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        粗集料對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響分析

        2015-08-15 00:51:34蔡美科湛江市合生建材有限公司廣東湛江524081
        江西建材 2015年20期
        關(guān)鍵詞:高強(qiáng)齡期集料

        ■蔡美科 ■湛江市合生建材有限公司,廣東 湛江 524081

        集料又名骨料,有粗細(xì)之分,是混凝土的主要組成材料,其主要作用是控制膠凝材料在凝結(jié)硬化過程中由于干縮濕脹而產(chǎn)生的體積變化和骨架支撐,粗集料粒徑一般在4.75mm 以上,例如碎石、卵石等,而粒徑在4.75mm 以下則為細(xì)集料,如天然砂等,粗集料的理化性質(zhì)決定其對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度具有重要影響。

        1 粗集料強(qiáng)度對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

        1.1 不同粗集料強(qiáng)度在相同基體條件下對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

        混凝土可劃分為高強(qiáng)混凝土、中強(qiáng)混凝土和低強(qiáng)混凝土等多個(gè)等級(jí),而每個(gè)等級(jí)由于結(jié)構(gòu)存在差異,導(dǎo)致其力學(xué)行為不同,在研究集料強(qiáng)度對(duì)混凝土不同齡期的抗壓強(qiáng)度的影響實(shí)驗(yàn)中,利用絕對(duì)體積法確定配合比,使各級(jí)混凝土中含有的集料體積固定,與此同時(shí)保證集料的外形、最大顆粒、級(jí)配等性能處于基本相同的狀態(tài),此情況中混凝土強(qiáng)度的差異將主要受粗集料的強(qiáng)度決定,選擇水泥、河砂、粗集料、外加劑和水五種強(qiáng)度差異明顯的集料分別在鋼集料、碎石、砂漿、陶粒、加氣砼和無集料基體中試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),在配合比用水量一致的前提下,混凝土的性能仍存在差異,鋼集料混凝土在重力作用下有較大可能坍落,而陶粒和加氣混凝土坍落的可能性相對(duì)較小,鋼集料的強(qiáng)度明顯高于其他集料,而其配置的混凝土抗壓強(qiáng)度也最高,但不同齡期的混凝土其增長(zhǎng)的幅度有限,由此可見在高強(qiáng)基體條件下,混凝土的抗壓強(qiáng)度會(huì)與粗集料的強(qiáng)度呈正比例關(guān)系,但在抗壓強(qiáng)度提升至一定范圍將終止,當(dāng)混凝土中粗集料的強(qiáng)度非常不理想時(shí),其只要稍許提升強(qiáng)度就可以推動(dòng)混凝土的抗壓強(qiáng)度大幅提升,而粗集料的強(qiáng)度超出高強(qiáng)度混凝土?xí)r,混凝土的齡期將不再影響混凝土的抗壓強(qiáng)度,其變化非常不明顯;在中強(qiáng)度混凝土中,當(dāng)集料強(qiáng)度低于基體強(qiáng)度時(shí),同樣提升集料強(qiáng)度可改善基體強(qiáng)度,但基體強(qiáng)度過低,就不可能達(dá)到改善混凝土抗壓強(qiáng)度的目的;在低強(qiáng)混凝土中,與前兩種級(jí)別中表現(xiàn)一致,由此可見,粗集料與基體強(qiáng)度差異過高,會(huì)導(dǎo)致其剛度差異加大,對(duì)混凝土進(jìn)行水化硬化,集料通常保持不變形,而基體卻進(jìn)行干縮濕脹變化,那么接觸區(qū)會(huì)生成一定的附加內(nèi)應(yīng)力,在荷載作用下,會(huì)導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度降低[1]。

