礦物摻合料對(duì)水工混凝土性能影響淺析

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摘要:采取室內(nèi)試驗(yàn)的方法，研究了不同摻量及摻加方式情況下硅粉、礦粉、粉煤灰對(duì)混凝土工作性能的影響，并揭示了礦物摻合料的作用機(jī)理，旨在提高水工結(jié)構(gòu)耐久性和整體質(zhì)量，可為工程實(shí)踐和相關(guān)研究提供一定參考。

關(guān)鍵詞:礦物摻合料;不同摻量;摻和方式;水工混凝土

0引言

混凝土作為一種人造材料，在各種結(jié)構(gòu)工程等建筑領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛［1－2］。水工結(jié)構(gòu)施工要十分重視混凝土的工作性能，如保水性、黏聚性、流動(dòng)性，還要考慮其耐水性和力學(xué)性能［3］。顯然，混凝土的成型質(zhì)量在一定程度上取決于拌合物的工作性能，如流動(dòng)性過(guò)大會(huì)對(duì)混凝土硬化成型及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成影響［4］。所以，為實(shí)現(xiàn)物理力學(xué)性能的良好混凝土必須具備較好的工作性能，在制備過(guò)程中要合理使用外加劑和各種摻合料。我國(guó)擁有豐富的工業(yè)廢棄物資源(礦粉、硅粉、粉煤灰)，如何對(duì)其資源化利用和轉(zhuǎn)化逐漸成為工程材料研究應(yīng)用的熱點(diǎn)問(wèn)題［5］。因此，文章通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)法，研究了不同摻量及摻加方式情況下硅粉、礦粉、粉煤灰等礦物摻合料對(duì)水工混凝土性能的影響，在此基礎(chǔ)上揭示其變化規(guī)律，可為提高水工結(jié)構(gòu)耐久性和質(zhì)量提供借鑒。

1研究方法

1.1原材料性能

試驗(yàn)所用水泥為P·O42.5普通硅酸鹽水泥，經(jīng)檢驗(yàn)水泥各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范設(shè)計(jì)要求，能夠用于試驗(yàn)研究;粗細(xì)骨料選用級(jí)配合理粒徑5－30mm的機(jī)制碎石和河沙，各項(xiàng)性能均符合規(guī)范要求;以礦粉、硅粉和粉煤灰為摻合料，其中礦粉主要是改善混凝土性能、減少用水量和降低水化熱，型號(hào)為S75級(jí);硅粉的比表面積為22000m2/kg，粉煤灰為Ⅱ級(jí)，試驗(yàn)用膨潤(rùn)土的膨脹倍數(shù)為9.0，拌合水為自來(lái)水，并摻入適量的FDN－1Ⅱ型高效減水劑。

1.2配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)有工程實(shí)例和相關(guān)研究成果，合理設(shè)計(jì)水工混凝土基準(zhǔn)配合比如表1。然后考慮具體要求和實(shí)際情況優(yōu)化調(diào)整有關(guān)參數(shù)，即按照和易性、凝固時(shí)間等實(shí)際情況調(diào)整用水量和膠凝材料用量。經(jīng)優(yōu)化調(diào)整確定最終用量:減水劑0.8kg/m3、粗細(xì)骨料均為750kg/m3、膨潤(rùn)土80kg/m3、用水量320kg/m3、砂率60%、水膠比0.35。研究表明，摻合料的摻和比例不宜超過(guò)50%，摻合料摻量過(guò)高會(huì)影響混凝土的耐久性和力學(xué)性能，達(dá)不到性能改善的目的。因此，本試驗(yàn)按照0%、15%、30%的比例用礦粉、硅粉、粉煤灰摻合料等量替代水泥，以三摻和兩兩混摻的方式進(jìn)行試驗(yàn)。

1.3試驗(yàn)方法

目前，工程中較為常用的兩種測(cè)試混凝土工作性能的方法是坍落度法和維勃稠度法［6－7］，結(jié)合實(shí)際情況和試驗(yàn)?zāi)康臄M利用坍落度法測(cè)量拌合物性能，試驗(yàn)過(guò)程中嚴(yán)格執(zhí)行《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》，所用到的設(shè)備有鐵板、鋼尺、小鏟、搗棒和坍落度筒。試驗(yàn)開始之前應(yīng)先濕潤(rùn)坍落度筒壁，然后將多余水分擦干并放置于濕潤(rùn)后的鋼板上，將拌制好的混凝土倒入已固定好的坍落度筒內(nèi)至2/3高處，用搗棒振搗密室后繼續(xù)裝填充滿;垂直提起坍落度筒，靜置10s后測(cè)量混凝土坍落度即為圓柱體的下降高度;完全鋪開后，調(diào)整角度測(cè)量混凝土鋪開的最小和最大半徑，取兩者的平均值即為擴(kuò)展度。

