吳震業(yè)
周寧縣南洋建材有限公司(355404)
混凝土是土木工程的主要原材料,而細集料砂子是配制普通混凝土不可或缺的材料。河砂資源經(jīng)過長期的開采、使用,目前已經(jīng)枯竭;使用機制砂配制混凝土是可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢。根據(jù)河砂、機制砂及摻合料的不同特性,對用于澆筑水下樁的C35自密實混凝土的配合比設計進行了試驗研究。
C35水下自密實混凝土拌合物的自密實性能要求為:坍落擴展度SF1為550~655 mm、擴展時間T500≥2 S、間隙通過性為 25 mm<PA1≤50 mm。
水泥使用福建南平金牛水泥股份有限公司生產(chǎn)的P.O42.5R普通硅酸鹽水泥,其主要物理性能指標:標準稠度用水量為25.6%;比表面積為356 kg/m2;初凝時間為 185 min,終凝時間為 255 min;3 d抗壓強度為 26.7 MPa,28 d抗壓強度為 48.3 Mpa。
粉煤灰使用福建大唐同舟益材環(huán)??萍加邢薰緦幍路止旧a(chǎn)的F類、二級灰,其主要物理性能指標:細度為23.5%;表觀密度為2 600 kg/m3;需水量比為98%;燒失量為5.5%;28 d活性指數(shù)為85%。
?;郀t礦渣粉使用福建羅源閩光鋼鐵有限責任公司生產(chǎn)的S95級礦粉,其主要物理性能指標:比表面積為432 kg/m2;表觀密度為2 880 kg/m3;流動度比為103%;7 d活性指數(shù)為78%,28 d活性指數(shù)為103%。
河砂使用福安市順利砂廠生產(chǎn)的Ⅱ區(qū)中砂,其主要物理性能指標:細度模數(shù)為2.7;含泥量為2.1%,泥塊含量為0%;表觀密度為2 630 kg/m3,堆積密度為1 500 kg/m3。
機制砂使用周寧縣西坑砂石廠生產(chǎn)的Ⅱ區(qū)中砂,其主要物理性能指標:細度模數(shù)為2.8;石粉含量為5.2%;泥塊含量為0%;總壓碎指標為19.8%;表觀密度為2 630 kg/m3,堆積密度為1 710 kg/m3。
碎石使用周寧縣西坑砂石廠生產(chǎn)的5~20 mm連續(xù)級配碎石(花崗巖),其主要物理性能指標:壓碎指標為8.3%;含泥量為0.5%,泥塊含量為0%;針片狀含量為0%;表觀密度為2 630 kg/m3,堆積密度為1 490 kg/m3。
外加劑使用江山豪盛建材有限公司生產(chǎn)的高性能減水劑,其中的主要物理性能指標:減水率為27%;泌水率比為52%;含固量為14.2%;凝結時間差為+125 min;28 d抗壓強度比為142%。
配合比設計依據(jù)JGJ/T 183—2012《自密實混凝土應用技術規(guī)程》第5條的規(guī)范要求,采用絕對體積法,強度等級為C35。
將計算及試配所得的配合比折算成25 L進行試拌,干料攪拌60 s,然后在第2個60 s過程中加入由水和外加劑混合而成的液體,再繼續(xù)攪拌60 s,攪拌均勻后參照GB/T 50080—2012《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》進行坍落度、擴展度、擴展時間T500、間隙通過性等性能指標測試。
將拌合物性能試驗完成后的混凝土再人工攪拌1 min,依據(jù)GB/T 50081—2019《普通混凝土物理力學性能試驗方法標準》將其制作成兩組標準尺寸為150 mm×150 mm×150 mm的試塊。將試塊在室溫為20±5℃、相對濕試≥50%的試配室中靜置24 h后拆模,然后再放置到溫度為20±2℃、相對濕度≥95%的標準養(yǎng)護室中養(yǎng)護至7 d、28 d齡期進行抗壓強度試驗。
