王澤龍,姜震宇,李佳銳,趙涵冰,李彥榮,王 雪
(吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院機(jī)械與土木工程學(xué)院,吉林 132101)
硅灰對(duì)混凝土配合比影響的試驗(yàn)研究
王澤龍,姜震宇,李佳銳,趙涵冰,李彥榮,王 雪※
(吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院機(jī)械與土木工程學(xué)院,吉林 132101)
針對(duì)硅灰對(duì)混凝土配合比的影響進(jìn)行試驗(yàn)研究,通過(guò)改變硅灰占膠凝材料的質(zhì)量比,設(shè)計(jì)四組硅灰含量不同(0%、5%、10%、15%)的C30混凝土,依據(jù)混凝土配合比設(shè)計(jì)和混凝土坍落度試驗(yàn),調(diào)整混凝土配合比,得到同時(shí)滿足規(guī)范中最大用水量要求和流動(dòng)性要求的合理?yè)焦杌一炷僚浜媳?。研究表明:隨著混凝土中硅灰含量的提高,混凝土坍落度呈線性減小,混凝土的流動(dòng)性能減弱。本文可為研究硅灰對(duì)混凝土抗凍性能的影響提供依據(jù),同時(shí)也為優(yōu)化混凝土配比提供參考。
硅灰;混凝土配合比;混凝土坍落度;混凝土流動(dòng)性
硅灰是冶煉硅鐵合金或金屬硅時(shí)的一種飛灰,其主要成分是二氧化硅,硅灰的直接排放和堆存都會(huì)造成環(huán)境的污染,因此,硅灰的再利用成為了眾多學(xué)者研究的課題[1]。20世紀(jì)70年代研究發(fā)現(xiàn),硅灰可以替代部分水泥生產(chǎn)混凝土,但對(duì)混凝土的性能存在一定影響[2],隨后研究人員發(fā)現(xiàn)在混凝土中摻入一定量的硅灰會(huì)提高混凝土的抗凍性[3-4]。針對(duì)硅灰對(duì)混凝土性質(zhì)的影響,通過(guò)改變膠凝材料中摻加硅灰含量(以下簡(jiǎn)稱(chēng)摻硅灰比)研究硅灰對(duì)混凝土配合比的影響,同時(shí)為進(jìn)一步研究東北地區(qū)水泥混凝土道路抗凍性和抗?jié)B性提供理論依據(jù)。
水(拌和用水為吉林市市政自來(lái)水);水泥(唐山冀東水泥股份有限公司生產(chǎn)的P.S 32.5礦渣硅酸鹽水泥);細(xì)骨料(中砂,細(xì)度模數(shù)2.3-3.0,含泥量1.0%);粗骨料(選用兩個(gè)級(jí)配的砂卵石石料,粒徑5~20mm,含泥量0.5%,其中5~10mm粒徑占66.7%,10~20mm粒徑占33.3%);硅灰(長(zhǎng)春司奧科技有限公司生產(chǎn)的微硅灰)。
本試驗(yàn)選用C30混凝土,其配合比按照目前我國(guó)現(xiàn)行的《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ 55-2011(后面簡(jiǎn)稱(chēng)“規(guī)范”)中要求進(jìn)行。流動(dòng)性試驗(yàn)按照《公路工程及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》JTG E30-2005中水泥混凝土拌合物稠度試驗(yàn)方法(坍落度儀法)。坍落度采用標(biāo)準(zhǔn)坍落度試驗(yàn),即坍落度(mm)=300-實(shí)測(cè)高度,坍落度范圍在(10-30mm)滿足要求。試驗(yàn)儀器準(zhǔn)備包括方孔篩、坍落度筒、振搗棒、電子天平、量杯等。
(1)1m3,C30混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)
(其中 fcu,k=30MPa,按規(guī)范查表 4.0.2,取 σ=5.0MPa);
故強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fcu,0≧30+1.645×5.0=38.225MPa。
(2)水膠比
(按規(guī)范查表5.1.2粗骨料為卵石時(shí),取αa=0.49,αb=0.13);
(其中ff=1.00,γs=1.00,γc=1.12,fce,g=32.5MPa;故fb=1.00×1.00×1.12×32.5=36.4MPa);
因此水膠比W/B=0.44。
考慮到本試驗(yàn)時(shí)間為夏季,拌和方式為手動(dòng)拌和,并且試驗(yàn)中加入硅灰會(huì)使混凝土流動(dòng)性減小,為了滿足混凝土流動(dòng)性要求,故適當(dāng)增大水膠比,W/B取為0.50,同時(shí)滿足規(guī)范表3.0.4要求。
(3)用水量
本試驗(yàn)為塑性混凝土,坍落度為10~30mm,采用中砂,查規(guī)范表5.2.1-2知:用水量取mw0=190 kg/m3。
(4)膠凝材料用量
綜上,膠凝材料用量mb0=mw0/(W/B)=190/0.5=380kg。
為研究硅灰對(duì)混凝土凍融循環(huán)的影響,根據(jù)試驗(yàn)方案,本文針對(duì)硅灰對(duì)混凝土流動(dòng)性能的影響設(shè)計(jì)四組不同摻硅灰比(0%、5%、10%、15%)的C30混凝土配比,如表1所示。
表1 單位體積C30混凝土膠凝材料用量
(5)砂率βs
查規(guī)范表5.4.2,當(dāng)水膠比W/B=0.5,卵石最大粒徑為20mm時(shí),砂率為29%~34%,本試驗(yàn)計(jì)算取砂率βs=30%。
(6)粗細(xì)骨料用量
(取 mcp=2400kg/m3,mc0=380kg/m3,mw0=190kg/m3,mf0=0,βs=30%);
因此細(xì)骨料用量ms0=549kg/m3,粗骨料用量mg0=1281kg/m3。
(7)混凝土配合比
綜上(1)-(6),1m3C30混凝土所需材料用量如表2所示。
表2 單位體積C30混凝土所需材料用量
(1)根據(jù)3.1配合比設(shè)計(jì)結(jié)果分別稱(chēng)取所需試驗(yàn)原材料。
(2)坍落度試驗(yàn)
由于硅灰摻量對(duì)混凝土流動(dòng)性影響較大,因此,需要根據(jù)混凝土坍落度試驗(yàn)適當(dāng)調(diào)整混凝土用水量。首先進(jìn)行摻15%硅灰的混凝土坍落度試驗(yàn),試驗(yàn)過(guò)程如圖1所示。
圖1 混凝土坍落度試驗(yàn)
