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礦物超細粉混合骨料混凝土抗凍性能試驗研究

來源:霍俊芳、李偉玲、宋的添(內蒙古工業大學土木工程學院),李金帥(呼鐵局科研所)
時間:2015-07-16
摘要:將天然浮石與碎石作為粗骨料配制混合骨料混凝土。在混合骨料混凝土中單摻30%粉煤灰及20%粉煤灰分別與10%石粉、10%礦粉、10%硅粉復摻,對比其抗壓性能及抗凍性能。表明:粉煤灰與硅粉復摻的混合骨料混凝土28d立方體抗壓強度最高,粉煤灰與礦粉復摻次之,粉煤灰與石粉復摻較低,單摻粉煤灰最低?;旌瞎橇匣炷恋目箖鲂阅?,粉煤灰與硅粉復摻最高,與礦粉復摻次之,單摻粉煤灰較低,粉煤灰與石粉復摻最低。

  關鍵詞:混合骨料混凝土;粉煤灰;石粉;礦粉;硅粉;抗壓性能;抗凍性能


  0 引言

  近年來,將礦物摻合料替代部分水泥配制混凝土以滿足工程耐久性的實例很多,而且都取得了比較理想的效果。我國杭州灣跨海大橋工程混凝土中摻入一定量的磨細礦渣粉等外摻料來解決工程耐久性問題[1]。吉林白山抽水蓄能泵站工程通過摻入硅粉來解決混凝土的抗凍、抗滲、抗沖磨等耐久性要[2]。1948年,R.E.Davis將粉煤灰大規模應用于美國蒙大拿州的餓馬壩工程[3]。日本明石海峽吊橋的橋墩、纜索錨固結構體的高流動性混凝土中摻人石灰石粉解決耐久性問題[4]。

  本實驗將單摻粉煤灰及粉煤灰分別與石粉、礦粉、硅粉復摻的混合骨料混凝土進行對比,研究其28d抗壓強度及抗凍融循環耐久性,增強對礦物摻合料改善混合骨料混凝土性能的認識,并為混凝土工程耐久性問題的研究提供依據。

  1 原材料

  水泥:P.O 42.5級普通硅酸鹽水泥,烏蘭察布中聯水泥有限公司,性能指標見表1,表4;

  粗骨料:5—25mm連續級配碎石;5—25mm連續級配浮石,內蒙古錫林郭勒盟,性能指標見表2、表3;

  細骨料:中砂,細度模數2.5,含泥量2%,堆積密度1465,表觀密度2650,顆粒級配良好;

  粉煤灰:達拉特旗火力發電廠I級粉煤灰;

  石粉:普通石灰石粉,內蒙古呼和浩特;

  礦粉:礦渣微粉包頭中光工貿有限責任公司;

  硅粉:微硅粉,北京西曼特工程技術有限公司;

  礦物摻合料的化學組成見表4。

  外加劑:FDN—Y型引氣減水劑,減水率16%,含氣量1.2%,內蒙古北騰工程材料有限公司;

  水:清潔自來水。






  2 實驗結果及分析

  2.1 混凝土配合比

  本實驗以C35普通碎石混凝土的配合比為基準配合比,按照體積法,用30%浮石替代碎石,同時以30%質量分數的礦物摻合料替代水泥,混合骨料混凝土配合比見表5。



  2.2 礦物摻合料對混合骨料混凝土28d立方體抗壓強度的影響

  實驗采用100mm×100mm×100mm的試塊,經乘以0.95的折減系數后得28d立方體標準抗壓強度,實驗結果見表6。



  從表6可以看出,20%粉煤灰分別與10%硅粉、10%礦粉、10%石粉復摻的混合骨料混凝土28d強度均高于單摻30%粉煤灰的,這是由于復摻的礦物摻合料有效發揮了兩者的填充效應、火山灰效應和微集料效應,以及兩者相互補充的作用,致密了結構,縮小了孔縫尺度,減少了孔數量。四組摻合料混凝土28d強度均低于基準混凝土。是因為粉煤灰的活性低,強度增長較慢,硅粉、礦粉、石粉是可以提高混凝土早期強度的,但在本試驗中。硅粉、礦粉、石粉對強度的提高不能彌補粉煤灰對強度的減少,故導致強度降低[5]。