2結(jié)果與分析

2.1試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)以上試驗(yàn)方法和設(shè)計(jì)方案測(cè)試混凝土擴(kuò)展度、坍落度，整理統(tǒng)計(jì)相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2。由表2可知，不同配合比的混凝土擴(kuò)展度、坍落度試驗(yàn)結(jié)果存在較大差異，表明混凝土工作性能受摻合料摻加方式和摻量的影響較大。

2.2不同摻量的影響

為了進(jìn)一步探討混凝土工作性能受礦物摻合料摻量的影響，整理分析不同摻量下混凝土的擴(kuò)展度、坍落度變化曲線如圖1。從圖1可以看出，雙摻硅粉和粉煤灰時(shí)，隨摻量的增加混凝土擴(kuò)展度、坍落度均表現(xiàn)出增大趨勢(shì);在其它摻和方式下，隨摻量的增加混凝土擴(kuò)展度、坍落度均表現(xiàn)出減小趨勢(shì)，其中雙摻礦粉和粉煤灰的減小幅度最小，雙摻礦粉和硅粉的減小幅度較大［8］。深入分析，硅粉和礦粉都能在一定程度上減弱混凝土的流動(dòng)性，二者的綜合作用致使混凝土擴(kuò)展度、坍落度減小幅度更加明顯。然而，摻量從0%增加至15%時(shí)的減小幅度明顯＞從15%增加至30%是，究其原因可能是硅粉、礦粉的填充效應(yīng)隨產(chǎn)量的增大趨于弱化，所以礦粉和硅粉摻量明顯增大后可以發(fā)揮一定的微粒潤(rùn)滑作用，對(duì)于硅粉、礦粉減弱混凝土流動(dòng)性具有抵消作用。

2.3不同摻加方式的影響

為進(jìn)一步探討混凝土擴(kuò)展度、坍落度受不同摻和方式的影響，對(duì)比分析礦物摻和料不同摻加方式下的擴(kuò)展度、坍落度如圖2。從圖2可以看出，摻量為15%情況下，混凝土擴(kuò)展度、坍落度受不同摻加方式的影響存在一定差異，其中雙摻硅粉和粉煤灰的擴(kuò)展度、坍落度表現(xiàn)出增加的變化趨勢(shì)，其它摻加方式下均表現(xiàn)出減小的變化趨勢(shì);摻量為30%情況下，混凝土擴(kuò)展度、坍落度受不同摻加方式的影響也表現(xiàn)出相似的變化趨勢(shì)，即雙摻硅粉和粉煤灰的擴(kuò)展度、坍落度也表現(xiàn)出增加的變化趨勢(shì)，其它摻加方式下均表現(xiàn)出減小的變化趨勢(shì)［9］。綜上分析，雙摻硅粉和粉煤灰時(shí)能夠明顯增大混凝土的擴(kuò)展度、坍落度，相同條件下能夠使擴(kuò)展度和坍落度達(dá)到最大;雙摻礦粉和硅粉時(shí)可以明顯減少混凝土的擴(kuò)展度、坍落度，相同條件下能夠使擴(kuò)展度、坍落度達(dá)到最小。深入分析可知，礦粉和硅粉都具有減弱混凝土流動(dòng)性的作用，兩者的疊加作用使得混凝土擴(kuò)展度、坍落度減小幅度更大;雙摻硅粉和粉煤灰時(shí)，硅粉降低混凝土擴(kuò)展度和坍落度的作用明顯小于粉煤灰的增大作用，所以混凝土擴(kuò)展度、坍落度總體呈現(xiàn)出增大趨勢(shì)［10－13］。

3結(jié)論

采取室內(nèi)試驗(yàn)的方式，研究了不同摻量和摻加方式情況下硅粉、礦粉、粉煤灰三種摻合料的混凝土工作性能，主要得出以下結(jié)論:1)雙摻硅粉和粉煤灰情況下，隨摻量的增加混凝土擴(kuò)展度和坍落度呈現(xiàn)出不斷增加的趨勢(shì);隨摻量的增加三摻、礦粉與硅粉雙摻、礦粉與粉煤灰雙摻條件下，混凝土擴(kuò)展度和坍落度均表現(xiàn)出減小趨勢(shì)，其中雙摻礦粉和粉煤灰情況下的減小幅度較小，雙摻礦粉和硅粉情況下的減小幅度較大。2)混凝土擴(kuò)展度、坍落度受不同摻加方式的影響存在一定差異，即硅粉和粉煤灰雙摻的混凝土擴(kuò)展度、坍落度表現(xiàn)出增大趨勢(shì)，其它摻加方式表現(xiàn)出減小變化趨勢(shì)，并且礦粉和硅粉雙摻時(shí)混凝土的擴(kuò)展度、坍落度最小。

作者:董麗秋 單位:阜蒙縣水利事務(wù)服務(wù)中心