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        粉體當(dāng)量體積法對(duì)機(jī)制砂混凝土和易性影響的分析

        2014-03-13 22:45:29祝潤
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2014年7期
        關(guān)鍵詞:影響分析

        祝潤

        摘 要:通過對(duì)不同水膠比下機(jī)制砂混凝土坍落度、擴(kuò)展度和抗壓強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)來研究粉體當(dāng)量體積法對(duì)機(jī)制砂混凝土配合比設(shè)計(jì)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:粉體當(dāng)量體積法下,不同水膠比機(jī)制砂的和易性和抗壓強(qiáng)度均可達(dá)到相關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)的分析,從理論上得出不同水膠比的最佳粉體當(dāng)量體積,為機(jī)制砂混凝土的配合比設(shè)計(jì)提供了技術(shù)參考。

        關(guān)鍵詞:粉體當(dāng)量體積法;機(jī)制砂混凝土;和易性;影響;分析

        引言

        與天然砂混凝土相比,機(jī)制砂混凝土的粘聚性和保水性較差,和易性變異大,難以控制。大量的研究表明機(jī)制砂混凝土主要問題為和易性較差,并直接影響硬化后的混凝土強(qiáng)度和耐久性[1]。如何獲得性能優(yōu)良的機(jī)制砂混凝土,以及對(duì)與不同的特性的機(jī)制砂如何調(diào)整混凝土的配合比而獲得較好的和易性,對(duì)機(jī)制砂混凝土的實(shí)際應(yīng)用有著極其重要的價(jià)值。

        本論文針對(duì)機(jī)制砂混凝體的特殊性及存在問題,在傳統(tǒng)的配合比設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上提出了粉體當(dāng)量體積法的配合比計(jì)算方法,通過實(shí)驗(yàn)得出不同水膠比下的粉體當(dāng)量總體積,并對(duì)其和易性和抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試,根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)粉體當(dāng)量體積法的可行性和機(jī)制砂混凝土配合比設(shè)計(jì)提供參考價(jià)值。

        1 粉體當(dāng)量體積法

        1.1 粉體當(dāng)量體積法的定義

        粉體當(dāng)量體積法是由西南交通大學(xué)李固華教授首先提出的專門針對(duì)機(jī)制砂配合比設(shè)計(jì)的新方法。該方法是在《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ55-2011)和高性能混凝土全計(jì)算法配合比設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,針對(duì)機(jī)制砂混凝土中粉體的特性而提出的。該方法通過確定各種粉體單位體積的用水量,與水泥單位體積用水量之比作為粉體的當(dāng)量系數(shù)。粉體體積乘以當(dāng)量系數(shù)的和作為粉體當(dāng)量總體積,通過實(shí)驗(yàn)再得出不同水膠比下的機(jī)制砂混凝土和易性良好、滿足抗壓強(qiáng)度的粉體當(dāng)量總體積[2]。

        1.2 粉體當(dāng)量總體積配合比的計(jì)算

        在JGJ55-2011《普通混凝土配比設(shè)計(jì)規(guī)程》中的配合比設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上,通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得各種粉體的需水量,與水泥的需水量相比,得到粉體體積當(dāng)量系數(shù),采用這種方法,來研究粉漿體體體積對(duì)混凝土和易性的影響。

        1.2.1 粉體當(dāng)量總體積配合比的計(jì)算步驟

        (1)根據(jù)粉體體積當(dāng)量系數(shù)的定義,確定各種粉體的粉體當(dāng)量體積系數(shù)。

        (2)確定水膠比、用水量。

        (3)確定膠凝材料用量,并確定確定水泥用量Cb、粉體體積Vf。

        (4)通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得各種粉體的需水量,并與水泥需水量相比,得到粉體體積當(dāng)量系數(shù)。

        (5)確定粉體體積Vf,并計(jì)算粉體當(dāng)量總體積Vfd。

        (6)計(jì)算漿體體積Vj,并計(jì)算漿體當(dāng)量體積Vjd,并采用體積法計(jì)算骨料的體積。

        (7)計(jì)算需加石粉的體積,由假定漿體體積減去水泥、礦物摻合料以及砂中石粉體積。

        (8)通過實(shí)驗(yàn)機(jī)制砂混凝土的坍落度、擴(kuò)展度以及抗壓強(qiáng)度來獲得最佳粉體體積。

        1.2.2 計(jì)算粉體體積當(dāng)量系數(shù)

