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        常用摻合料 Ⅱ 級(jí)粉煤灰和S95磨細(xì)礦渣粉的影響系數(shù)研究

        2019-01-05 01:49:32郝會(huì)娟孟志良孟晨璇姚志玉
        鐵道建筑 2018年12期
        關(guān)鍵詞:混凝土影響

        郝會(huì)娟,孟志良,孟晨璇,姚志玉,王 云

        (1.河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南 鄭州 450064;2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院,河北 保定 071001;3.河北建設(shè)集團(tuán)有限公司,河北 保定 071051;4.河北科技學(xué)院,河北 保定 071000)

        粉煤灰是在煤燃燒后的煙氣中收集的細(xì)灰,是燃煤電廠的主要固體廢棄物[1-2]。礦渣是高爐煉鐵得到的以硅鋁酸鈣為主的熔融物,磨細(xì)后的礦渣微粉作為混凝土的獨(dú)立組分能夠改善混凝土的性能[3-4]。大量的試驗(yàn)研究[5-9]表明:粉煤灰和礦粉的復(fù)配不僅可以改善混凝土的工作性能,而且其成本低于水泥,已經(jīng)越來越多地被應(yīng)用于各類土木建筑工程中,取得了良好的生態(tài)效應(yīng)、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。因此,摻合料已經(jīng)成為混凝土必不可少的第6種組成材料?,F(xiàn)行JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》中,摻合料混凝土的水膠比計(jì)算公式中含有常用摻合料粉煤灰和磨細(xì)?;郀t礦渣粉的影響系數(shù),并在設(shè)計(jì)規(guī)程中給出了各等級(jí)粉煤灰和礦粉不同摻量的影響系數(shù)。文獻(xiàn)[10]指出設(shè)計(jì)規(guī)程中常用摻合料影響系數(shù)是經(jīng)過全國性大量試驗(yàn)驗(yàn)證的,同時(shí)建議有條件的單位可以自己實(shí)測(cè)摻合料影響系數(shù)。

        實(shí)測(cè)摻合料的影響系數(shù),無疑能夠準(zhǔn)確確定混凝土配合比,但是需要提前28 d測(cè)定摻合料影響系數(shù)。利用設(shè)計(jì)規(guī)程中的常用摻合料影響系數(shù),雖然可以快速確定混凝土配合比,但是采用設(shè)計(jì)規(guī)程摻合料影響系數(shù)能否準(zhǔn)確確定混凝土配合比,這方面值得研究。本文針對(duì)Ⅱ級(jí)粉煤灰和S95磨細(xì)礦渣粉(簡稱S95礦粉)2種常用摻合料,研究了實(shí)測(cè)影響系數(shù)與規(guī)程影響系數(shù)的相關(guān)關(guān)系,以及兩者隨摻合料摻量變化規(guī)律,并通過實(shí)例分析規(guī)程影響系數(shù)對(duì)混凝土配合比的影響。

        1 水泥膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)

        1.1 原材料

        水泥為曲寨P.O 42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥(C),性能指標(biāo)見表1;粉煤灰為Ⅱ級(jí)粉煤灰(F),性能指標(biāo)見表2;礦粉為S95礦粉(S),性能指標(biāo)見表3;砂為ISO標(biāo)準(zhǔn)砂;水為自來水。

        表1 曲寨P.O 42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥性能指標(biāo)

        表2 Ⅱ級(jí)粉煤灰性能指標(biāo)

        表3 S95礦粉性能指標(biāo)

        注:規(guī)范值含水率≤1%;燒失量≤3%;SO3≤4%。

        1.2 試驗(yàn)方法

        采用常用摻合料Ⅱ級(jí)粉煤灰和S95礦粉等量取代水泥,膠凝材料用量為450 g,水膠比為0.5,ISO標(biāo)準(zhǔn)砂為1 350 g。按照GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》進(jìn)行膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)。

