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        人工砂高云母含量對襯砌混凝土性能影響研究

        2022-11-23 03:11:12楊造仁
        東北水利水電 2022年11期
        關(guān)鍵詞:云母硫酸鹽骨料

        楊造仁

        (新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,新疆 烏魯木齊 830000)

        0 引言

        目前,國內(nèi)大中型水利水電工程建設(shè)過程中由于周邊天然骨料匱乏,大多采用人工骨料,云母是主要造巖礦物之一,造成部分人工骨料中云母含量較大,云母強(qiáng)度低,與水泥漿的粘結(jié)力較差[1-4],國內(nèi)現(xiàn)行水利工程及國標(biāo)規(guī)范對人工砂云母含量均有明確規(guī)定。水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SL 677-2014《水工混凝土施工規(guī)范》、水電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 5144-2015《水工混凝土施工規(guī)范》、國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14684-2022《建筑用砂》中均限定人工砂云母含量小于等于2%。早期試驗(yàn)研究多為天然砂云母含量對混凝土性能影響,當(dāng)砂中云母含量較大時,混凝土拌合物和易性、強(qiáng)度、耐久性均有降低[5—10],而對人工砂云母含量對混凝土性能影響的研究較少。

        新疆某引水工程隧洞襯砌混凝土GP3人工骨料場巖性為華力西期花崗片麻巖,屬中~堅(jiān)硬巖,經(jīng)檢驗(yàn)該料場制備的人工砂云母含量超過規(guī)范要求。工程區(qū)周邊出露的地層巖性主要以花崗片麻巖和黑云母片麻巖為主,地層中云母含量均偏高。距離工區(qū)最近的GS2天然砂料場位于30 km以外,為保證工程施工工期,節(jié)約工程成本,下文通過采用高云母含量的人工砂與云母含量符合規(guī)范要求的天然砂配制出的襯砌混凝土性能進(jìn)行對比,研究人工砂中高云母含量對混凝土性能影響,以期為相關(guān)工程采用高云母含量人工砂配制襯砌混凝土提供技術(shù)支持。

        1 混凝土性能試驗(yàn)

        1.1 原材料和配合比

        根據(jù)相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)對試驗(yàn)用的新疆阜康天山水泥有限責(zé)任公司制造的中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥(簡稱“天山中抗水泥”)進(jìn)行了品質(zhì)檢測,檢測結(jié)果表明,受檢品質(zhì)指標(biāo)滿足GB 748-2005《抗硫酸鹽硅酸鹽水泥》對中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥的技術(shù)要求。

        按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對采用的新疆乾元I級粉煤灰進(jìn)行了品質(zhì)檢測,試驗(yàn)結(jié)果表明,受檢品質(zhì)指標(biāo)滿足DL/T 5055-2007《水工混凝土摻用粉煤灰技術(shù)規(guī)范》對C類I級粉煤灰的技術(shù)要求。

        對GP3料場人工骨料場粗、細(xì)骨料及GS2料場天然細(xì)骨料進(jìn)行品質(zhì)檢測,結(jié)果顯示,除GP3人工細(xì)骨料云母含量超標(biāo)外,其余指標(biāo)均滿足規(guī)范要求,骨料品質(zhì)檢測結(jié)果見表1、表2。擬定GP3人工粗、細(xì)骨料和GP3人工粗骨料+GS2天然砂2種骨料組合工況進(jìn)行混凝土性能試驗(yàn),試驗(yàn)采用C35W10F300襯砌混凝土為基準(zhǔn),對2種骨料組合制備的混凝土進(jìn)行性能對比試驗(yàn),混凝土配合比及拌合物性能見表3。

        表1 料場細(xì)骨料品質(zhì)檢測結(jié)果

        表2 GP3料場粗骨料品質(zhì)檢測結(jié)果

        表3 不同云母含量砂襯砌混凝土配合比參數(shù)及拌合性能

        1.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

        1.2.1 抗拉強(qiáng)度與劈裂強(qiáng)度

        襯砌混凝土抗壓強(qiáng)度與劈拉強(qiáng)度試驗(yàn)成果見表4,可以看出采用2種骨料配制出的襯砌基準(zhǔn)混凝土均滿足C35襯砌混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度,采用高云母含量的細(xì)骨料成型的襯砌混凝土抗壓強(qiáng)度和劈拉強(qiáng)度較略低。GP3粗、細(xì)骨料組合較GP3粗骨料+GS2細(xì)骨料組合配置的襯砌混凝土7,28,90 d的抗壓強(qiáng)度降低率分別為15.0%,7.4%,6.1%,隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長,襯砌混凝土抗壓強(qiáng)度與劈拉強(qiáng)度降低率逐漸下降。

