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        周公宅水庫人工砂含泥量與混凝土性能試驗(yàn)研究

        2011-03-17 07:31:46王志軍
        黑龍江水利科技 2011年1期
        關(guān)鍵詞:含泥量抗凍抗?jié)B

        王志軍

        (中國水利水電第四工程局勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,西寧810007)

        周公宅水庫工程位于寧波市鄞州區(qū)大皎溪皎口水庫上游15 km處,是一座供水、防洪結(jié)合發(fā)電的綜合水利工程。壩體混凝土骨料均采用現(xiàn)場(chǎng)石料人工破碎而成,因采用干制法生產(chǎn),人工砂的石粉含量偏大,而根據(jù)《水工混凝土施工規(guī)范》(DL/T5144-2001)規(guī)定砂中<0.075 mm的顆粒均定義為含泥量。

        根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn),合理的人工砂石粉含量,不僅可以改善混凝土和易性、抗分離性、還可以提高混凝土抗壓強(qiáng)度及抗?jié)B能力,同時(shí)還可以降低生產(chǎn)成本。但因人工砂的含泥量會(huì)隨著石粉含量的增加而成比例的增加。砂含泥量的增大,將影響水泥與砂、石骨料的黏結(jié),同時(shí)增加混凝土單位用水量,改變混凝土水膠比,從而使混凝土的收縮性增大,容易出現(xiàn)大量水分滯留于混凝土中,水分蒸發(fā)后,混凝土空隙率大、密實(shí)度低,混凝土強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求,其耐久性也將降低。本次試驗(yàn)旨在研究人工砂含泥量對(duì)混凝土強(qiáng)度、耐久性、干縮(濕脹)性能的影響。

        1 混凝土配合比

        1.1 原材料試驗(yàn)

        本次試驗(yàn)所用骨料為周公宅水電站壩址右側(cè)山體的熔結(jié)凝灰?guī)r破碎而成,骨料生產(chǎn)采用干制法,粗骨料的含泥、超遜徑、針片狀均符合《水工混凝土施工規(guī)范》(DL/T5144-2001)的基本要求,原狀人工砂平均細(xì)度模數(shù)FM=2.8,石粉含量12.0%,含泥量5.0%,屬中砂偏粗。試驗(yàn)所用人工砂根據(jù)需要配置成含泥量為3.0%、5.0%、7.0%、9.0%、11.0%,砂細(xì)度模數(shù)在2.3~3.1。試驗(yàn)所用水泥為尖峰水泥廠生產(chǎn)的普通42.5硅酸鹽水泥,水泥的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)經(jīng)檢測(cè)均符合GB175-1999的相關(guān)要求;粉煤灰為北侖電廠生產(chǎn),檢測(cè)結(jié)果符合DL/T5055-1996Ⅱ級(jí)煤灰的技術(shù)指標(biāo)要求。減水劑為浙江龍游外加劑廠生產(chǎn)的ZB-1A,摻量為膠材總量的0.65%;引氣劑為上海楓楊實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的SJ-2,摻量為膠材總量的0.015%。

        1.2 配合比設(shè)計(jì)

        配合比設(shè)計(jì)采用 0.45、0.50兩個(gè)水膠比及 3.0%、5.0%、7.0%、9.0%、11.0%共5種人工砂含泥量共10種不同的組合。對(duì)不同水膠比及含泥量的組合,通過試拌后確定具體配合比參數(shù),結(jié)果見表1。

        表1 混凝土配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)參數(shù)

        2 混凝土性能試驗(yàn)

        本次混凝土性能試驗(yàn)包括:混凝土的抗壓、抗拉、彈性模量、極限拉伸、干縮(濕脹)、抗?jié)B及抗凍試驗(yàn),所有試件均為同批次成型,其原材料性能、混凝土配合比及拌合物性能均相同。根據(jù)配合比初步設(shè)計(jì)成果,按照表1中的試驗(yàn)參數(shù),稱取各組分材料,采用100 L的自落式攪拌機(jī)將其拌合均勻后制作各種試件,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d后進(jìn)行各項(xiàng)試驗(yàn)。

