楊艷燕, 李傳凱, 賀 凱
(長江航道規(guī)劃設(shè)計研究院,湖北 武漢 430040)
混凝土是土木工程中最重要的材料之一,對于整個土木工程的發(fā)展起到重要作用[1]。傳統(tǒng)的人工混凝土耗費大量的人力物力,機制混凝土則可通過機器進行大批量制造,縮短制作工期,大幅提高效率,節(jié)約人力和模具成本。在國外機制混凝土被廣泛使用,國內(nèi)對其研究目前還較少,所以研究機制混凝土性能的影響因素則顯得尤為重要。本文通過文獻研究法與專家調(diào)研法,確定了粉煤灰摻量、砂率、水灰比、養(yǎng)護方法四個影響因素[2-3]。并就其因素對機制混凝土性能的影響提出切實有效的建議,對機制混凝土的批量生產(chǎn)有著重要的實踐意義。
為研究機制混凝土性能影響因素,引用某試驗機構(gòu)在上海橫沙基地進行的試驗數(shù)據(jù)。其中試驗所用材料包含安徽產(chǎn)的海螺牌32.5級普通硅酸鹽水泥,安徽產(chǎn)細度模數(shù)為2.5和2.2的中粗砂和細砂,級配為5~10 mm和5~16 mm的細骨料以及石洞口電廠生產(chǎn)的Ⅱ級粉煤灰。對各影響因素進行了如下四項試驗。
粉煤灰是煤在燃燒后煙氣中的細灰,可作為混凝土的摻合料進行資源利用。其可減少用水量、水泥與細骨料使用量,改善拌合物的和易性,提高混凝土的抗?jié)B能力等。從成本來看,粉煤灰摻量越大成本越低;從外觀來看,粉煤灰摻量越大外觀越光潔。粉煤灰摻量與抗壓強度關(guān)系的研究結(jié)果見表1。
表1 粉煤灰摻量與混凝土抗壓強度試驗表Table 1 Test table of fly ash content and concrete compressive strength
隨著粉煤灰摻量的增加,混凝土在3 d、7 d以及28 d各個期齡的強度均有所下降,且摻量越大早期強度越低。為使表面光潔、節(jié)約成本以及混凝土拌合物的和易性良好,應(yīng)適當(dāng)摻粉煤灰,由表1結(jié)果可知,粉煤灰的摻量以水泥用量的10%~20%為宜。
水灰比指的是混凝土中水的用量與水泥用量在重量上的比值。引入水灰比的概念也是考慮到混凝土內(nèi)部的空隙率與裂縫數(shù)量是難以計算的,無法對施工起到指導(dǎo)意義,所以通過統(tǒng)計的方法得出水灰比與混凝土抗壓強度的關(guān)系,從而指導(dǎo)混凝土的配合比設(shè)計。水灰比過小會使水化熱較大,混凝土易開裂,混凝土的和易性較差,不利于現(xiàn)場施工操作;水灰比過大會降低混凝土的強度。在一定配合比(S:1 304 kg;G:580 kg;F:98 kg)下,水灰比與混凝土抗壓強度的研究結(jié)果見表2。
由表2可見,當(dāng)水灰比選定在0.47時混凝土抗壓強度最高,28 d平均強度在25 MPa以上,其他期齡時也表現(xiàn)較佳。
表2 水灰比與混凝土抗壓強度試驗表Table 2 Test table of water cement ratio and concrete compressive strength
砂率是指混凝土中砂的質(zhì)量占砂、石總質(zhì)量的百分率。砂率變動會影響混凝土的間隙率和總的表面積,對混凝土的和易性造成較大的影響。從成本來看,砂率越高會增加水泥用量,導(dǎo)致成本增加;從外觀來看,砂率越高構(gòu)件表面越平整。合理的砂率可以使得混凝土拌合物具有良好的保水性、粘聚性以及流動性。表3是研究砂率與抗壓強度關(guān)系的試驗結(jié)果。
表3 砂率與混凝土抗壓強度試驗表Table 3 Test table of sand ratio and concrete compressive strength
從表3可以看出,隨著砂率增加,機制混凝土強度呈現(xiàn)出先增加后減小的態(tài)勢,這是因為當(dāng)砂率較低時,混凝土和易性較差,不易成型密實;當(dāng)砂率較高時,容易造成拌和物離析,從而強度下降。當(dāng)砂率為50%左右時,混凝土各齡期的強度最高。
混凝土的養(yǎng)護方法在整個混凝土工程中,是一項耗時最長,對混凝土質(zhì)量影響最大的工作。本文對三種養(yǎng)護方法進行了比較,即自然條件養(yǎng)護、標(biāo)準養(yǎng)護室中水養(yǎng)和40 ℃養(yǎng)護棚中養(yǎng)護。下面是一組配合比(W:157 kg;C:230 kg;S:1 286 kg;G:573 kg;F:148 kg)在三種條件下的1 d、3 d 、7 d和28 d的強度測試(見表4)。
試驗數(shù)據(jù)表明,40 ℃養(yǎng)護棚中養(yǎng)護的混凝土在1 d后強度即可達到設(shè)計強度的35%以上。到了7 d至少可以達到設(shè)計強度的90%以上。由于試驗自然環(huán)境溫度在30 ℃左右,所以自然條件養(yǎng)護與40 ℃養(yǎng)護棚中養(yǎng)護強度較為接近。標(biāo)準養(yǎng)護的早期強度要低一點,但是到28 d時,強度卻不比養(yǎng)護棚中養(yǎng)護的低,甚至還要高于同條件養(yǎng)護的,這是因為標(biāo)準養(yǎng)護的試塊在水中養(yǎng)護,為水泥的水化反應(yīng)提供了足夠的水。這也說明除了溫度外,水對于機制混凝土構(gòu)件的養(yǎng)護也是一個重要因素。
表4 養(yǎng)護方法與混凝土抗壓強度表Table 4 Table of maintenance method and concrete compressive strength
(1) 對粉煤灰摻量的確定,首先要考慮強度因素,兼顧成本和美觀性,建議粉煤灰摻量在10%~20%較為合適。
(2) 水灰比在0.46~0.52之間質(zhì)量與表觀較好,當(dāng)水灰比選定在0.47時,即使粉煤灰摻量較高,機制混凝土在28 d時也能達到較高強度。
(3) 對砂率從強度來看,當(dāng)砂率為50%左右時,混凝土各齡期的強度最高,同時兼顧成本和美觀性,建議砂率為50%~65%較為合適。
(4) 養(yǎng)護中要注意早期強度增長所需要的條件,由于40 ℃養(yǎng)護棚在早期養(yǎng)護的效果較好,標(biāo)準養(yǎng)護室在中后期養(yǎng)護效果較好,最理想的養(yǎng)護方式是在高溫棚中養(yǎng)護24 h后放置入標(biāo)準養(yǎng)護室中進行水養(yǎng)。
參考文獻:
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