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        不同礦物摻合料摻量對海工混凝土力學(xué)性能影響分析

        2022-07-29 02:38:30劉相龍于云飛崔鳳坤郝秀紅
        黑龍江交通科技 2022年6期
        關(guān)鍵詞:力學(xué)性能混凝土

        劉相龍,于云飛,王 俞,崔鳳坤,郝秀紅

        (1.煙臺市公路事業(yè)發(fā)展中心,山東 煙臺 264001;2.山東交通學(xué)院,山東 濟(jì)南 250357)

        1 引 言

        目前,海工混凝土因其具有較高的耐久性能以及良好的工作性能,越來越多的應(yīng)用于沿海地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)之中。為改善海工混凝土各方面性能,通常利用一定量的礦物摻合料代替等比例水泥,通過礦物摻合料自身性能方面的優(yōu)勢,彌補純水泥混凝土的劣勢,進(jìn)而提高海工混凝土的工作性和耐久性。然而礦物摻合料在海工混凝土中的用量并非越多越好,過多摻量的礦物摻合料會降低水泥用量,進(jìn)而嚴(yán)重影響海工混凝土自身的強度,因此有必要研究不同礦物摻料對海工混凝土力學(xué)性能影響,以求得到合理的礦物摻合料的用量,進(jìn)而指導(dǎo)工程實踐。

        關(guān)于礦物摻合料用量對混凝土力學(xué)性能影響,國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了一定的研究。其中,涂文懋[1]研究了復(fù)摻礦物摻料對海工混凝土力學(xué)性能的影響,研究表明礦物摻料可以提高海工混凝土抗壓強度,但未提出不同礦物摻合料的合理范圍;楊斌[2]等研究了粉煤灰和礦粉對混凝土強度的影響,研究表明復(fù)摻粉煤灰和礦粉對混凝土后期強度影響較大,但早期強度偏低;金凌志[3]等進(jìn)行了不同摻合料摻料的活性粉末混凝土受壓試驗,研究發(fā)現(xiàn)粉煤灰比礦粉對活性粉末混凝土強度影響大;王洪[4]等對摻入硅灰的高強混凝土進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)硅灰摻量為5%~9%時高強混凝土強度呈遞增趨勢,超過9%后高強混凝土強度開始下降。

        綜上所述,目前針對不同礦物摻料對普通混凝土的研究較多,專門針對海工混凝土力學(xué)性能的影響相對較少。為研究不同礦物摻合料對海工混凝土力學(xué)性能的影響,本文通過在混凝土中摻入硅灰、粉煤灰和礦粉三種礦物摻料,開展混凝土力學(xué)性能研究試驗,分析不同礦物摻合料對混凝土力學(xué)性能的影響,從而得到海工混凝土抗壓強度指最優(yōu)標(biāo)的礦物摻合料用量。

        2 試驗原材料及試驗方案

        2.1 原材料

        (1)水泥采用PⅡ 52.5。

        (2)不同礦物摻合料成分及物理性能見表1~表3。

        表1 粉煤灰成分及物理性能

        表2 礦粉S95成分及物理性能

        表3 硅灰成分及物理性能

        (3)細(xì)骨料采用天然河沙。

        (4)粗骨料采用粒徑分別為5~10 mm、10~20 mm的兩種花崗巖。

        2.2 試驗方案

        混凝土配合比設(shè)計:混凝土膠凝材料用量為483 kg/m3、細(xì)集料用量為716 kg/m3;粗集料用量為1 031 kg/m3,水用量為140 kg/m3,其中混凝土砂率為41%,水膠比為0.29,花崗巖兩種粒徑(5~10 mm、10~20 mm)占粗集料的比例分別為30%、70%,根據(jù)礦物摻合料的用量對減水劑用量進(jìn)行調(diào)整,使混凝土的塌落度保持在170~200 mm。試驗設(shè)計為平行試驗,混凝土配合比具體見表4。

