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        開封特細(xì)砂混凝土抗凍性能試驗(yàn)研究

        2019-10-23 01:28:54趙書鋒
        散裝水泥 2019年4期
        關(guān)鍵詞:細(xì)砂抗凍凍融循環(huán)

        趙書鋒

        (開封大學(xué)土木建筑工程學(xué)院,河南開封475004)

        砂是混凝土骨架的重要組成部分,一般集料占混凝土總量的70%~80%,而砂占集料體積總量的17%~48%。砂主要起填充粗集料空隙,提高混凝土的密實(shí)度,改善混凝土拌合物工作性能的作用,砂的品質(zhì)對混凝土的耐久性能有較大影響。開封砂模數(shù)在0.7~1.5之間,屬于特細(xì)砂的范疇,從技術(shù)角度看,雖然特細(xì)砂性能決定其不是生產(chǎn)混凝土的優(yōu)先材料,但是開封砂價格便宜,存儲量大,隨著建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展,中砂越來越供不應(yīng)求,因地制宜采取部分特細(xì)砂代替部分天然中砂,不但可以緩解天然中粗砂緊缺的現(xiàn)狀,對混凝土行業(yè)以及商品混凝土站也都具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。國內(nèi)學(xué)者對特細(xì)砂混凝土的研究取得了系列成果,但大多是針對特細(xì)砂混凝土施工性能和強(qiáng)度的研究,而針對特細(xì)砂混凝土耐久性研究的還較少,本文主要針對特細(xì)砂混凝土耐久性的抗凍性能開展系統(tǒng)研究。

        1 試驗(yàn)原材料及配合比

        1.1 水泥

        本實(shí)驗(yàn)采用新鄉(xiāng)平原同力水泥有限公司生產(chǎn)的平原牌42.5強(qiáng)度等級普通硅酸鹽水泥,其基本性質(zhì)如表1。

        表1 水泥基本物理力學(xué)性能指標(biāo)

        1.2 粗骨料

        粗骨料選取5~20mm連續(xù)級配碎石,主要性能指標(biāo)均滿足《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》JGJ52-2006規(guī)定。

        1.3 細(xì)骨料

        本次試驗(yàn)用開封特細(xì)砂和人工砂,人工砂來源于開封市某商品混凝土攪拌站,開封特細(xì)砂來源于開封黃河灘采砂場,主要性能指標(biāo)見表2。

        1.4 其他材料

        水:拌制混凝土采用飲用自然水,試劑配制采用蒸餾水。

        減水劑:山東建材有限公司生產(chǎn)的高吸能聚羧酸減水劑。

        粉煤灰:開封電廠的Ⅰ級粉煤灰,表觀密度2040 kg/m3,0.045 mm篩余量11.3%。

        表2 特細(xì)砂與人工砂物理性能指標(biāo)

        2 配合比設(shè)計(jì)

        本實(shí)驗(yàn)將配制強(qiáng)度等級為C30、C50的特細(xì)砂混凝土各8組,觀察開封特細(xì)砂摻量分別在0、20%、30%至40%情況下混凝土的抗凍性能。配合比見表3。

        表3 試驗(yàn)配合比

        3 試驗(yàn)方法

        按照GB/T 50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定,抗凍融試驗(yàn)試塊規(guī)格為100mm×100mm×400mm的棱柱體,采用-CABR-HDK9全自動混凝土快速凍融機(jī)對混凝土試件進(jìn)行凍融試驗(yàn),加水時間控制在10min內(nèi),融化時間不小于4h,始終保持水面高出試件20mm,融化完畢后視為該次循環(huán)結(jié)束,進(jìn)入下次凍融循環(huán),達(dá)到規(guī)定的凍融循環(huán)次數(shù)后將再次對試件質(zhì)量、動彈模量進(jìn)行測定;采用DT-16動彈模量測試儀進(jìn)行動彈模量測定,頻率測量范圍:100~50KHZ。