  2.3 礦物摻合料對混合骨料混凝土抗凍性能的影響

  實驗采用《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》(GB/T 50082—2009)中的快凍法,將5組尺寸為100mm×100mm×400mm的棱柱體標準試件,放入混凝土自動凍融循環機中快速飽水凍融。試件每隔25次循環作一次動彈模量測量,并檢查其外部損傷及質量損失。以質量損失率不超過5%,相對動彈性模量不低于60%時,混凝土所能承受的最大凍融循環次數來表示抗凍等級。也可用混凝土的抗凍融指數瓦來表示混凝土抗凍性,

  Kb=(P×N)/300

  式中,P為經N次凍融循環后?昆凝土的相對動彈性模量,N為混凝土能經受的凍融循環次數。

  摻入礦物超細粉對混合骨料混凝土質量損失的影響見表7,對相對動彈性模量的影響見表8。




  從表7可以看出,經凍融循環,摻有礦物摻合料的混合骨料混凝土的質量損失比基準混凝土大,也就是其抗凍性能比基準混凝土差,而其抗滲性能卻比基準混凝土要好[6]。由質量損失率得,20%粉煤灰與10%石粉復摻的混合骨料混凝土最先達到破壞,所能承受的最大凍融循環次數僅為100次。單摻30%粉煤灰的混合骨料混凝土優于10%石粉與20%粉煤灰復摻的,所能承受的最大凍融循環次數為125次。10%硅粉與20%粉煤灰復摻的混合骨料混凝土質量損失要小于10%礦粉與20%粉煤灰復摻的。

  從表8可以看出,20%粉煤灰與10%石粉復摻的混合骨料混凝土經過125次凍融循環,相對動彈性模量下降了32.5%,單摻30%粉煤灰的經過150次凍融循環下降32.2%,其余三組經過200次凍融循環,相對動彈性模量下降不超過20%,抗凍性能較好。實驗結果表明20%粉煤灰與10%石粉復摻的混合骨料混凝土抗凍性能低于單摻30%粉煤灰的,這是由于石粉對混凝土的抗凍性能不利[7],另有實驗表明,當石灰石粉摻量為10%時,混凝土的抗凍融性能隨著粉煤灰摻量的增加而降低,均低于普通混凝土[8]。

  各組混合骨料混凝土多次凍融后的圖片見圖1、圖2、圖3、圖4、圖5。


    


    



  3 結論

  1. 20%粉煤灰對混合骨料混凝土早期強度的影響大于10%硅粉(礦粉、石粉)的影響,故摻有礦物摻合料的混合骨料混凝土28d立方體抗壓強度低于基準混凝土。

  2. 摻加30%礦物摻合料(30%粉煤灰或20%粉煤灰與10%硅粉、10%礦粉、10%石粉復摻)的混合骨料混凝土抗凍性能比基準混凝土差,而抗滲性能優于基準混凝土。

  3. 20%粉煤灰與10%石粉復摻的混合骨料混凝土抗凍性能最差,20%粉煤灰與10%硅粉復摻最優,20%粉煤灰與10%礦粉復摻的混合骨料混凝土抗凍性能優于單摻30%粉煤灰的。

  參考文獻:

  [1]歐陽華林,蘇祖平,徐明.大摻量磨細礦渣粉高性能混凝土的試驗研究[J].世界橋梁,2006(1):56-58.

  [2]冒秀玲,葉遠勝,陳國明,王銳.硅粉混凝土性能研究與應用[J].東北水利水電.2009(4):16一18.

  [3] R.E.Davis,Historical accounts of mass concrete.In:Proceeding of Symposium on Mass Concrete,Detroit MI:American Concrete Institute,1963.


  [4] P.K.Mehta,Advancements in Concrete Technology[J].Concrete International,1999,6.

  [5]馬強,朋改非,謝永江,朱長華.雙摻硅粉、粉煤灰對青藏鐵路用高性能混凝土性能的影響[J].混凝土.2004.(3):45-48.

  [6] 霍俊芳,宋的添,李偉玲,李金帥.礦物摻合料混合骨料混凝土抗滲性能研究[J].內蒙古工業大學學報,2012.

  [7] Tsivilis S,Batis G,Chaniotakis E,Properties and behavior of limestone cement concrete and mortar[J].Cement and Concrete Research,2000,30(10):1679-1683.


  [8] 何智海,劉運華。錢春香。高桂波。雙摻粉煤灰和石灰石粉對混凝土抗凍融性能的影響研究[J].新型建筑材料,2010(2):1一4.


編輯:金哲


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