPa 20.3

硬度 6.3 注：根据测试结果，本样品名称定为凝灰岩

该凝灰岩岩石抗压强度213 MPa，石英岩的平均抗压强度253MPa，花岗岩平均抗压强度181 MPa，凝灰岩岩石抗压强度介于石英岩花岗岩两者之间。

1.2 凝灰岩机制砂石粉活性试验结果与分析

根据混凝土矿物掺合料应用技术规程DBJT101-64-2012，掺量10%的凝灰岩石粉（0.08方孔筛筛余5.0%）作水泥胶砂比对试验，结果见表2，凝灰岩的28天强度活性指数为85%，与沸石粉的活性指数接近。

表1

沸石粉的活性指数：≥ 80 ， 复合掺合料的活性指数：≥75%， 石灰石的活性指数：≥ 60%，

从凝灰岩石粉活性试验结果看，凝灰岩石粉与沸石粉的活性接近，具有火山灰质铝硅酸盐矿物，有一定量活性二氧化硅和三氧化铝，能与水泥水化析出的氢氧化钙作用，生成胶凝物质。

1.3 凝灰岩骨料在高强混凝土中试验结果与分析

1.3.1 不同砂率试验结果

机制砂细度模数3.1，含泥量5.0%，碎石压碎指标4.0% 福建永安万年P.O 52.5 水泥，科之杰高效桩杆减水剂。 表2

从试验表2分析表明，不同机制砂砂率对混凝土强度的影响不是很明显，砂率33%与37%相比，37%的砂率混凝土强度稍高于前者。但不同砂率影响混凝土用水量和混凝土和易性，砂率大，石粉含量高，用水量稍大，由于石粉有一定的活性，并能改善新拌混凝土和易性，实际生产中，依据机制砂的细度模数，砂率比天然砂普遍高约2%【2】。在管桩生产中，由于是离心成型，过低的砂率会造成离心混凝土离析，极易塌落，或者离心混凝土易分层，混凝土不密实，内部产生空洞、蜂窝。

1.3.2不同品种机制砂配比试验结果分析

表5为不同品种机制砂配比试验，1号砂为花岗岩下脚料砂，含泥量1.5%，2号砂母岩为青色火山岩岩石破碎出来的人工砂，含泥量4.0%，3号砂为河里鹅卵石破碎出来的人工砂，含泥量1.5%。凝灰岩砂含泥量4.9%。碎石均为凝灰岩。

表3

表3试验结果表明凝灰岩机制砂的混凝土强度普遍高于其它人工砂混凝土强度，表4为预制混凝土方桩配合比，蒸汽养护后7天和28天强度较较高。有关试验表明，制砂母岩岩性与石粉含量是机制砂混凝土性能的主要影响因素。

表4

1.3.3　不同减水剂试验

普通聚羧酸，推荐掺量2.0—2.5%，5-25碎石压碎值5.0%，机制凝灰岩人工砂，细度模数3.1，含泥量4.3%，福建永安万年P.O 52.5 水泥

表5

1、2、3为普通聚羧酸，4为科之杰桩杆高效减水剂。

　聚羧酸（广州超塑建材公司提供，型号A80E, 40%）和纯水泥配合比，材料同上。

表6

另一品种水泥（福建泉州莲花P.052.5）的混凝土配合比如下：

5-25碎石压碎值5.0%，机制凝灰岩人工砂，细度模数3.1，含泥量4.0%，聚羧酸（广州超塑建材公司）

表7

蒸汽常压养护混凝土强度

第二次试验（自然养护）混凝土强度

表8

表5表6试验表明不同品种减水剂对混凝土强度影响会有所不同，萘系高效减水剂和普通聚羧酸减水剂其强度较接近，但对新拌混凝土和易性影响会有不同，【4】有关文献资料表明，聚羧酸对早期强度有影响，蒸汽养护时需要静停时间要适当延长，聚羧酸混凝土的和易性好于萘系的。现在预拌混凝土搅拌站多采用聚羧酸减水剂，管桩厂家也在逐渐推广用聚羧酸减水剂。