        1.3 試驗(yàn)方案

        根據(jù)JGJ 55—2011確定摻合料摻量范圍。當(dāng)采用Ⅱ級(jí)粉煤灰等量取代水泥時(shí),其摻量控制在5%~40%;當(dāng)采用S95礦粉等量取代水泥時(shí),其摻量控制在5%~50%;當(dāng)復(fù)摻Ⅱ級(jí)粉煤灰和S95礦粉等量取代水泥時(shí),其摻量控制在10%~45%。膠凝材料組成和膠砂試件28 d強(qiáng)度見表4。

        表4 膠凝材料組成和膠砂試件28 d強(qiáng)度

        注:J表示未摻摻合料膠砂;5F表示摻5%Ⅱ級(jí)粉煤灰膠砂;5S表示摻5% S95礦粉膠砂;5F5S表示摻5%Ⅱ級(jí)粉煤灰和5% S95礦粉膠砂。其余類同。

        2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

        根據(jù)表4中膠砂試件抗壓強(qiáng)度,計(jì)算出單摻Ⅱ級(jí)粉煤灰、S95礦粉和兩者復(fù)摻不同摻量時(shí)的影響系數(shù)。根據(jù)JGJ 55—2011確定表4中對(duì)應(yīng)的影響系數(shù)。

        2.1 單摻Ⅱ級(jí)粉煤灰

        單摻Ⅱ級(jí)粉煤灰時(shí)規(guī)程影響系數(shù)和實(shí)測(cè)影響系數(shù)的相關(guān)關(guān)系見圖1,影響系數(shù)隨Ⅱ級(jí)粉煤灰摻量的變化曲線見圖2。

        圖1 單摻Ⅱ粉煤灰時(shí)規(guī)程影響系數(shù)與實(shí)測(cè)影響系數(shù)的相關(guān)關(guān)系

        圖2 影響系數(shù)隨Ⅱ級(jí)粉煤灰摻量的變化曲線

        由圖1可見:單摻Ⅱ級(jí)粉煤灰時(shí)規(guī)程影響系數(shù)與實(shí)測(cè)影響系數(shù)相關(guān)系數(shù)R2=0.942,存在高度線性相關(guān);該線性關(guān)系式中斜率略大于1,說明單摻Ⅱ級(jí)粉煤灰時(shí)規(guī)程影響系數(shù)總體上略小于實(shí)測(cè)影響系數(shù)。

        由圖2可見:①隨著Ⅱ級(jí)粉煤灰摻量的增加,影響系數(shù)總體上是減小的;②當(dāng)Ⅱ級(jí)粉煤灰摻量由0增加到5%時(shí),實(shí)測(cè)影響系數(shù)在增大;③Ⅱ級(jí)粉煤灰摻量由5%增加到40%時(shí),2種影響系數(shù)都在減?。虎墚?dāng)粉煤灰摻量在15%以內(nèi)時(shí),規(guī)程影響系數(shù)小于實(shí)測(cè)影響系數(shù),采用規(guī)程影響系數(shù)計(jì)算的水膠比低于采用實(shí)測(cè)影響系數(shù)計(jì)算的水膠比;⑤Ⅱ級(jí)粉煤灰摻量在15%~40%時(shí)實(shí)測(cè)影響系數(shù)與規(guī)程影響系數(shù)基本一致,采用規(guī)程影響系數(shù)計(jì)算的水膠比與采用實(shí)測(cè)影響系數(shù)計(jì)算的水膠比非常接近。

        2.2 單摻S95礦粉

        單摻S95礦粉時(shí)規(guī)程影響系數(shù)與實(shí)測(cè)影響系數(shù)的相關(guān)關(guān)系見圖3。影響系數(shù)隨S95礦粉摻量變化曲線見圖4。

        圖3 單摻S95礦粉時(shí)規(guī)程影響系數(shù)與實(shí)測(cè)影響系數(shù)的相關(guān)關(guān)系

        圖4 影響系數(shù)隨S95礦粉摻量變化曲線

        由圖3可見:單摻S95礦粉時(shí)規(guī)程影響系數(shù)與實(shí)測(cè)影響系數(shù)相關(guān)系數(shù)R2=-0.107,兩者不具有線性相關(guān)關(guān)系。其原因是JGJ 55—2011中規(guī)定,當(dāng)單摻S95礦粉且摻量在0%~30%時(shí)其影響系數(shù)均為1;而單摻S95礦粉且摻量在5%~30%時(shí)其實(shí)測(cè)影響系數(shù)均小于1。

