楊 斌 盛 彬 王珺卓 方 濤 羅義生 張懿婷 賈艷敏*

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

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適用于東北地區(qū)的一種混凝土配合比的研究★

楊 斌 盛 彬 王珺卓 方 濤 羅義生 張懿婷 賈艷敏*

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

為了充分利用粉煤灰、礦渣等礦物摻合料，提出一個適用于東北地區(qū)的C40混凝土配合比，以力學(xué)性能為指標(biāo)，在常溫下進(jìn)行了抗折和抗壓試驗(yàn)，結(jié)果表明：當(dāng)水膠比為0.36，砂率為40%時，單摻粉煤灰等量取代比例為30%的力學(xué)性能最佳，適合應(yīng)用于東北地區(qū)。

配合比，東北地區(qū)，力學(xué)性能，凍融試驗(yàn)

0 引言

目前，隨著人們的環(huán)保意識越來越強(qiáng)，很多人已經(jīng)開始把工業(yè)廢料再生產(chǎn)出的粉煤灰、礦渣等摻合料用來取代水泥，從而廣泛應(yīng)用到混凝土工程中[1]。常溫下，人們對單摻粉煤灰、礦渣混凝土和復(fù)摻粉煤灰和礦渣混凝土力學(xué)性能的研究已經(jīng)比較深入[2-4]，但對低溫下?lián)郊拥V物摻合料的混凝土力學(xué)性能的研究并不多，如劉軍[5]、隋昊[6]等人的研究，特別是把常溫與低溫下不同摻合料混凝土的力學(xué)性能結(jié)合在一起的研究。因此，本文擬通過對粉煤灰、礦渣混凝土在常溫下的力學(xué)性能進(jìn)行測試，篩選出強(qiáng)度最高的混凝土繼續(xù)進(jìn)行低溫下的凍融試驗(yàn)，從而挑選出適合東北地區(qū)的最佳的混凝土配合比。

1 試驗(yàn)的原材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

水泥：采用哈爾濱市亞泰集團(tuán)“天鵝牌”P.O42.5水泥，其各項(xiàng)性能見表1。

表1 水泥的性能

砂：采用河砂，細(xì)度模數(shù)2.6，Ⅱ區(qū)級配合格；碎石：為哈爾濱市玉泉鎮(zhèn)生產(chǎn)，級配為5 mm～31.5 mm；粉煤灰：為哈爾濱熱電廠產(chǎn)Ⅱ級粉煤灰，其品質(zhì)指標(biāo)見表2。

表2 粉煤灰的性能

礦渣：為S95級礦渣粉，其品質(zhì)指標(biāo)見表3。

表3 礦渣的性能

外加劑：采用佳木斯宏遠(yuǎn)建筑外加劑有限公司生產(chǎn)的萘系高效減水劑和引氣劑；水：哈爾濱潔凈的自來水。

1.2 試驗(yàn)的設(shè)計方案

本次試驗(yàn)設(shè)置一個基準(zhǔn)混凝土A-0，即不摻任何摻合料的普通混凝土做對比，然后分別設(shè)置粉煤灰等量取代(下文簡稱工況B：B-1，B-2，B-3)、粉煤灰超量取代(工況C：C-1，C-2，C-3，超量取代系數(shù)1.2)、礦渣等量取代(工況D：D-1，D-2，D-3)以及粉煤灰、礦渣雙摻(工況E：E-1，E-2，E-3)等量取代水泥，取代比初步定為15%，30%，40%。其中混凝土配合比按照J(rèn)GJ 55—2011普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程進(jìn)行設(shè)計，配合比見表4。

1.3 試驗(yàn)方法

本次試驗(yàn)根據(jù)GBT 50080—2002普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)制備100 mm×100 mm×100 mm的混凝土立方體試件，制備100 mm×100 mm×400 mm的混凝土棱柱體試件。先進(jìn)行原材料的稱量，然后進(jìn)行混凝土的拌合、澆筑、振搗，成型后自然養(yǎng)護(hù)24 h后拆模、編號，并立即放入溫度(20±2)℃，相對濕度為95%以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)生。

2 試件的測試和試驗(yàn)的結(jié)果

2.1 常溫下試件的測試和試驗(yàn)結(jié)果

按照GBT 50081—2002普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，在混凝土試件養(yǎng)護(hù)7 d時，每組取出3塊立方體試件采用YE-2000液壓式壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行抗壓測試；在養(yǎng)護(hù)試件28 d時，每組分別取出3塊立方體和3塊棱柱體試件，其中棱柱體試件采用WE-300液壓式萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行抗折測試。檢測的結(jié)果如表5所示。

對每組混凝土抗壓和抗折實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)處理后將結(jié)果列于表5，篩選出力學(xué)性能最佳的配合比，從表5中可以看出，對于工況B粉煤灰等量取代，選擇B-2組取代比為30%；對于工況C粉煤灰超量取代，選擇C-1工況取代比為15%；對于工況D礦渣等量取代，選擇D-1組取代比為15%；對于工況E粉煤灰和礦渣雙摻等量取代，選擇E-3組取代比為40%的配合比進(jìn)行接下來的低溫下的試驗(yàn)。