測(cè)得摻15%硅灰的混凝土坍落度為9mm,小于10mm,故該混凝土配合比在摻15%硅灰時(shí),不滿足混凝土流動(dòng)性要求,故應(yīng)調(diào)整配合比。在水膠比不變的情況下,適當(dāng)加大用水量,經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)整試驗(yàn),最終確定取用水量為200kg/m3(滿足規(guī)范要求),測(cè)得混凝土坍落度為12mm(滿足流動(dòng)性要求),因此得出混凝土配合比,如表3所示。
表3 調(diào)整后單位體積C30混凝土所需材料用量
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)結(jié)果,通過(guò)分析可知,硅灰含量越多,其混凝土流動(dòng)性越低,因此,摻15%硅灰的混凝土流動(dòng)性符合相關(guān)規(guī)范要求,摻其它比例≤15%(如0%、5%、10%)硅灰也必然滿足規(guī)范要求。
通過(guò)試驗(yàn)得出,在基準(zhǔn)配合比不變的前提下,符合混凝土流動(dòng)性和易性要求,摻0%、5%、10%、15%硅灰得出了硅灰對(duì)混凝土的流動(dòng)性和易性影響的最佳配合比,如表4所示。
表4 單位體積混凝土各材料用量(kg)
摻硅灰比為0%、5%、10%、15%的混凝土拌合物經(jīng)坍落度關(guān)系如圖2所示。
圖2 不同摻硅灰比混凝土的坍落度
由圖2可知,不同摻硅灰比下的混凝土的坍落度明顯不同。摻硅灰比為0%時(shí),坍落度為25mm;當(dāng)摻硅灰比提高至為5%時(shí),坍落度驟降為17mm;當(dāng)摻硅灰比提高為10%,坍落度為15mm;當(dāng)摻硅灰比提高為15%,坍落度僅為12mm,基本呈線性關(guān)系。
摻硅灰比影響混凝土流動(dòng)性能的原因是硅灰的粒徑小于水泥,吸水性大于水泥,故相同水膠比下,隨著摻硅灰比的提高,混凝土的流動(dòng)性減弱。
(1)在不添加外加劑的情況下,若通過(guò)摻硅灰改變混凝土的抗凍性能,混凝土的坍落度隨摻硅灰比增大而線性減小。
(2)在用水量、流動(dòng)性同時(shí)滿足規(guī)范要求的情況下,為提高混凝土的抗?jié)B性和抗凍性,配置混凝土?xí)r摻硅灰比例最高為15%,否則需采取其它措施進(jìn)行改善。
[1]馬艷芳,李 寧,常 鈞.硅灰性能及其再利用的研究進(jìn)展[J].無(wú)機(jī)鹽工業(yè),2009(10):8-10.
[2]楊 坪,彭振斌.硅粉在混凝土中的應(yīng)用探討[J].混凝土,2002(01):11-14.
[3]李 理,楊萬(wàn)斌,劉茉莉.硅灰對(duì)混凝土抗凍性能影響的試驗(yàn)研究[J].河北省科學(xué)院學(xué)報(bào),2012(02):63-65+70.
[4]付亞偉,王碩太,崔云長(zhǎng).硅灰對(duì)自密實(shí)混凝土性能的影響[J].四川建筑科學(xué)研究,2009(1):191-193.
Experimental Research on the Effect of Silica Fume on Concrete Mix Proportion
Wang Zelong Jiang Zhenyu Li Jiarui Zhao Hanbing Li Yanrong Wang Xue
( Civil Engineering and Water Resources Institute,Jilin Agricultural Science and Technology College,Jilin 132101,China)
In this paper,the effect of silica fume on concrete mix proportion is studied through experiments.Four groups of C30 concrete specimens are designed,in which the mass proportions of silica fume to the cementations’materials are respectively 0%,5%,10%and 15%.Based on the concrete mix proportion design and the slump test,the reasonable proportion of silica fume concrete can be obtained.This proportion can meet the requirements of both maximum water cement ratio and flow-ability of concrete.The research shows that,with the increase of silica fume proportion,the slump of the concrete is linearly reduced and the flow-ability is weakened.This research can provide a basis for studying the effect of silica fume on the frost resistance of concrete.It can also provide a reference for perfecting concrete mix proportion.
silica fume;concrete mix proportion;slump of concrete;flow-ability of concrete
TU528
A
2017-08-20
吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院青年基金項(xiàng)目(吉農(nóng)院合字[2016]第Q19號(hào));吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目(吉農(nóng)院合字[2017]第016號(hào))
王澤龍(1995-),男,江西省上饒市人,吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院2014級(jí)土木工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生。
※為本文通訊作者
吳艷玲