        由圖4可見:隨著S95礦粉摻量的增加,影響系數(shù)總體上是減小的,當(dāng)S95礦粉摻量分別為35%和45%時(shí),其實(shí)測(cè)影響系數(shù)明顯偏離總體變化趨勢(shì),存在試驗(yàn)誤差。當(dāng)S95礦粉摻量在30%以內(nèi)時(shí),規(guī)程影響系數(shù)大于實(shí)測(cè)影響系數(shù),且其差值隨著S95礦粉摻量的增加而增大,導(dǎo)致采用規(guī)程影響系數(shù)計(jì)算的水膠比高于采用實(shí)測(cè)影響系數(shù)計(jì)算的水膠比。S95礦粉摻量在30%~50%時(shí)規(guī)程影響系數(shù)與實(shí)測(cè)影響系數(shù)相差不大。

        2.3 復(fù)摻Ⅱ級(jí)粉煤灰與S95礦粉

        復(fù)摻Ⅱ級(jí)粉煤灰和S95礦粉時(shí)規(guī)程影響系數(shù)和實(shí)測(cè)影響系數(shù)的相關(guān)關(guān)系見圖5。摻合料摻量為20%~45%時(shí)影響系數(shù)隨復(fù)摻比例變化曲線見圖6。

        圖5 復(fù)摻摻合料時(shí)規(guī)程影響系數(shù)與實(shí)測(cè)影響系數(shù)的相關(guān)關(guān)系

        圖6 摻合料摻量為20%~45%時(shí)影響系數(shù)隨復(fù)摻比例變化曲線

        由圖5可見:復(fù)摻Ⅱ級(jí)粉煤灰與S95礦粉時(shí)規(guī)程影響系數(shù)與實(shí)測(cè)影響系數(shù)相關(guān)系數(shù)R2=0.807,兩者存在顯著線性相關(guān)。該線性關(guān)系式中斜率略大于1,說明了復(fù)摻摻合料時(shí)規(guī)程影響系數(shù)總體上略小于實(shí)測(cè)影響系數(shù)。

        由圖6可見:復(fù)摻的摻量一定,2種摻合料的比例(粉煤灰:礦粉)變化實(shí)質(zhì)上是Ⅱ級(jí)粉煤灰摻量在增加,S95礦粉摻量在減少,2種影響系數(shù)總體上均在減小。Ⅱ級(jí)粉煤灰:S95礦粉為25∶10和15∶30時(shí)實(shí)測(cè)影響系數(shù)明顯偏離了總體變化趨勢(shì),存在試驗(yàn)誤差。Ⅱ級(jí)粉煤灰:S95礦粉為5∶35和5∶40時(shí)規(guī)程影響系數(shù)明顯偏離了總體變化趨勢(shì),特別是比例為5∶40時(shí)規(guī)程影響系數(shù)明顯偏低,需要用實(shí)測(cè)值進(jìn)行修正,否則會(huì)影響到混凝土配合比設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。當(dāng)復(fù)摻的摻量為20%,25%,30%,35%,40%和45%時(shí),在33種不同復(fù)摻比例中,僅有9種規(guī)程影響系數(shù)大于實(shí)測(cè)影響系數(shù),其中2種實(shí)測(cè)影響系數(shù)存在明顯試驗(yàn)誤差,剩余24種規(guī)程影響系數(shù)小于實(shí)測(cè)影響系數(shù)。因此,復(fù)摻Ⅱ級(jí)粉煤灰和S95礦粉時(shí)規(guī)程影響系數(shù)總體上小于實(shí)測(cè)影響系數(shù),導(dǎo)致采用規(guī)程影響系數(shù)計(jì)算的水膠比低于采用實(shí)測(cè)影響系數(shù)計(jì)算的水膠比。