        表4 混凝土配合比

        3 試驗結(jié)果及分析

        (1)粉煤灰摻量對混凝土抗壓強度的影響

        改變粉煤灰摻量,混凝土7 d抗壓強度和28 d抗壓強度結(jié)果如圖1所示。

        圖1 不同粉煤灰摻量混凝土7 d和28 d立方體抗壓強度結(jié)果

        由圖1可知,混凝土強度會隨著齡期延長而增長。當(dāng)粉煤灰摻量為10%~30%時,隨著粉煤灰摻量的增加,混凝土7 d和28 d強度均呈現(xiàn)降低趨勢。從微觀角度來看,粉煤灰為微型球體,可以均勻地填充到水泥之間的空隙中[5]。而且早期未參加水化反應(yīng),因此摻入粉煤灰便降低了水泥所產(chǎn)生的總熱量;另一方面部分粉煤灰還會吸收水化反應(yīng)所釋放的熱量,相當(dāng)于降低了水泥產(chǎn)生的熱量,進(jìn)而導(dǎo)致水泥水化反應(yīng)減緩。綜上兩點可以看出隨著粉煤灰摻量的增加,水泥強度會出現(xiàn)下降趨勢。隨著水泥水化反應(yīng)的進(jìn)行,水化產(chǎn)物Ca(OH)2和C—S—H將覆蓋在粉煤灰表面,粉煤灰要進(jìn)行二次水化反應(yīng)不僅要將水化產(chǎn)物破壞掉,還需破壞其自身表面的致密玻璃質(zhì)表層,因此粉煤灰二次水化反應(yīng)較慢,影響混凝土強度的發(fā)展。

        混凝土后期強度提升主要是由于水泥進(jìn)一步發(fā)生水化反應(yīng),粉煤灰二次水化反應(yīng)被激發(fā),其生成的C3AH6和CaSiO3凝膠,將填充發(fā)生反應(yīng)的粉煤灰周圍空隙,并且可以消耗混凝土過渡區(qū)中的Ca(OH)2,改善混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu),因此混凝土后期強度進(jìn)一步得到發(fā)展。

        (2)礦粉摻量對混凝土抗壓強度的影響

        改變礦粉摻量,混凝土7 d抗壓強度和28 d抗壓強度結(jié)果如圖2所示。

        圖2 不同礦粉摻量混凝土7 d和28 d立方體抗壓強度結(jié)果

        由圖2可知,礦粉摻量分別占膠凝材料的30%、40%、50%。摻量為30%和40%時,混凝土立方體抗壓強度相近,但礦粉摻量為50%時,混凝土立方體抗壓強度相對降低。礦粉摻量在40%時混凝土立方體抗壓強度最大,隨礦粉摻量的增加,混凝土立方體抗壓強度呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢,原因是礦粉參與二次水化反應(yīng),改善混凝土內(nèi)部空隙結(jié)構(gòu),增大混凝土密實度,因而強度增加,當(dāng)?shù)V粉摻量過大,水泥用量相對減少,導(dǎo)致混凝土強度出現(xiàn)下降。

        (2)硅灰摻量對混凝土抗壓強度的影響

        改變硅灰摻量,混凝土7 d抗壓強度和28 d抗壓強度結(jié)果如圖3所示。

        圖3 不同硅灰摻量混凝土7 d和28 d立方體抗壓強度結(jié)果

        由圖3可知,硅灰摻量分別占膠凝材料的5%、10%、15%,摻量為5%的混凝土強度要優(yōu)于摻量為10%和15%的混凝土,但是硅灰摻量在5%和10%時混凝土立方體抗壓強度相近,但硅灰摻量在15%時混凝土立方體抗壓強度明顯出現(xiàn)下降,原因在于礦物摻合料出現(xiàn)火山灰反應(yīng)會將Ca(OH)2不斷消耗,隨著混凝土齡期的增長,混凝土內(nèi)部已經(jīng)形成致密結(jié)構(gòu),對于SiO2含量較高的礦物摻合料,還需要繼續(xù)消耗Ca(OH)2,由表3可知硅灰中的SiO2含量高達(dá)96.46%,因此過量的硅灰會在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生不良影響,而這種影響會隨著齡期的增長而逐漸下降。

        4 結(jié) 論

        通過研究發(fā)現(xiàn)不同礦物摻合料對海工混凝土力學(xué)性能有不同影響,摻入適量的礦物摻合料才能提高混凝土力學(xué)性能。

        (1)粉煤灰摻量為10%~30%時,海工混凝土強度會隨著粉煤灰摻量的增加而降低。

        (2)礦粉對提高混凝土力學(xué)性能具有一定的影響,然而過量的礦粉摻量會導(dǎo)致混凝土強度下降。

        (3)硅灰摻量為5%和10%時,海工混凝土抗壓強度相近,但是硅灰摻入量達(dá)到15%時會對混凝土力學(xué)性能產(chǎn)生一定的不利影響。

        (4)分析不同規(guī)范中礦物摻合料的摻量要求,在滿足特定環(huán)境條件要求的前提下,盡量控制礦物摻合料的摻量,以保證混凝土對力學(xué)性能的要求。

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