        2.1 強(qiáng)度性能試驗(yàn)

        強(qiáng)度是混凝土極為重要的性能之一,結(jié)構(gòu)物主要利用其抗壓強(qiáng)度承受荷載,并常以抗壓強(qiáng)度為主要設(shè)計(jì)參數(shù),且抗壓強(qiáng)度與其它強(qiáng)度及變形特性有良好的相關(guān)關(guān)系。試驗(yàn)采用150 mm×150 mm的標(biāo)準(zhǔn)立方體測(cè)定其抗壓/抗拉強(qiáng)度?;炷涟韬衔锏奶涠群蛷?qiáng)度實(shí)測(cè)成果見表2。

        從表2試驗(yàn)成果及圖1、圖2可見:混凝土強(qiáng)度隨著水膠比的增大而降低,二組不同水灰比的情況下,含泥量對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響規(guī)律基本一致。在水膠比相同的情況下,混凝土強(qiáng)度隨著砂含泥量的增加而降低;含泥量為3.0%時(shí)因人工砂石粉含量偏低,混凝土和易性較差,不利于生產(chǎn)施工。

        2.2 彈性模量性能試驗(yàn)

        彈性模量是指就歷程-應(yīng)變曲線上任一點(diǎn)的應(yīng)力與應(yīng)變的比值。本次試驗(yàn)測(cè)定的為混凝土的靜力抗壓彈性模量,試件尺寸為φ150 mm×300 mm的圓柱體。

        2.3 極限拉伸性能試驗(yàn)

        極限拉伸是指混凝土軸心拉伸時(shí),混凝土試件在斷裂前的最大伸長值。極限拉伸測(cè)定采用截面尺寸為100 mm×100 mm×550 mm的標(biāo)準(zhǔn)試件,并沿試件的長軸方向,每分鐘以0.4 MPa的加荷速度,采用YJ-26型靜力電阻應(yīng)變儀測(cè)定其拉伸變形,試件斷裂前的最大拉伸應(yīng)變即為極限拉伸值?;炷恋膹椥阅A?、極限拉伸試驗(yàn)結(jié)果詳見表3。

        表3 混凝土的彈性模量、極限拉伸試驗(yàn)結(jié)果

        由表3及圖3、圖4可見:混凝土的靜力抗壓彈模、極限拉伸值也隨著砂含泥量的增加和水膠比的增大而降低,與混凝土強(qiáng)度變化規(guī)律基本相吻合。

        2.4 干縮(濕脹)性能試驗(yàn)

        混凝土的干縮(濕脹)是指混凝土在無外荷載作用下由干、濕引起的軸向長度變形。本次試驗(yàn)采用100 mm×100 mm×515 mm的標(biāo)準(zhǔn)菱柱體試件測(cè)定其3 d、28 d齡期的干縮和濕脹率,試驗(yàn)結(jié)果詳見表4。

        表4 混凝土干縮、濕脹率試驗(yàn)成果

        由表4及圖5、圖6可見:在水膠比相同的情況下,混凝土的干縮、濕脹率均隨著砂中含泥量的增加而增大,但水膠比的變化對(duì)混凝土的干縮、濕脹率影響不大?;炷恋?8 d干縮率在3 d的基礎(chǔ)上增長較大,混凝土的濕脹率在3 d便達(dá)到最大值,并成下降趨勢(shì)。

        2.5 抗?jié)B性能試驗(yàn)

        混凝土的抗?jié)B性,是指混凝土抵抗壓力水滲透的能力。抗?jié)B性是混凝土的一項(xiàng)重要性質(zhì),除關(guān)系到混凝土擋水及防水作用外,還直接影響到混凝土的抗凍性和抗侵蝕性等。混凝土抗?jié)B試驗(yàn)采用逐級(jí)加壓法。

