徐國杰

(錦州市水利事務服務中心,遼寧 錦州 121000)

近年來,水利事業(yè)的快速發(fā)展使得水工混凝土生產量不斷增大,天然資源和工業(yè)廢渣等優(yōu)質材料被廣泛應用于水泥、砂石骨料及摻合料的生產。隨著環(huán)保力度的加大以及自然資源的日趨枯竭,工業(yè)廢渣的供應越來越緊張,開發(fā)利用天然資源的限制條件也明顯增多[1]。另外,用戶要求的提升、生產技術的發(fā)展以及上游工業(yè)生產方式的轉變,使得水泥和工業(yè)廢渣品質發(fā)生明顯變化,這在一定程度上也改變了水工混凝土性能[2]。研究表明,將適量礦粉與粉煤灰等摻入水工混凝土中,有利于改善其土工作性、耐久性及強度等指標,工業(yè)廢棄物的摻入已廣泛應用于實際工程[3-5]。然而,受資源環(huán)境的影響礦粉與粉煤灰品質發(fā)生了明顯改變,為準確掌握其品質性能,有必要試驗研究不同摻量、規(guī)格、品質的礦物摻合料及漿體體積對水工混凝土的影響。

1 原材料性能

水泥:渤海水泥(葫蘆島)有限公司生產的P·O42.5級普通硅酸鹽水泥,標稠用水量30.0%,初、終凝時間160min和230min,3d抗折、抗壓強度6.8MPa和27.6MPa,28d抗折、抗壓強度8.5MPa和48.1MPa,比表面積388m2/kg,密度3.06g/cm3,7d水化熱269J/g。

粗細骨料:大連產山砂和石灰?guī)r碎石,砂細度模數2.8,MB值1.2,石粉含量5.6%,表觀密度2650kg/m3;碎石級配5～30mm,表觀密度2680kg/m3,壓碎指標6.6%,含泥量0.3%。

外加劑:選用聚羧酸高效減水劑,固含量15%,推薦摻量0.5%～2.0%,減水率25%;拌合水用自來水。

礦粉:瓦房店誠遠礦粉制造有限公司生產的S95礦粉,需水量比105%,密度2.50g/m3,比表面積438m2/kg,流動度比100%,燒失量1.2%,7d、28d活性指數85%和120%。

粉煤灰:試驗選用比較常見的浮黑灰和F類Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級、C類Ⅰ級粉煤灰,主要性能指標如表1所示。

表1 試驗用粉煤灰性能指標

2 試驗方法

參照現行規(guī)范測定各組混凝土的強度級工作性能,試驗配合比如表2所示。其中,水膠比0.32、0.48試組的不計空氣凈漿體積為(330±10)L/m3和(290±10)L/m3。

表2 試驗配合比

研究表明,骨料與膠凝材料用量之間存在密切聯(lián)系,而骨料的細粉含量、形狀、級配等特征參數變化較大,全面分析最佳膠材用量與各種骨料間的關系比較復雜,故本研究僅使用機制砂探討其對工作性和膠材體積的影響作用,可以為工程實際應用提供數據支持[6]。

采用等量替代的方式摻入礦物摻合料,重點分析混凝土強度及性能受各種摻合料特征的影響,并改善外加劑與混凝土的適應性。從砂漿和凈漿體積的角度上,系統(tǒng)分析水工混凝土工作性受漿體體積的影響,其中砂漿體積等于砂子與凈漿體積之和,該數據不考慮粒徑<0.08mm的微石;凈漿體積等于空氣、水、粒徑<0.08mm砂石粉體材料和膠凝材料體系之和,該數據不考慮減水劑中的水體積。

3 結果與分析

不同規(guī)格、品種礦物摻合料及漿體體積對水工混凝土性能的影響試驗數據如表3和表4所示。

表3 不同規(guī)格、品種礦物摻合料和漿體體積的混凝土性能(水膠比0.50)

表4 不同規(guī)格、品種礦物摻合料和漿體體積的混凝土性能(水膠比0.32)

1)Ⅱ級中砂(細度模數2.8)凈漿體積達到300L/m3條件下,增大砂率也無法保證拌合物的黏聚性能;持續(xù)增加凈漿體積至330L/m3條件下,砂漿體積超過610L/m3時拌合物依然具有較好的狀態(tài)。

2)外加劑用量隨浮黑灰摻量的增加表現出上升趨勢,混凝土強度下降,拌合物經時損失增加,仍需進一步研究該變化原因和機理。新拌混凝土出機流動度隨著粉煤灰細度的減少而增加,或在相同流動性情況下減水劑用量有所減少;低水膠比時,優(yōu)質粉煤灰的“滾珠”效應能夠更加明顯地影響拌合物工作性,對于高等級混凝土只有Ⅰ級粉煤灰發(fā)揮一定的輔助減水作用[7-8]。

3)F類粉煤灰對中強度等級混凝土的減水效應低于C類Ⅰ級粉煤灰,摻20%～30%C類Ⅰ級粉煤灰能夠可以明顯提高28d抗壓強度,但相較于F類Ⅰ級粉煤灰對90d抗壓強度的增強作用不明顯,這是由于C類粉煤灰具有顯著的自硬水活性,隨著水化時間的延長與F類粉煤灰的差距逐漸減少。

4)水工混凝土28d抗壓強度受粉煤灰細度的影響較低,優(yōu)質明顯高于劣質粉煤灰對后期強度增長的促進作用;結合試驗數據,除浮黑灰外摻量不超過25%時,中強度等級的28d抗壓強度降幅一般處于5MPa以內,高強度等級的28d抗壓強度降幅處于5～12MPa范圍,總體變化較大,不同細度粉煤灰的影響差異不明顯;中強度等級的90d抗壓強度隨粉煤灰(Ⅱ級及以下等級)摻量的增加呈現出一定下降趨勢,增加Ⅰ級粉煤灰摻量至35%時90d抗壓強度才有所下降,降幅處于6MPa以內。究其原因,在堿性環(huán)境中這種玻璃體結構致密的粉煤灰需要較長時間才能充分發(fā)揮效應,彌補因水泥被等量替代使得水化產物減少的不足[9]。28d齡期時常規(guī)Ⅰ級粉煤灰也很難充分水化,但優(yōu)質粉煤灰的比表面積更大,顆粒細小,能夠更早地生成水化產物發(fā)揮活性填充效應,從而改善水泥石結構和混凝土強度。

5)對于高強度等級混凝土,優(yōu)質粉煤灰對改善拌合物流動性的作用優(yōu)于普通S95級礦粉,這主要與礦粉的形態(tài)密切相關,礦粉與粉煤灰相比具有更加不規(guī)則的粒型,其“滾珠”效應不明顯或不具備,該試驗結論與相關研究成果保持一致[10-12]。

6)復摻礦粉與粉煤灰具有互補作用,可以充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢,粉煤灰能夠彌補礦粉的不足,明顯改善拌合物流動性;按照1∶1復摻各等級粉煤灰和礦粉,摻量增大到40%,則復摻礦物摻合相較于未摻混凝土28d抗壓強度降幅處于5MPa以內。

4 結 論

1)大流動性水工混凝土一般選用Ⅱ級連續(xù)級配細骨料,砂漿和凈漿體積一般≥600L/m3和310L/m3。浮黑粉的摻入可以在一定程度上降低水工混凝土強度,新拌混凝土擴展度出現明顯變化。

2)一般地,C類Ⅰ級粉煤灰摻量≤30%,摻入優(yōu)質粉煤灰能夠更加顯著的改善水工混凝土工作性,其改善作用優(yōu)于礦粉。