        粉體體積當(dāng)量系數(shù)是根據(jù)(GB/T1596-2005)《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中粉煤灰需水量的測(cè)定方法,分別測(cè)試出實(shí)驗(yàn)中所用的粉煤灰、花崗巖石粉、100目石粉的需水量,然后測(cè)得某種粉體的單位體積用水量,所得的結(jié)果與水泥的單位體積用水量之比為當(dāng)量系數(shù)。測(cè)得水泥的需水量為105g,密度為3.06,計(jì)算結(jié)果如表1。

        表1 各種粉體體積當(dāng)量系數(shù)

        2 實(shí)驗(yàn)概況

        2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

        按照(GB/T14684-2011)《建筑用砂》中的相關(guān)方法測(cè)得細(xì)集料的表觀密度和空隙率,并按照淘洗法測(cè)得機(jī)制砂中石粉的含量。按照廣口瓶法測(cè)定粗集料的堆積密度和空隙率[3]。配制水膠比分別為0.6、0.55、0.5、0.47、0.44的機(jī)制砂混凝土,采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)拌合,攪拌時(shí)間為3min,高效減水劑采用后摻法。試件采用振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)成型,時(shí)間為2min。按照(GB/T50080-2002)《普通混凝土拌合物性能實(shí)驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中的坍落度法測(cè)得該組機(jī)制砂混凝土的工作性。按照(GB/T50081-2002)《普通混凝土力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)得混凝土試件的抗壓強(qiáng)度,并測(cè)得7d、28d及56d的混凝土抗壓強(qiáng)度。計(jì)算不同水膠比下的粉體當(dāng)量總體積,并對(duì)比其坍落度、擴(kuò)展度和抗壓強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。

        2.2 實(shí)驗(yàn)材料

        水泥:P.O.42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥,水泥性能實(shí)驗(yàn)表明,水泥各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn),密度為3.05g/cm3。

        礦物摻合料:優(yōu)質(zhì)粉煤灰和?;郀t礦粉。粉煤灰密度為2.13g/cm3。礦粉密度為2.80g/cm3。

        粗集料:粒徑5~16mm和16~25mm兩種粒級(jí)碎石分別按40%、60%的摻配使用,符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的Ⅱ類骨料。表觀密度為2715g/cm3、緊致堆積密度為1685g/cm3、含泥量為3%、含水率為2%。

        細(xì)集料:主要成分為花崗巖,含少量的砂巖及石灰?guī)r的機(jī)制砂,表觀密度為2.68g/cm3,砂中石粉含量為12.5%,石粉密度為2.67g/cm3、需水量比為1.05。

        減水劑:高性能減水劑。減水率為30%,含氣率為3%。

        石粉:細(xì)度為200目的石粉,密度為2.63g/cm3、比表面積為1638g/cm3、需水量比為1.06。

        水:混凝土拌合及養(yǎng)護(hù)用水均為自來水。

        3 實(shí)驗(yàn)步驟

        3.1 粉體當(dāng)量體積法下,不同水膠比的機(jī)制砂混凝土配合比的計(jì)算

        根據(jù)粉體當(dāng)量體積的計(jì)算步驟,對(duì)不同水膠比的粉體當(dāng)量總體積和粉體當(dāng)量總體積進(jìn)行計(jì)算。在不外加石粉的情況下,計(jì)算水膠比分別為0.6、0.55、0.5、0.47、0.44時(shí)的機(jī)制砂混凝土的粉體當(dāng)量體積,并測(cè)得相應(yīng)的坍落度、擴(kuò)展度和抗壓強(qiáng)度值。首先對(duì)水膠比為0.6的混凝土的粉體當(dāng)量體積進(jìn)行計(jì)算,細(xì)集料采用機(jī)制砂,粉煤灰含量為40%。具體如下:

        當(dāng)水膠比為0.6時(shí),加入水170kg,計(jì)算膠凝材料Cb、水泥量:

        Cb=170/0.6=283.33kg

        由于粉煤灰含量為40%,則水泥含量為60%,水泥量=283.33×0.6=170kg。

        膠凝材料漿體體積=170/3.05+283.33×0.4/2.13+170=278.9L

        粉體當(dāng)量總體積=170/3.05+(283.33×0.4/2.13) ×0.837+811.37×0.125×0.996/2.68=140L

        粉漿體當(dāng)量總體積=140+170=310L

        按照上述計(jì)算步驟,使用粉體當(dāng)量法將五組不同水膠比的配合比進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見表2。

        3.2 不同水膠比時(shí),機(jī)制砂混凝土的和易性

        將以上5組機(jī)制砂混凝土拌合物按照《普通混凝土拌合物性能實(shí)驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50080-2002)中規(guī)定的坍落度和坍落擴(kuò)展度實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)試,經(jīng)測(cè)試結(jié)果如表3。