表7和表8试验表明，使用凝灰岩骨料在低水灰比下，用聚羧酸的超塑化剂配制的混凝土，可获得超高强度。优选骨料和水泥，可配制免压蒸管桩高强混凝土。

2　凝灰岩骨料在实际生产中应用数据

2.1　骨料颗粒级配及形状对混凝土影响

骨料的形状和表面特征对混凝土强度影响很大。对抗折强度的影响要比抗压强度大，特别是在高强混凝

土中，骨料形状和结构的影响更大，凝灰岩矿石经破碎后的5－25碎石的压碎值指标经试验多在4%至7%之间，鄂式破碎机出来的碎石针片状含量很大，一般在13%以上，不适合用在高强混凝土中做骨料，一般采用圆锥破整形后颗粒形状较圆，针片状含量在5%以下，适合于做高强管桩混凝土用骨料；细骨料（机制砂）细度模数在2.8至3.2之间，机制砂石粉含量3%至7%之间，波动较大。凝灰岩破碎出来的碎石吸水率一般在1.4%左右。

【5】高硅砂粉已经在ＰＨＣ管桩中应用，高硅石粉取代5%水泥时混凝土和易性和混凝土强度均较好。凝灰岩机制砂中的石粉含量依所需要达到的目的而定，一般不超过6.0%，否则由于机制砂含水率大，极易成团，不易输送。从多次的不同石粉含量（3%至6%）凝灰岩机制砂混凝土试验结果分析，每立方混凝土用砂750公斤，石粉含量在22.5至45公斤之间，相当于等量取代水泥在5-15%之间。石粉含量在4%左右时，混凝土强度较高。同时机制砂石粉能改善混凝土的和易性，保坍和防止离析，水灰比大时流动性好。粗骨料碎的石粉含量在1.0%以下，对混凝土生产有利。

2.2 不同厂家水泥对管桩混凝土强度影响

由于不同水泥与减水剂适宜性不同，同一配合比用同强度等级不同厂家水泥时其混凝土的强度亦不尽相同。下表为2015下半年本厂的混凝土强度表，砂石骨料均为凝灰岩矿破碎出来，配合比中粉料为440（水泥315+磨细砂125）公斤，减水剂为科之杰高效桩杆外加剂，其中6至9月份的混凝土用水泥为福建永安万年水泥Ｐ.052.5水泥，满足混凝土工作性能的减水剂掺量2.2±0.1%，10至12月混凝土用水泥为福建泉州莲花Ｐ.Ｏ52.5水泥，满足混凝土工作性能的减水剂掺量1.9±0.1%，后者蒸养强度比前者高2至3ＭＰa，压蒸强度则高约15ＭＰa　，万年水泥与科之杰减水剂适应性不如莲花水泥与科之杰减水剂适应性好。后期强度莲花水泥比较高，达到Ｃ100强度等级。

表11

3　结论

3.1 凝灰岩石粉具有一定的活性，掺入混凝土后可以充分的分散、填充在水泥颗粒的空隙之间，使浆体更为致密，配制出高强混凝土。

3.2 依据混凝土用途对不同岩石制备出来的粗骨料和细骨料的细粉含量进行试验，分别作出规定，对于凝灰岩机制砂用于高强管桩混凝土生产其石粉含量控制在5%左右较好；粗骨料的石粉含量控制小于1.0%。

3.3 凝灰岩粗细骨料一起使用配制的混凝土强度较高，特别在蒸汽养护下，这与凝灰岩石粉较高的活性有很大关系。凝灰岩骨料可生产C100高等级混凝土。

参考文献：

【1】木土春，凝灰岩的物理化学性质及其开发利用【Ｊ】.非金属矿，2000（23）2：18-19.

【2】许建钊，机制砂质量及在ＰＨＣ管桩中的应用【Ｊ】.混凝土与水泥制品，2014（1）：42.

【3】Ａ.Ｍ.内维尔，混凝土的性能【Ｍ】.原著第四版.中国建筑工业出版社出版.2011：207

【4】余韬，王毅，李楠，聚羧酸减水剂在ＰＨＣ管桩混凝土中的应用研究【Ｊ】.混凝土与水泥制品，201６（２）：３３.

【5】向安乐，许远荣，严天龙，高硅石粉在ＰＨＣ管桩中的试验研究【Ｊ】.混凝土与水泥制品，2015（11）：29-33.