表5 混凝土抗壓、抗折強(qiáng)度檢測結(jié)果 MPa

2.2 低溫下試件的測試和試驗(yàn)結(jié)果

本實(shí)驗(yàn)通過凍融試驗(yàn)來模擬東北地區(qū)混凝土在冬天的環(huán)境，凍融試驗(yàn)分為快凍法和慢凍法，此次試驗(yàn)采用快凍法，按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 525—94和GB/T 50082—2009普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法和DL/T 5150—2001水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程，試件養(yǎng)護(hù)24 d后從標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室取出，進(jìn)行外觀檢查，然后將試件放入溫度為15 ℃～20 ℃的水中浸泡，浸泡時水面至少應(yīng)高出試件頂面20 mm，試件浸泡4 d后進(jìn)行凍融試驗(yàn)。每次凍融循環(huán)應(yīng)在2 h～4 h內(nèi)完成，其中用于融化的時間不得小于整個凍融時間的1/4。在凍結(jié)和融化終了時，試件中心溫度應(yīng)分別控制在(-17±2)℃和(8±2)℃。每塊試件從6 ℃降至-15 ℃或從-15 ℃升至6 ℃ 所用的時間分別不得少于凍結(jié)時間的1/2或融化時間的1/2，試件內(nèi)外溫差不宜超過28 ℃。此次試驗(yàn)分別設(shè)置凍融30次，60次，90次，每一個循環(huán)結(jié)束后，每組取出3個試件進(jìn)行抗折試驗(yàn)。測試的結(jié)果見表6。

表6 不同組在凍融后的抗折強(qiáng)度 MPa

3 試驗(yàn)結(jié)果的分析

將表6的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，得到圖1?？梢钥闯?，隨著凍融次數(shù)的增加，4個組的強(qiáng)度都逐漸下降，其中，B-2組凍融循環(huán)30次，60次，90次時抗折強(qiáng)度下降幅度依次為30.82%，55.74%，61.15%；C-1組依次為31.82%，59.39%，82.27%；D-1組依次為

11.32%，54.34%，60.57%；E-3組依次為11.78%，34.89%，61.56%。由此可見，C-1組下降最大，從6.6 MPa迅速降至1.17 MPa。同樣是單摻粉煤灰的B-2組，下降的幅度小很多，其在未凍融前強(qiáng)度就很高，在每個凍融循環(huán)后檢測強(qiáng)度時其強(qiáng)度都處在較高水平。而D-1組和E-3組下降幅度不大，凍融循環(huán)90次后的抗折強(qiáng)度與B-2組相近，但是這兩組的初始強(qiáng)度都不高。

試驗(yàn)結(jié)果表明，由于粉煤灰顆粒大都呈封閉結(jié)實(shí)的球形，且內(nèi)表面積和單分子吸附水小，其形態(tài)、微集料效應(yīng)使得粉煤灰水泥的和易性好，能填充到水泥顆粒間，改善顆粒級配，干縮性小，具有較高的抗拉強(qiáng)度；此外，粉煤灰水化速度慢，比礦渣的水化熱低，水化熱產(chǎn)生的微裂縫較少，從而改善混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高抗凍性。因此，相比之下，粉煤灰在等量取代水泥時的混凝土具有更好的力學(xué)性能。

4 結(jié)語

通過本文的試驗(yàn)研究，可以得到一組適用于東北地區(qū)的C40混凝土配合比，水泥∶石子∶砂子∶水∶粉煤灰=315 kg∶1 046 kg∶697 kg∶162 kg∶135 kg，該配合比既綠色環(huán)保，充分利用粉煤灰，又在同等條件下有著最佳的力學(xué)性能，可以在實(shí)際工程中推廣應(yīng)用。

[1] 艾紅梅,白軍營.環(huán)境協(xié)調(diào)型綠色混凝土的發(fā)展[J].混凝土,2010(12):93-95.

[2] 李 遷.磨細(xì)礦渣在高性能混凝土中的應(yīng)用研究[J].遼寧大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2009(4):322-325.

[3] 李益進(jìn),周士瓊,尹 健,等.超細(xì)粉煤灰高性能混凝土的力學(xué)性能[J].建筑材料學(xué)報,2005(1):23-29.

[4] 李志剛,李家和,張洪貴.粉煤灰與礦渣復(fù)合摻合料對混凝土強(qiáng)度影響[J].低溫建筑技術(shù),2009(4):17-19.

[5] 劉 軍,李振國,田 悅,等.低溫條件下礦物摻合料對混凝土強(qiáng)度發(fā)展及抗凍臨界強(qiáng)度的影響[J].沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2006(3):415-418，427.

[6] 隋 昊.低溫下復(fù)合摻合料對混凝土性能的影響[J].低溫建筑技術(shù),2013(5):11-12.

Study on concrete mixing proportion fitting to northeastern region★

Yang Bin Sheng Bin Wang Junzhuo Fang Tao Luo Yisheng Zhang Yiting Jia Yanmin*

(SchoolofCivilEngineering,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

In order to make full use of fly ash, slag and other mineral admixtures, put forward a suitable for application in the northeast area of C40 concrete with ratio, in mechanical properties as the index, in room temperature resistance strength and compressive test. The results show that when the ratio of water to cement ratio is 0.36 and the sand ratio is 40%, the mechanical properties of the equivalent replacement ratio of fly ash is 30%, which is suitable for the northeast region.

mix proportion, northeast region, mechanical property, freezing and thawing experiment

1009-6825(2016)10-0096-02

2016-01-27★：國家級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項(xiàng)目(項(xiàng)目編號：201510225053)

楊 斌(1994- )，男，在讀本科生

賈艷敏(1962- )，女，博士生導(dǎo)師，教授

TU528

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