摘 要: 對混凝土中骨料和水泥漿體的界面特性進(jìn)行了分析. 從改善卵石界面過渡層的特性,增強(qiáng)卵石界面和水泥漿的黏結(jié)力出發(fā),對混凝土外加劑和摻合料進(jìn)行了選擇和試驗(yàn);經(jīng)混凝土配合比優(yōu)化,得到卵石高強(qiáng)泵送混凝土強(qiáng)度的計算公式. 經(jīng)性能檢測,該種混凝土具有良好的力學(xué)性能、工作性能和耐久性能. 工程應(yīng)用表明,卵石高強(qiáng)泵送混凝土可以滿足工程設(shè)計和施工的要求.
關(guān)鍵詞: 卵石; 界面; 高強(qiáng)泵送混凝土; 配合比優(yōu)化; 應(yīng)用
中圖分類號: TU47 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A
配制高強(qiáng)高性能的混凝土不僅要選擇高性能的外加劑、礦物摻合料,還要選擇優(yōu)質(zhì)的骨料. 由于不同的地方配制高強(qiáng)混凝土的原材料不同,采用的配合比也不同. 一般情況下,配制高強(qiáng)高性能混凝土所用的骨料都是碎石,原因很簡單,碎石表面粗糙,能有效改善骨料表面和水泥石接觸界面的強(qiáng)度,增強(qiáng)界面的粘結(jié)力. 但是使用卵石配制高強(qiáng)高性能混凝土一般較少,認(rèn)為卵石表面光滑,和水泥石接觸界面粘結(jié)力降低,普遍認(rèn)為不易用作配制高強(qiáng)混凝土. 因此,采用卵石配制高強(qiáng)高性能混凝土,不僅要解決外加劑、礦物摻合料問題,還要解決增強(qiáng)卵石表面和水泥石接觸界面的粘結(jié)強(qiáng)度問題,因此對于卵石豐富的地區(qū),研究利用當(dāng)?shù)卦牧吓渲聘邚?qiáng)高性能混凝土具有十分重要的意義[ 1 - 10 ] .
本研究對混凝土中骨料與水泥漿體界面特性進(jìn)行分析,優(yōu)化混凝土外加劑和摻合料,并進(jìn)行料混凝土配合比優(yōu)化試驗(yàn),為推動高強(qiáng)混凝土在工程中的應(yīng)用提供參考.
1 混凝土中骨料與水泥漿體界面特 性
在混凝土中,水泥石和集料的界面并不是一個面而是一個有一定厚度的層,這個層在厚度方向上從集料表面向水泥石逐漸過渡,因此被稱為“界面過渡層”. 許多專家學(xué)者[ 3 ]對過渡層進(jìn)行了深入的研究,得到界面過渡層共同的特點(diǎn): (1)過渡層骨料表面水灰比高于遠(yuǎn)離骨料的水泥漿中的水灰比; (2)過渡層的孔隙率較大,為晶體的生長提供更多的空間; (3) Ca (OH) 2 和鈣礬石結(jié)晶顆粒大,晶體定向排列; (4) Ca (OH) 2 和鈣礬石多,硅酸鈣水化物的鈣硅(CaO /Si2O)比大.
由此可見,界面過渡層成為混凝土的薄弱環(huán)節(jié). 但是影響過渡層的因素很多,主要有水灰比、骨料礦物的性質(zhì)、水泥的細(xì)度、摻高效減水劑等,對于配制卵石高強(qiáng)混凝土來說,通過摻入活性細(xì)摻料、降低混凝土水灰比、選擇和水泥相容性較好的高效外加劑、改進(jìn)混凝土的制作工藝等,改善卵石界面過渡層的特性,增強(qiáng)卵石界面和水泥漿的黏結(jié)力.因此配制和應(yīng)用卵石高強(qiáng)泵送混凝土,不僅考慮水泥、骨料、外加劑和摻合料性能,還要通過原材料的選擇提高卵石界面的黏結(jié)強(qiáng)度.
2 原材料
原材料的各種性能見表1 - 5.
3 外加劑和水泥的相容性研究
外加劑和水泥的相容性試驗(yàn)結(jié)果見圖1. 相容性試驗(yàn)是評定外加劑和水泥混合后混凝土工作性能好與差的重要方面,不同的外加劑和不同的水泥相容性是不同的. 本文選擇了7種高性能的外加劑和52. 5普硅水泥進(jìn)行相容性試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見圖1. 由此可見, 6 #外加劑和52. 5普硅水泥相容性最好. 因此選擇6 #外加劑,對于改善卵石骨料表面和水泥砂漿的黏結(jié)力,提高混凝土的強(qiáng)度有著重要的作用.
4 摻合料試驗(yàn)
選擇3種摻合料即粉煤灰、礦粉及復(fù)合粉(粉煤灰和礦粉的復(fù)合)進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見
注:砂的細(xì)度模數(shù)為2. 2
從表6可以看出,在配合比相同并達(dá)到相同坍落度的條件下,復(fù)合粉的混凝土強(qiáng)度最高.