        Ⅱ級(jí)粉煤灰和S95礦粉等常用摻合料單摻和復(fù)摻時(shí),規(guī)程影響系數(shù)與實(shí)測(cè)影響系數(shù)之間的差異會(huì)影響到水膠比的計(jì)算,那么是否會(huì)進(jìn)一步影響到混凝土配合比設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性,以下采用實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證。

        3 實(shí)例驗(yàn)證

        采用實(shí)測(cè)強(qiáng)度為48 MPa的普通硅酸鹽水泥和碎石配制C25混凝土,根據(jù)JGJ 55—2011中水膠比計(jì)算公式,分別計(jì)算出規(guī)程影響系數(shù)和實(shí)測(cè)影響系數(shù)所對(duì)應(yīng)的水膠比及其差值,見表5。表中,規(guī)程影響系數(shù)、實(shí)測(cè)影響系數(shù)簡稱為規(guī)程、實(shí)測(cè)。

        表5 規(guī)程影響系數(shù)和實(shí)測(cè)影響系數(shù)所對(duì)應(yīng)的水膠比及其差值

        注:差值=規(guī)程影響系數(shù)所對(duì)應(yīng)的水膠比-實(shí)測(cè)影響系數(shù)所對(duì)應(yīng)的水膠比。

        由表5可見:單摻Ⅱ級(jí)粉煤灰且摻量在40%以內(nèi)時(shí),采用規(guī)程影響系數(shù)計(jì)算的水膠比與采用實(shí)測(cè)影響系數(shù)計(jì)算的水膠比差值在-0.05~0.01;單摻S95礦粉且摻量在50%以內(nèi)時(shí),采用規(guī)程影響系數(shù)計(jì)算的水膠比與采用實(shí)測(cè)影響系數(shù)計(jì)算的水膠比差值在-0.06~0.05;復(fù)摻Ⅱ級(jí)粉煤灰與S95礦粉且摻量在45%以內(nèi)時(shí),采用規(guī)程影響系數(shù)計(jì)算的水膠比與采用實(shí)測(cè)影響系數(shù)計(jì)算的水膠比差值在-0.08~0.08。

        S95礦粉摻量為45%、Ⅱ級(jí)粉煤灰:S95礦粉為25:10時(shí)實(shí)測(cè)影響系數(shù)存在明顯試驗(yàn)誤差,Ⅱ級(jí)粉煤灰:S95礦粉比例為5:40時(shí)規(guī)程影響系數(shù)明顯偏低。如果不考慮這些因素,單摻Ⅱ級(jí)粉煤灰、單摻S95礦粉、復(fù)摻Ⅱ級(jí)粉煤灰和S95礦粉時(shí),采用規(guī)程影響系數(shù)計(jì)算的水膠比與采用實(shí)測(cè)影響系數(shù)計(jì)算的水膠比差值分別在-0.05~0.01,-0.02~0.05和-0.05~0.05。在進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí),強(qiáng)度檢驗(yàn)在基準(zhǔn)水膠比±0.05 范圍內(nèi)進(jìn)行。由此可見,Ⅱ級(jí)粉煤灰和S95礦粉等常用摻合料單摻和復(fù)摻時(shí),在一定摻量范圍內(nèi)采用規(guī)程影響系數(shù)計(jì)算水膠比不會(huì)影響到混凝土配合比設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。

        4 結(jié)論

        1)單摻Ⅱ級(jí)粉煤灰且摻量在40%以內(nèi)時(shí),規(guī)程影響系數(shù)與實(shí)測(cè)影響系數(shù)存在高度線性相關(guān);單摻S95礦粉且摻量在50%以內(nèi)時(shí),規(guī)程影響系數(shù)與實(shí)測(cè)影響系數(shù)不存在線性相關(guān);復(fù)摻Ⅱ級(jí)粉煤灰和S95礦粉且摻量在45%以內(nèi)時(shí)規(guī)程影響系數(shù)與實(shí)測(cè)影響系數(shù)顯著線性相關(guān)。

        2)考慮到實(shí)測(cè)影響系數(shù)的誤差和規(guī)程影響系數(shù)的偏差,采用規(guī)程影響系數(shù)不會(huì)影響到混凝土配合比設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。

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