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        C35機(jī)制砂路面混凝土的制備及性能研究*

        2022-10-19 11:55:44郭立賢任彥飛邱冰焦元陳劍剛馬云龍曾欠譜
        公路與汽運(yùn) 2022年5期
        關(guān)鍵詞:耐久性力學(xué)性能機(jī)制

        郭立賢,任彥飛,邱冰,焦元,陳劍剛,馬云龍,曾欠譜

        (1.佛山市公路橋梁工程監(jiān)測(cè)站有限公司,廣東 佛山 528300;2.佛山市交通科技有限公司,廣東 佛山 528300)

        相較于河砂,機(jī)制砂為人工骨料,存在粒徑粗、級(jí)配差、細(xì)度模數(shù)高、石粉含量高等缺陷。使用機(jī)制砂配制的混凝土其性能較差,存在黏度高、流動(dòng)性差、易泌水、和易性差等問(wèn)題,嚴(yán)重制約了機(jī)制砂混凝土在路橋工程中的應(yīng)用。但機(jī)制砂作為機(jī)械加工形成的骨料,其材料性能可通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,其性能指標(biāo)也可調(diào)可控。相關(guān)研究表明,通過(guò)合理的工藝控制可降低機(jī)制砂顆粒的表面粗糙度,優(yōu)化機(jī)制砂的顆粒級(jí)配,合理控制機(jī)制砂的石粉含量和含泥量,盡可能彌補(bǔ)機(jī)制砂的天然缺陷。同時(shí)在配制機(jī)制砂混凝土的過(guò)程中,通過(guò)優(yōu)化配合比和外加劑摻量,可大大降低機(jī)制砂混凝土的黏度,改善混凝土的和易性,提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性。經(jīng)技術(shù)優(yōu)化后,機(jī)制砂混凝土的綜合性能可以與普通天然河砂混凝土相當(dāng)。該文主要研究C35機(jī)制砂路面混凝土的配合比及其性能,分析水膠比、粉煤灰摻量對(duì)C35機(jī)制砂路面混凝土和易性、力學(xué)性能及電通量、干燥收縮、早期抗裂性能等的影響,研究C35機(jī)制砂路面混凝土的最佳配合比參數(shù)。

        1 原材料

        采用的原材料及其基本性能見(jiàn)表1。

        表1 原材料產(chǎn)地與基本性能

        2 試驗(yàn)方法

        2.1 性能要求

        參照J(rèn)TG/T 3310—2019《公路工程混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》及現(xiàn)有研究成果和經(jīng)驗(yàn),從提高機(jī)制砂混凝土質(zhì)量的角度,從混凝土電通量方面提出配合比指標(biāo)要求(見(jiàn)表2)。

        表2 C35混凝土的性能要求

        2.2 配合比

        結(jié)合以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)驗(yàn)證,初步估算試驗(yàn)配合比參數(shù)范圍為水膠比0.35~0.39、粉煤灰含量10%~20%。固定用水量為142 kg/m3,砂率為37%(見(jiàn)表3)。

        3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

        3.1 水膠比的影響

        根據(jù)參考配合比,研究水膠比變化對(duì)混凝土工作性能和力學(xué)性能的影響??紤]到膠凝材料總量對(duì)混凝土的收縮和開(kāi)裂性能有較大影響,在調(diào)整水膠比時(shí)保持用水量不變,水膠比的變化通過(guò)調(diào)整膠凝材料用量來(lái)控制,減水劑用量隨水膠比的變化適當(dāng)增減,以保證各試驗(yàn)組混凝土混合料的和易性基本相同。水膠比分別為0.35、0.37、0.39,試驗(yàn)配合比見(jiàn)表3。不同水膠比混凝土的工作性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4,力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1、圖2,耐久性試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

        表5 不同水膠比混凝土的耐久性

        圖2 不同水膠比混凝土的抗折強(qiáng)度與彈性模量

        表3 試驗(yàn)配合比

        表4 不同水膠比混凝土的性能

        圖1 不同水膠比混凝土的抗壓強(qiáng)度

        由表4可知:不同水膠比混凝土的坍落度和擴(kuò)展度大致相同,但流動(dòng)阻力的黏度不同。隨著水膠比的增大,混凝土的澆筑時(shí)間縮短,黏度降低。表觀密度與混凝土的水膠比成反比,這主要與混凝土組成材料中密度較低的水泥漿比例增加有關(guān)。總的來(lái)說(shuō),各試驗(yàn)組混凝土的性能均滿足配制要求,狀況良好,適合于泵送施工。

        由圖1、圖2可知:混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、彈性模量均隨著水膠比的增大而減小。水膠比為0.39時(shí),混凝土的力學(xué)性能接近極限值。考慮到施工過(guò)程中各種潛在波動(dòng),為保證現(xiàn)場(chǎng)混凝土的施工質(zhì)量,實(shí)際施工中應(yīng)選擇較低的水膠比(0.37)。