5 卵石高強(qiáng)泵送混凝土配合比優(yōu)化 試驗(yàn)
配合比設(shè)計遵循以下原則: ( 1)混凝土膠結(jié)材料總量不超過575 kg/m3 ; (2)混凝土水泥用量不超過450 kg/m3 ; (3)混凝土坍落度不小于200mm; (4)水膠比應(yīng)根據(jù)坍落度的要求確定.
根據(jù)上述原則,按照不同的水泥用量,摻合料比例優(yōu)化得到下列混凝土配合比計算公式
式中, fcu為標(biāo)準(zhǔn)立方體抗壓強(qiáng)度MPa; C為每立方混凝土水泥用量kg/m3 ; FS 為每立方混凝土復(fù)合摻合料摻量kg/m3 ;W 為每立方混凝土用水量kg/m3.根據(jù)公式( 1) ,高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度隨著復(fù)合摻合料的摻量及水灰比的變化如圖2、圖3.
6 卵石高強(qiáng)泵送混凝土的性能試驗(yàn)
根據(jù)上述優(yōu)化得到的高強(qiáng)混凝土配合比計算公式,對配制的C80 混凝土進(jìn)行性能測試,結(jié)果見表7.
從C80卵石高強(qiáng)泵送混凝土性能測試結(jié)果可見:
(1)從力學(xué)性能看,卵石高強(qiáng)泵送混凝土有著較好的軸心抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度,彈性模量和碎石高強(qiáng)混凝土基本相當(dāng);
(2)從混凝土的工作性能看,其可泵性,坍落度,凝結(jié)時間完全可以滿足施工的要求;
(3)從混凝土耐久性能看,混凝土收縮不大,抗碳化,抗?jié)B性較好.
7 卵石高強(qiáng)泵送混凝土的應(yīng)用
該工程為運(yùn)輸碼頭,基礎(chǔ)用4- 6 m的松木樁壓入淤泥中,間距0. 5 m,在樁的上部澆筑板式基礎(chǔ),以減少不均勻沉降;棧橋部分基礎(chǔ)長8. 5 m,寬7 m,厚0. 5 m,碼頭基礎(chǔ)長38 m,寬31 m,厚0. 5 m,上部為框架結(jié)構(gòu),柱子為圓柱,直徑0. 6m;頂部為梁板結(jié)構(gòu),并有兩個棧橋與碼頭相連,整個工程為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),對碼頭的上部梁板結(jié)構(gòu)采用高強(qiáng)泵送混凝土結(jié)構(gòu),設(shè)計強(qiáng)度等級為C70,混凝土立方量為200 m3.
7. 1 高強(qiáng)泵送混凝土配合比設(shè)計
根據(jù)混凝土設(shè)計強(qiáng)度等級,確定的配合比見表8.
7. 2 高強(qiáng)泵送混凝土生產(chǎn)工藝
根據(jù)前面分析,為了改善卵石和水泥砂漿表面的的黏結(jié)力,減小界面過渡層的厚度,采用下列攪拌工藝:
石(粗骨料) 水
↓ ↓
強(qiáng)制式
攪拌機(jī)
→攪拌10 s→攪拌20 s→攪拌20 s→
攪拌大
于40 s
→出料
↑ ↑ ↑
砂(細(xì)骨料) 復(fù)合膠凝材料 外加劑
圖4 高強(qiáng)泵送混凝土攪拌工藝流程圖
Fig. 4 Technological chain for p roduction of high strengthconcrete應(yīng)用結(jié)果表明:卵石高強(qiáng)泵送混凝土具有良好的可泵性,混凝土強(qiáng)度達(dá)到76. 2 MPa,能夠滿足工程設(shè)計和施工的要求.
8 結(jié) 語
從上述研究可以得到如下結(jié)論:
(1)選擇合適的外加劑和摻合料,改進(jìn)混凝土攪拌工藝,降低混凝土水灰比,減小卵石界面過渡層的厚度,提高卵石表面的粘結(jié)強(qiáng)度,是配制卵石高強(qiáng)泵送混凝土的重要途徑.
(2)通過配合比優(yōu)化,建立了高強(qiáng)泵送混凝土強(qiáng)度的計算公式,為卵石高強(qiáng)泵送混凝土的配合比設(shè)計及實(shí)用化奠定了基礎(chǔ).
(3)性能測試表明,卵石高強(qiáng)泵送混凝土具有良好的力學(xué)性能、工作性能和耐久性能,且具有可泵性好,坍落度損失小,收縮小等優(yōu)點(diǎn).
(4)通過工程應(yīng)用,卵石高強(qiáng)泵送混凝土可以滿足工程設(shè)計和施工的要求,為卵石高強(qiáng)泵送混凝土的推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ).
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