        2.6 混凝土的抗凍性

        混凝土的抗凍性,是指混凝土在水飽和狀態(tài)下能經(jīng)受多次凍融作用而不被破壞,同時(shí)也不嚴(yán)重降低強(qiáng)度的性能?;炷恋目箖鲂砸钥箖鰳?biāo)號(hào)來表示??箖鰳?biāo)號(hào)是以設(shè)計(jì)齡期的混凝土標(biāo)準(zhǔn)試件,在水飽和狀態(tài)下所能承受的凍融循環(huán)次數(shù)來決定的。抗凍試驗(yàn)采用快凍法,試件尺寸為100 mm×100 mm×400 mm,在標(biāo)準(zhǔn)條件下凍融,當(dāng)相對(duì)動(dòng)彈模降至60%或試件重量損失超過5%時(shí)的凍融循環(huán)次數(shù)即為混凝土的抗凍標(biāo)號(hào)。抗?jié)B、抗凍試驗(yàn)成果見表5。

        由表5及圖7、圖8可見:在水膠比相同的情況下,混凝土抗?jié)B、抗凍等級(jí)均隨著砂含泥量的增加而降低,相同的砂含泥量,抗?jié)B、抗凍等級(jí)隨著水膠比的增大而降低。混凝土的抗?jié)B、抗凍性能的變化規(guī)律與強(qiáng)度的變化規(guī)律也基本一致,即含泥量越小,強(qiáng)度越高,混凝土的抗?jié)B、抗凍性能越好。

        圖1 含泥量與抗壓強(qiáng)度關(guān)系曲線圖

        圖2 含泥量與抗拉強(qiáng)度關(guān)系曲線圖

        圖3 含泥量與抗壓彈模關(guān)系曲線圖

        圖4 含泥量與極限拉伸值關(guān)系曲線圖

        表5 混凝土抗凍、抗?jié)B試驗(yàn)成果

        圖5 含泥量與干縮關(guān)系曲線圖

        圖6 含泥量與濕脹關(guān)系曲線圖

        圖7 含泥量與抗?jié)B等級(jí)關(guān)系曲線圖

        圖8 含泥量與抗抗凍等級(jí)關(guān)系曲線圖

        3 試驗(yàn)小結(jié)

        1)試驗(yàn)所用原材料除人工砂級(jí)配和含泥量外,其余材料各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足《水工混凝土施工規(guī)范》(DL/T5144-2001)的相應(yīng)規(guī)定。

        2)混凝土的強(qiáng)度及各項(xiàng)耐久性指標(biāo)均隨著砂含泥量的增加而下降,干縮、濕脹率隨著砂中含泥量的增加而增大;當(dāng)砂中含泥量超出7%以后變化更為明顯。

        3)人工砂含泥量為3.0%時(shí)因石粉含量偏低,混凝土和易性較差,不利于工程施工,生產(chǎn)成本較高;人工砂的含泥量在5%左右時(shí),混凝土的各項(xiàng)性能均較好,既能滿足施工要求的和易性,又便于生產(chǎn)控制,綜合效益較好。

        4)本次試驗(yàn)均采用二級(jí)配混凝土,人工砂含泥量對(duì)全級(jí)配混凝土性能的影響關(guān)系有待進(jìn)一步研究。

        [1] 中國水電顧問集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.浙江省寧波市周公宅水庫工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R].杭州:中國水電顧問集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,2002.

        [2] 中國長江三峽工程開發(fā)總公司.DL/T5144-2001水工混凝土施工規(guī)范[S].北京:中國電力出版社,2002.

        [3] 南京水利科學(xué)研究院.DL/T5150-2001水工混凝封土試驗(yàn)規(guī)程[S].北京:中國電力出版社,2002.

        [4] 南京水利科學(xué)研究院.DL/T5151-2001水工混凝土砂石骨料試驗(yàn)規(guī)程[S].北京:中國電力出版社,2002.

        [5] 長江水利委員會(huì)長江科學(xué)院.DL/T5330-2005水工混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程[S].北京:中國電力出版社,2006.

        [6] 中國建筑科學(xué)研究院.GB/T50081-2002普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003.

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