        表4 襯砌混凝土抗壓強(qiáng)度與劈拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

        1.2.2 彈性模量

        襯砌混凝土彈性模量試驗(yàn)成果見表5。試驗(yàn)結(jié)果表明,采用高云母含量的GP3細(xì)骨料成型的襯砌混凝土彈性模量略低,GP3粗、細(xì)骨料組合較GP3粗骨料+GS2細(xì)骨料組合配置的襯砌混凝土7,28,90 d的彈性模量降低率分別為15.9%,6.4%,6.3%,隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長,襯砌混凝土彈性模量降低率逐漸下降。

        表5 襯砌混凝土彈性模量試驗(yàn)結(jié)果 GPa

        1.2.3 軸拉強(qiáng)度與極限拉伸值

        襯砌混凝土軸拉強(qiáng)度與極限拉伸值試驗(yàn)成果見表6,可以看出采用高云母含量的GP3細(xì)骨料成型的襯砌混凝土彈性模量略低,GP3粗、細(xì)骨料組合較GP3粗骨料+GS2細(xì)骨料組合配置的襯砌混凝土7,28,90 d的彈性模量降低率分別為3.4%,5.9%,5.7%,隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長,襯砌混凝土軸拉強(qiáng)度與極限拉伸值降低率逐漸下降。軸拉強(qiáng)度和極限強(qiáng)度變化規(guī)律與抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律基本一致。

        表6 襯砌混凝土軸拉強(qiáng)度與極限強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

        1.2.4 抗凍、抗?jié)B性能

        襯砌混凝土抗凍、抗?jié)B試驗(yàn)成果見表7,8??梢钥闯?,經(jīng)過300次凍融循環(huán)后,2種骨料組合襯砌混凝土的質(zhì)量和相對動彈性模量損失較小,抗凍等級達(dá)到F300要求,抗?jié)B等級均滿足W10的要求。由此可見,云母含量指標(biāo)對襯砌混凝土抗凍、抗?jié)B性能影響不大。

        表7 襯砌混凝土抗凍試驗(yàn)結(jié)果

        表8 襯砌混凝土抗?jié)B試驗(yàn)結(jié)果

        1.2.5 抗氯離子滲透性

        采用RCM法測定襯砌混凝土氯離子遷移系數(shù),試驗(yàn)結(jié)果見表9。GP3粗、細(xì)骨組合較GP3粗骨料+GS2細(xì)骨料組合配置的襯砌混凝土氯離子遷移系數(shù)小,但2種骨料組合相差不大。由此可以看出,云母含量骨料對襯砌混凝土氯離子遷移系數(shù)影響不大。

        表9 襯砌混凝土抗氯離子遷移系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果

        1.2.6 抗硫酸鹽侵蝕性能

        襯砌混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能試驗(yàn)結(jié)果見表10。結(jié)果顯示,2種骨料組合配置的襯砌混凝土歷經(jīng)120次干濕循環(huán)硫酸鹽侵蝕后,耐蝕系數(shù)分別為87.5%,88.2%。采用高云母含量人工砂配置的混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能略有降低,但差異不顯著,2種骨料組合配置的襯砌混凝土抗硫酸鹽等級可以達(dá)到KS120。

        表10 襯砌混凝土抗硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)結(jié)果

        2 結(jié)論

        1)云母含量在2%~6.8%范圍對襯砌混凝土的配合比參數(shù)和拌合物性能影響不大。

        2)采用GP3、細(xì)骨料和GP3粗骨料+GS2細(xì)骨料組合均滿足C35襯砌混凝土配制強(qiáng)度,高云母含量的人工砂配置的襯砌混凝土抗壓強(qiáng)度與劈拉強(qiáng)度降低。同時隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長,襯砌混凝土抗壓強(qiáng)度與劈拉強(qiáng)度降低率逐漸下降。

        3)襯砌混凝土彈性模量、軸拉強(qiáng)度與極限拉伸值與云母含量的關(guān)系與抗壓強(qiáng)度基本一致。高云母含量的人工砂配置的襯砌混凝土彈性模量、軸拉強(qiáng)度與極限拉伸值降低。

        4)采用高云母含量片麻巖人工砂骨料配置的襯砌混凝土抗凍性能、抗?jié)B性能、抗氯離子滲透性能、抗硫酸鹽侵蝕性能呈現(xiàn)下降趨勢,但差異不大。

        5)規(guī)范規(guī)定人工細(xì)骨料云母含量上限為2%,通過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),機(jī)制砂中云母含量為6.8%時可通過配合比達(dá)到C35W10F300強(qiáng)度要求。

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