        4 試驗(yàn)結(jié)果分析

        4.1 試件凍融循環(huán)后的表面形態(tài)分析

        普通混凝土和摻有特細(xì)砂的混凝土在凍融循環(huán)50次之前均沒有顯著變化,當(dāng)凍融循環(huán)次數(shù)超過100次試件表面均有變化,試件端部小孔數(shù)量明顯增加,內(nèi)部開始有微裂縫出現(xiàn),試件的物理力學(xué)性能出現(xiàn)明顯降低,降低速度顯著加快,當(dāng)凍融循環(huán)次數(shù)達(dá)到250~300次時,混凝土試件質(zhì)量損失率和相對彈性模量出現(xiàn)大幅度減小,由圖1可知:C30組試件中,A0表面疏松,外表剝落嚴(yán)重,并出現(xiàn)掉角現(xiàn)象,凍融損傷嚴(yán)重;A1試件有少許砂漿脫落,伴有少許孔洞,粗骨料少許外露;A2試件表面比較平整,無明顯表面現(xiàn)象;A3試件出現(xiàn)少許砂漿脫落,表面出現(xiàn)麻面,但是沒有明顯粗骨料外露出現(xiàn)。從外觀看,明顯出現(xiàn)抗凍能力 A2>A3>A1>A0。C50 組試件中,B0組表面凹凸不平,出現(xiàn)少許骨料外露;B1組有零星粗骨料剝落;B2和B3組沒有明顯表面現(xiàn)象。從外觀看,其抗凍能力B2>B3>B1>A0。整體上C50組凍傷較輕。

        圖1 凍融循環(huán)250次試件表面形態(tài)

        4.2 質(zhì)量損失率

        按照GB/T50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定,各試件每隔25次凍融循環(huán)后的質(zhì)量損失率應(yīng)按下式計(jì)算:

        不同凍融循環(huán)次數(shù)下試件質(zhì)量損失率如表4。

        表4 混凝土質(zhì)量損失率

        4.3 再生混凝土相對動彈性模量損失率

        按照GB/T50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定,相對動彈性模量根據(jù)下式計(jì)算:

        不同凍融循環(huán)次數(shù)下試件相對動彈性模量如表5。

        表5 混凝土相對動彈性模量

        4.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

        由表4和表5所示數(shù)據(jù)可以看出,普通混凝土與摻有開封特細(xì)砂的C30和C50混凝土,經(jīng)過凍融循環(huán)以后質(zhì)量損失率和相對動彈性模量均隨著凍融次數(shù)降低逐漸增加,發(fā)生破壞時質(zhì)量損失率均未超過5%。同等情況下,C50組抗凍能力比C30組強(qiáng),摻有特細(xì)砂的混凝土同樣體現(xiàn)了與普通混凝土相同的隨混凝土強(qiáng)度增加抗凍性能增強(qiáng)的性質(zhì)?;炷林袚饺腴_封特細(xì)砂后,試件的抗凍性能較基準(zhǔn)試件提高,混凝土的抗凍性伴隨開封特細(xì)砂摻加量增加越來越好。C30組混凝土A2組試件(開封特細(xì)砂摻量為30%)凍融循環(huán)次數(shù)達(dá)到250次、C50組混凝土B2試件(開封特細(xì)砂摻量為30%)凍融循環(huán)300次后,其相對動彈性模量仍然為65.2%,高于60%。開封特細(xì)砂摻量達(dá)到40%時,其抗凍性能相對于30%摻量有所下降,但是其抗凍性能仍然高于基準(zhǔn)組不摻加開封特細(xì)砂混凝土。

        上述試驗(yàn)結(jié)果主要原因在于混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu),尤其是孔隙情況與其抗凍性能密切相關(guān)。機(jī)制砂顆粒形貌較差,機(jī)制砂混凝土容易產(chǎn)生較多連通空隙,開封特細(xì)砂粒徑小,50%以上粒徑小于300μm,相關(guān)文獻(xiàn)研究表明,孔徑<20nm是無害孔,兩者混合使用,其骨料級配得到改善,內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)也得到一定改善,有效減少了大孔徑孔隙,尤其是開封特細(xì)砂摻量在30%左右,級配曲線在I區(qū)范圍內(nèi),故具有較好的抗凍性能,但是,當(dāng)開封特細(xì)砂摻量達(dá)到50%時,混凝土流動性、保水性均出現(xiàn)大幅度下降,這勢必造成硬化后的混凝土毛細(xì)空隙數(shù)量增加,同時混凝土強(qiáng)度降低引起抗凍性能下降,但是相對于基準(zhǔn)組依然具有較好抗凍性能。

        5 結(jié)語

        摻有特細(xì)砂混凝土同等條件下C50混凝土的抗凍性高于C30混凝土。

        試件凍融循環(huán)后,表面形態(tài)與相對動彈性模量的下降基本一致。摻有特細(xì)砂混凝土凍融破壞其質(zhì)量損失均未達(dá)到5%,故用相對動彈性模量降低衡量其抗凍性能,更具有針對性和科學(xué)性,混凝土的質(zhì)量損失沒有達(dá)到5%時,混凝土已經(jīng)發(fā)生凍融破壞。

        混凝土抗凍性能伴隨開封特細(xì)砂摻量的逐漸增加后降低,摻量為30%時最佳。

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