按照計算配合比,在水膠比不變,調整膠凝材料用量、外加劑摻量、砂的體積分數(shù)等參數(shù)的條件下進行試拌,當混凝土拌合物的性能符合坍落擴展度 SF1為 550~655 mm、擴展時間 T500≥2S、間隙通過性為25 mm<PA1≤50 mm時,得出水、水泥、粉煤灰、礦粉、河砂、碎石、高性能減水劑用量分別為186 kg/m3、346 kg/m3、43 kg/m3、43 kg/m3、752 kg/m3、921 kg/m3、7.78 kg/m3。
表1 機制砂與河沙配合比試驗參數(shù)
表2 機制砂配合比與抗壓強度試驗參數(shù)
在基準配合比的基礎上,水膠比分別增加和減少0.02,砂的體積分數(shù)分別增加和減少1%,攪拌均勻后制作一組標準試件,進行28 d齡期抗壓強度試驗,最后根據(jù)拌合物性能、試驗強度與水膠比線性關系圖推導出水、水泥、粉煤灰、礦粉、河砂、碎石、高性能減水劑的量分別為186 kg/m3、346 kg/m3、43 kg/m3、43 kg/m3、752 kg/m3、921 kg/m3、8.21 kg/m3。
使用機制砂配制混凝土,在水膠比(0.43)不變的情況下,提高砂的體積分數(shù),摻合料的摻量SP1為 10%、SP2為15%、SP3為20%、SP4為25%,然后分別測每盤混凝土的擴展度、擴展時間、間隙通過性等指標,見表1。
1)機制砂與河砂配合比一致的情況下,混凝土拌合物的坍落度、擴展度、間隙通過性等指標不符合自密實混凝土的要求,出現(xiàn)泌水、粘聚性差、包裹性不好等情況。
2)與河砂相比,機制砂顆粒棱角多、表面粗糙,因此要相對提高砂率才可以改善和易性。
3)將粉煤灰、?;郀t礦渣粉的摻量均提高到15%、細集料體積分數(shù)增加1%時拌合物性能有較為明顯的改善,因此可以判斷出粉煤灰、礦粉等優(yōu)質摻合料對改善混凝土拌合物性能(流動性、粘聚性、包裹性、保水性)有好處。
4)將粉煤灰、粒化高爐礦渣粉的摻量均提高至20%、細集料體積分數(shù)增加2%時混凝土拌合物性能指標符合自密實混凝土技術要求。
將每盤混凝土攪拌均勻并測試拌合物性能后,各制作兩組立方體試件 (150 mm×150 mm×150 mm)。制作試件時無需插搗,將混凝土用鐵揪一次裝滿試模,直接用抹刀抹平試件表面。將試件在試配室中靜置24 h后拆模入庫,然后在標準養(yǎng)護室中養(yǎng)護至規(guī)定齡期并進行力學性能試驗。
由表2可以看出,當粉煤灰、礦粉的摻量各為10%時,混凝土7 d抗壓強度最高;隨著摻量按5%遞增,混凝土的7 d抗壓強度遞減;28 d強度則相反,隨著摻合料摻量的遞增而遞增;當摻量達到各25%時,28 d抗壓強度反而有所下降,說明各20%的摻量為最合理的摻量。
1)使用機制砂配制C35水下自密實混凝土時,首先應選擇優(yōu)質的顆粒級配合理的Ⅱ區(qū)中砂。因機制砂顆粒棱角多、表面比河砂粗糙,所以在細度模數(shù)與河砂一致的情況下,其體積分數(shù)要提高1%~2%才能改善混凝土的和易性。
2)優(yōu)質的粉煤灰可以改善混凝土的和易性,還有一定的減水效果,能提高混凝土的流動性;優(yōu)質的?;郀t礦渣粉也有一定的減水效果,能提高混凝土的流動性。因此,配制機制砂自密實混凝土時應選擇優(yōu)質的摻合料,粉煤灰宜為F類Ⅱ級以上,礦粉宜為S95級以上。將粉煤灰、礦粉的摻量提高至各20%最為合理,再提高摻量對提高流動性的作用就不明顯了,而且當摻量提高至各25%時,28 d抗壓強度呈下降趨勢。
3)粉煤灰、礦粉使自密實混凝土的7 d抗壓強度下降約7%左右,但28 d抗壓強度隨著摻量的提高而提高;在摻合料摻量合理的情況下,抗壓強度可增長至90 d齡期。