        1.2 相同粗集料在不同基體條件下對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

        把鋼集料、碎石、陶粒混凝土集料分別被處于不同基體中,觀察混凝土抗壓強(qiáng)度的變化實(shí)驗(yàn),可以發(fā)現(xiàn),隨著混凝土齡期的增加,鋼集料混凝土的比強(qiáng)度差距會(huì)逐漸縮小,當(dāng)齡期達(dá)到三天時(shí)比強(qiáng)度差距可以忽略,而齡期達(dá)到91 天時(shí),基體強(qiáng)度和比強(qiáng)度呈現(xiàn)出反比例關(guān)系,高強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度要明顯高于中強(qiáng)和低強(qiáng)級(jí)別[2]。在碎石集料實(shí)驗(yàn)中,高強(qiáng)混凝土中的碎石集料在水泥基體強(qiáng)度逐漸提升的過程中會(huì)轉(zhuǎn)變成為混凝土中的軟弱成分,不僅不能再提升混凝土的抗壓強(qiáng)度,反而會(huì)成為混凝土整體中的薄弱點(diǎn),而中強(qiáng)混凝土,由于其荷載程度在碎石的可承受范圍內(nèi),所以其混凝土的強(qiáng)度仍有上升空間,而低強(qiáng)混凝土中含有的水泥成分少,使碎石的添加受限;在陶粒集料實(shí)驗(yàn)中,由于陶粒屬于軟弱集料,當(dāng)水泥基體與集料的強(qiáng)度基本持平時(shí),通過改善基體強(qiáng)度而提升混凝土的抗壓強(qiáng)度效果并不明顯,而兩者都有上升空間或存在一定強(qiáng)度差異時(shí),其可以通過水泥基體的增加,使混凝土強(qiáng)度得到提升[3]。

        2 粗集料其他性能對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

        2.1 粗集料體積率對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

        當(dāng)以水灰比為定量時(shí),由于高強(qiáng)混凝土中集料和水泥基體的強(qiáng)度差異要明顯低于普通的混凝土,所以當(dāng)體積發(fā)生變化時(shí),對(duì)混凝土整體的強(qiáng)度并不會(huì)產(chǎn)生大幅度的波動(dòng),所以粗集料的體積率對(duì)高強(qiáng)度混凝土的影響要明顯低于普通混凝土,而水泥基體的強(qiáng)度要高于粗集料,所以當(dāng)粗料體積率降低時(shí)混凝土的強(qiáng)度反而會(huì)增加,即粗集料的體積率與混凝土的強(qiáng)度成反比;當(dāng)以水泥用量為定量時(shí),在高強(qiáng)混凝土中,由于水泥量一定,其中含有的砂子被水泥包裹的狀態(tài)會(huì)受到影響,使混凝土中所含的空隙數(shù)量增多,集料體積率的增加會(huì)使混凝土抗壓強(qiáng)度增大;而在中強(qiáng)混凝土中,由于其含有的砂子增多,內(nèi)部會(huì)形成大量的空隙,基體整體的強(qiáng)度都會(huì)下降,集料的強(qiáng)度不能對(duì)混凝土強(qiáng)度起到明顯的作用;低強(qiáng)混凝土和中強(qiáng)混凝土同理,所以粗集料的體積率對(duì)其不能產(chǎn)生明顯的影響[4]。

        2.2 粗集料顆粒形貌對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

        在超高強(qiáng)混凝土中,摩擦力較大的破碎卵石會(huì)使混凝土的流動(dòng)性下降,所以其混凝土的抗壓強(qiáng)度要明顯高于光滑卵石混凝土,而且這種差異會(huì)隨著齡期的延長(zhǎng)而持續(xù)擴(kuò)大,粗集料的形貌對(duì)高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度具有直接的影響;而在高強(qiáng)混凝土中,由于水泥基體在前期和后期的強(qiáng)度會(huì)發(fā)生明顯的變化,而破碎卵石由于破碎后面積增加,與水泥基體的接觸面積也會(huì)隨之增加,所以其強(qiáng)度差異在后期會(huì)比前期更大,但通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),在破碎卵石混凝土自身強(qiáng)度檢測(cè)中,不同時(shí)間段,其強(qiáng)度并未發(fā)生明顯的改變,也就是說齡期自身變化并不會(huì)直接影響集料形貌對(duì)混凝土的作用,這種結(jié)論在光滑卵石的實(shí)驗(yàn)中同樣可以證實(shí);在中強(qiáng)混凝土中,可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)水灰比確定在0.5 時(shí),破碎卵石和光滑卵石混凝土的抗壓強(qiáng)度差異最為明顯,當(dāng)水灰比超出0.5 并保持增長(zhǎng)時(shí),兩種混凝土的抗壓強(qiáng)度將會(huì)縮小,集料形貌的影響程度變小,而在此過程中混凝土自身的齡期變動(dòng)并不會(huì)產(chǎn)生大的變化;在低強(qiáng)混凝土中,受水泥基體影響,兩種集料形貌混凝土抗壓強(qiáng)度并無明顯差異[5]。