        由表5可知:1)隨著水膠比的增大,混凝土28 d干縮先減小后增大,水膠比為0.37時(shí)最低;隨著水膠比的增加,混凝土漿骨比降低,二者的協(xié)同作用使混凝土干縮先減小后增大。2)隨著水膠比的增大,混凝土單位面積總開(kāi)裂面積先減小后增大,水膠比為0.37時(shí)最小。為防止混凝土早期開(kāi)裂,應(yīng)選擇水膠比為0.37。3)水膠比為0.35時(shí),混凝土的電通量最低;隨著水膠比的增大,混凝土的電流量呈增加趨勢(shì)。

        3.2 粉煤灰摻量的影響

        粉煤灰摻量影響混凝土中粉體顆粒的堆積和填充,進(jìn)而影響混凝土混合料的和易性與混凝土中水化產(chǎn)物的組成,從而影響混凝土的強(qiáng)度和耐久性。根據(jù)參考配合比,分析粉煤灰摻量變化對(duì)混凝土各項(xiàng)性能的影響。粉煤灰摻量是一個(gè)單變量,在配合比調(diào)整過(guò)程中,外加劑用量保持不變。粉煤灰摻量分別為10%、15%、20%,配合比見(jiàn)表3。不同粉煤灰摻量混凝土的性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6,力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3、圖4,耐久性試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

        表7 不同粉煤灰摻量混凝土的耐久性

        圖4 不同粉煤灰摻量混凝土的抗折強(qiáng)度與彈性模量

        表6 不同粉煤灰摻量混凝土的性能

        圖3 不同粉煤灰摻量混凝土的抗壓強(qiáng)度

        由表6可知:20%粉煤灰摻量混凝土的含氣量不符合制備要求。隨著粉煤灰摻量的增加,混凝土的坍落度和擴(kuò)展度增加,和易性改善,混凝土澆筑時(shí)間縮短,黏度降低。這主要是由于粉煤灰的“形態(tài)效應(yīng)”和“微集料效應(yīng)”減少了混凝土的內(nèi)部空隙,并在骨料之間發(fā)揮潤(rùn)滑作用,從而顯著提高混凝土的流動(dòng)性,降低混凝土的黏度。隨著粉煤灰摻量的增加,混凝土含氣量增大,濕表觀密度降低。為控制混凝土含氣量,需適當(dāng)控制粉煤灰摻量。

        由圖3、圖4可知:隨著粉煤灰摻量的增加,混凝土的7 d抗壓強(qiáng)度保持不變,然后降低;28 d抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和彈性模量均先升高后降低。粉煤灰摻量為15%時(shí),混凝土的力學(xué)性能最好。粉煤灰提高了混凝土的密實(shí)度,優(yōu)化了泥漿和骨料之間界面的微觀形態(tài),提高了混凝土的強(qiáng)度??傊S著粉煤灰摻量的增加,混凝土含氣量增大,影響混凝土的強(qiáng)度。粉煤灰摻量對(duì)混凝土的多重影響導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度在摻入粉煤灰后先增加后降低。

        由表7可知:1)隨著粉煤灰摻量的增加,混凝土28 d干縮先減小后增大,粉煤灰摻量為15%時(shí)最小。2)隨著粉煤灰摻量的增加,混凝土單位面積總開(kāi)裂面積先減小后增大,粉煤灰摻量為15%時(shí)最小。為防止混凝土早期開(kāi)裂,應(yīng)選擇15%的粉煤灰摻量。3)隨著粉煤灰摻量的增加,混凝土的電通量先減小后增大,粉煤灰摻量為15%時(shí)電通量最小??傊?,隨著粉煤灰摻量的增加,混凝土含氣量增大,導(dǎo)致混凝土中氣孔數(shù)量增加,混凝土的電流量增加。粉煤灰摻量對(duì)混凝土的多重影響導(dǎo)致混凝土的電通量在摻入粉煤灰后先減小后增大。

        綜上,考慮到各種配合比參數(shù)對(duì)混凝土性能的影響,配合比A(水膠比0.37,粉煤灰摻量15%,膠凝材料總量382 kg/m3,砂率37%)的性能最好。

        4 結(jié)論

        (1)控制用水量不變,改變膠凝材料用量,分析水膠比變化對(duì)混凝土和易性、力學(xué)性能與耐久性的影響,確定最佳水膠比為0.37。

        (2)分析粉煤灰摻量對(duì)粉體顆粒在混凝土中堆積和填充的影響,研究粉煤灰摻量對(duì)混凝土和易性、力學(xué)性能與耐久性的影響,得出粉煤灰最佳摻量為15%。

        (3)采用機(jī)制砂配制的混凝土具有黏度高、流動(dòng)性差、易泌水、和易性差等特點(diǎn),但通過(guò)合理的工藝控制,可優(yōu)化機(jī)制砂的粒度分布。在配制機(jī)制砂混凝土的過(guò)程中,采用合理的配合比和外加劑摻量,可降低機(jī)制砂混凝土的黏度,改善混凝土的和易性,提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性,其綜合性能可與普通天然河砂混凝土相當(dāng)甚至更好。

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