        表3 不同水膠比細(xì)機(jī)制砂混凝土的坍落度和擴(kuò)展度

        3.3 不同水膠比時(shí),機(jī)制砂混凝土的抗壓強(qiáng)度

        將5組編號(hào)的機(jī)制砂混凝土按照《普通混凝土力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50081-2002),試件尺寸采用100mm×100mm×100mm的立方體試件,成型后在溫度為20±2℃,相對(duì)濕度為95%以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中,分別養(yǎng)護(hù)7d、28d和56d,并測(cè)試各試塊的抗壓強(qiáng)度。經(jīng)測(cè)試,其抗壓強(qiáng)度值見表4:

        表4 不同水膠比下機(jī)制砂混凝土的抗壓強(qiáng)度

        4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

        (1)表2到表4為粉體當(dāng)量體積法下的不同水膠比機(jī)制砂的和易性和抗壓強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。該實(shí)驗(yàn)為未填加石粉的不同水膠比的機(jī)制砂混凝土拌合物的粉體當(dāng)量總體積。從表2中可以看出水膠比由0.6減小到0.43,膠凝材料漿體體積也隨之由278.9L減小到270L,實(shí)驗(yàn)結(jié)果均符合(JGJ55-2011)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》中規(guī)定的不同水膠比時(shí)的最小膠凝材料用量規(guī)定。所需要的粉體當(dāng)量總體積由139.7L增加至161.6L,由此可以看出,當(dāng)水膠比在和粉漿體當(dāng)量體積在增加。表3為不同水膠比下機(jī)制砂混凝土的坍落度和擴(kuò)展度檢測(cè)結(jié)果,可以看出粉體當(dāng)量體積法下的不同水膠比的坍落度和擴(kuò)展度是不一樣的。不同的水膠比通過粉體當(dāng)量體積法來設(shè)計(jì)配合比的機(jī)制砂混凝土,通過其坍落度和擴(kuò)展度測(cè)試結(jié)果反映了,該配合比設(shè)計(jì)方法下的混凝土的和易性符合要求的,說明粉體當(dāng)量體積法用以進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)的可行性。由表4可知,混凝土經(jīng)過7d、28d和56d的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)抗壓強(qiáng)度可達(dá)到33.65~55.99MPa,均達(dá)到抗壓強(qiáng)度的要求。

        (2)結(jié)合表2到表4可以看出,在表2的配合比下,膠凝材料用量在很低的情況下,抗壓強(qiáng)度是可以滿足規(guī)范要求的,可以作為平衡混凝土質(zhì)量、消耗和成本的重要參照因素。

        (3)在配制高性能混凝土?xí)r,必須具有一定的漿體。在保持水膠比不變的情況下,水泥漿量的過多會(huì)使得混凝土拌合料出現(xiàn)崩塌現(xiàn)象,反之則會(huì)出現(xiàn)流漿和泌水現(xiàn)象,且會(huì)增加水泥的用量[4][5]。所以在混凝土強(qiáng)度滿足的條件下,滿足混凝土和易性需要達(dá)到一定的漿體體積。粉體當(dāng)量體積的提出則可以為配置機(jī)制砂混凝土提供依據(jù)。

        5 結(jié)束語

        通過對(duì)粉體當(dāng)量體積法下,不同水膠比機(jī)制砂混凝土的和易性和抗壓強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)和分析,可以看出粉體當(dāng)量體積法是具有可行性的,對(duì)優(yōu)化現(xiàn)有的機(jī)制砂混凝土配合比設(shè)計(jì)、合理改善機(jī)制砂混凝土和易性具有一定的參考價(jià)值。本文僅僅研究了粉體當(dāng)量體積法下,這是由于水膠比是影響混凝土強(qiáng)度和和易性的重要因素,是其可行性研究的基礎(chǔ)。除此之外,砂率、礦物摻合料及外加劑對(duì)機(jī)制砂混凝土的和易性亦具有影響,綜合考慮以上因素是繼續(xù)研究粉體當(dāng)量體積法配合比設(shè)計(jì)方法的重要方向。

        參考文獻(xiàn)

        [1]王保國.機(jī)制砂高性能混凝土的試驗(yàn)研究與應(yīng)用[J].工程與試驗(yàn),2011(6)28-31.

        [2]于春輝.低強(qiáng)度高性能機(jī)制砂混凝土和易性的研究[D].西南交通大學(xué),2013.

        [3]GB14684-2001 建筑用砂[S].

        [4]黃鶴,牛一凡.機(jī)制砂的性能及其對(duì)混凝土性能的影響[J].價(jià)值工程,2011,104-105.

        [5]黃士元.近代混凝土技術(shù)[M].西安:科學(xué)技術(shù)出版社,1998.

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