        2.3 粗集料級(jí)配方式對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

        通過粗集料級(jí)配方式對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn),在高強(qiáng)混凝土發(fā)展早期,連續(xù)級(jí)配與混凝土抗壓強(qiáng)度之間并沒有明顯的差異,當(dāng)齡期超過一個(gè)星期后,由于缺少中間顆粒,相比連續(xù)級(jí)配形式單粒級(jí)配的粘結(jié)面積縮小,在基體強(qiáng)度上升到一定水平后,混凝土受重力影響會(huì)向下沉,使其均勻性受到影響,強(qiáng)度的弱勢(shì)就會(huì)逐漸顯現(xiàn),兩者的強(qiáng)度差距開始加大;在中強(qiáng)混凝土中,連續(xù)級(jí)配和單粒級(jí)配的拌合物流動(dòng)性基本持平,但連續(xù)級(jí)配的和易性卻明顯高于單粒級(jí)配,在早期就可以顯現(xiàn),而且會(huì)隨著齡期的延長(zhǎng)而加大,這不僅是因?yàn)閱瘟<舷鲁翆?dǎo)致混凝土均勻性變差而造成的,而且中強(qiáng)混凝土在成型養(yǎng)護(hù)的過程中會(huì)產(chǎn)生較大的泌水量,這會(huì)在直徑較大的顆粒集料表面形成水膜,使兩種混凝土的抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生明顯差異;在低強(qiáng)混凝土中,由于所含的水分明顯減少,單粒級(jí)配的成型過程難度較大,但兩種級(jí)配的混凝土在抗壓強(qiáng)度方面并未有明顯的差異,雖然連續(xù)級(jí)配混凝土在后期會(huì)稍許高于單粒級(jí),但通常忽略不計(jì)。

        3 結(jié)論

        通過上述分析可以發(fā)現(xiàn),粗集料的強(qiáng)度、體積率、顆粒形狀、最大顆粒直徑、級(jí)配方式等性能對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度都有較大的影響,但要想通過粗集料加強(qiáng)混凝土強(qiáng)度需要有特定的條件限制,這就需要在進(jìn)行混凝土抗壓強(qiáng)度升級(jí)的過程中有專業(yè)的人員參與,隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提升,人們對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的要求逐漸提升,所以針對(duì)粗集料對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響研究仍將持續(xù)進(jìn)行。

        [1]梁天宇.粗集料對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度影響的研究[D].重慶:重慶大學(xué),2014.

        [2]李進(jìn)力,馬建.粗集料的體積率對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響[J].公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版),2015,06(01):117-119.

        [3]楊再富.粗集料對(duì)混凝土強(qiáng)度影響的試驗(yàn)研究與數(shù)值模擬[D].重慶:重慶大學(xué),2015.

        [4]楊再富,錢覺時(shí),唐祖全,梁天宇.粗集料強(qiáng)度對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度影響的試驗(yàn)研究[J].混凝土,2014,01(12):23-25.

        [5]房艷偉.片麻巖粗集料壓碎值特性及對(duì)混凝土性能的影響研究[D].武漢:武漢理工大學(xué),2010.

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