摘 要: 对混凝土中骨料和水泥浆体的界面特性进行了分析. 从改善卵石界面过渡层的特性,增强卵石界面和水泥浆的黏结力出发,对混凝土外加剂和掺合料进行了选择和试验;经混凝土配合比优化,得到卵石高强泵送混凝土强度的计算公式. 经性能检测,该种混凝土具有良好的力学性能、工作性能和耐久性能. 工程应用表明,卵石高强泵送混凝土可以满足工程设计和施工的要求.
关键词: 卵石; 界面; 高强泵送混凝土; 配合比优化; 应用
中图分类号: TU47 文献标识码: A
配制高强高性能的混凝土不仅要选择高性能的外加剂、矿物掺合料,还要选择优质的骨料. 由于不同的地方配制高强混凝土的原材料不同,采用的配合比也不同. 一般情况下,配制高强高性能混凝土所用的骨料都是碎石,原因很简单,碎石表面粗糙,能有效改善骨料表面和水泥石接触界面的强度,增强界面的粘结力. 但是使用卵石配制高强高性能混凝土一般较少,认为卵石表面光滑,和水泥石接触界面粘结力降低,普遍认为不易用作配制高强混凝土. 因此,采用卵石配制高强高性能混凝土,不仅要解决外加剂、矿物掺合料问题,还要解决增强卵石表面和水泥石接触界面的粘结强度问题,因此对于卵石丰富的地区,研究利用当地原材料配制高强高性能混凝土具有十分重要的意义[ 1 - 10 ] .
本研究对混凝土中骨料与水泥浆体界面特性进行分析,优化混凝土外加剂和掺合料,并进行料混凝土配合比优化试验,为推动高强混凝土在工程中的应用提供参考.
1 混凝土中骨料与水泥浆体界面特 性
在混凝土中,水泥石和集料的界面并不是一个面而是一个有一定厚度的层,这个层在厚度方向上从集料表面向水泥石逐渐过渡,因此被称为“界面过渡层”. 许多专家学者[ 3 ]对过渡层进行了深入的研究,得到界面过渡层共同的特点: (1)过渡层骨料表面水灰比高于远离骨料的水泥浆中的水灰比; (2)过渡层的孔隙率较大,为晶体的生长提供更多的空间; (3) Ca (OH) 2 和钙矾石结晶颗粒大,晶体定向排列; (4) Ca (OH) 2 和钙矾石多,硅酸钙水化物的钙硅(CaO /Si2O)比大.
由此可见,界面过渡层成为混凝土的薄弱环节. 但是影响过渡层的因素很多,主要有水灰比、骨料矿物的性质、水泥的细度、掺高效减水剂等,对于配制卵石高强混凝土来说,通过掺入活性细掺料、降低混凝土水灰比、选择和水泥相容性较好的高效外加剂、改进混凝土的制作工艺等,改善卵石界面过渡层的特性,增强卵石界面和水泥浆的黏结力.因此配制和应用卵石高强泵送混凝土,不仅考虑水泥、骨料、外加剂和掺合料性能,还要通过原材料的选择提高卵石界面的黏结强度.
2 原材料
原材料的各种性能见表1 - 5.
3 外加剂和水泥的相容性研究
外加剂和水泥的相容性试验结果见图1. 相容性试验是评定外加剂和水泥混合后混凝土工作性能好与差的重要方面,不同的外加剂和不同的水泥相容性是不同的. 本文选择了7种高性能的外加剂和52. 5普硅水泥进行相容性试验,试验结果见图1. 由此可见, 6 #外加剂和52. 5普硅水泥相容性最好. 因此选择6 #外加剂,对于改善卵石骨料表面和水泥砂浆的黏结力,提高混凝土的强度有着重要的作用.
4 掺合料试验
选择3种掺合料即粉煤灰、矿粉及复合粉(粉煤灰和矿粉的复合)进行试验,试验结果见
注:砂的细度模数为2. 2
从表6可以看出,在配合比相同并达到相同坍落度的条件下,复合粉的混凝土强度最高.
5 卵石高强泵送混凝土配合比优化 试验
配合比设计遵循以下原则: ( 1)混凝土胶结材料总量不超过575 kg/m3 ; (2)混凝土水泥用量不超过450 kg/m3 ; (3)混凝土坍落度不小于200mm; (4)水胶比应根据坍落度的要求确定.
根据上述原则,按照不同的水泥用量,掺合料比例优化得到下列混凝土配合比计算公式
式中, fcu为标准立方体抗压强度MPa; C为每立方混凝土水泥用量kg/m3 ; FS 为每立方混凝土复合掺合料掺量kg/m3 ;W 为每立方混凝土用水量kg/m3.根据公式( 1) ,高强混凝土强度随着复合掺合料的掺量及水灰比的变化如图2、图3.
6 卵石高强泵送混凝土的性能试验
根据上述优化得到的高强混凝土配合比计算公式,对配制的C80 混凝土进行性能测试,结果见表7.
从C80卵石高强泵送混凝土性能测试结果可见:
(1)从力学性能看,卵石高强泵送混凝土有着较好的轴心抗压强度、劈裂抗拉强度,弹性模量和碎石高强混凝土基本相当;
(2)从混凝土的工作性能看,其可泵性,坍落度,凝结时间完全可以满足施工的要求;
(3)从混凝土耐久性能看,混凝土收缩不大,抗碳化,抗渗性较好.
7 卵石高强泵送混凝土的应用
该工程为运输码头,基础用4- 6 m的松木桩压入淤泥中,间距0. 5 m,在桩的上部浇筑板式基础,以减少不均匀沉降;栈桥部分基础长8. 5 m,宽7 m,厚0. 5 m,码头基础长38 m,宽31 m,厚0. 5 m,上部为框架结构,柱子为圆柱,直径0. 6m;顶部为梁板结构,并有两个栈桥与码头相连,整个工程为现浇钢筋混凝土结构,对码头的上部梁板结构采用高强泵送混凝土结构,设计强度等级为C70,混凝土立方量为200 m3.
7. 1 高强泵送混凝土配合比设计
根据混凝土设计强度等级,确定的配合比见表8.
7. 2 高强泵送混凝土生产工艺
根据前面分析,为了改善卵石和水泥砂浆表面的的黏结力,减小界面过渡层的厚度,采用下列搅拌工艺:
石(粗骨料) 水
↓ ↓
强制式
搅拌机
→搅拌10 s→搅拌20 s→搅拌20 s→
搅拌大
于40 s
→出料
↑ ↑ ↑
砂(细骨料) 复合胶凝材料 外加剂
图4 高强泵送混凝土搅拌工艺流程图
Fig. 4 Technological chain for p roduction of high strengthconcrete应用结果表明:卵石高强泵送混凝土具有良好的可泵性,混凝土强度达到76. 2 MPa,能够满足工程设计和施工的要求.
8 结 语
从上述研究可以得到如下结论:
(1)选择合适的外加剂和掺合料,改进混凝土搅拌工艺,降低混凝土水灰比,减小卵石界面过渡层的厚度,提高卵石表面的粘结强度,是配制卵石高强泵送混凝土的重要途径.
(2)通过配合比优化,建立了高强泵送混凝土强度的计算公式,为卵石高强泵送混凝土的配合比设计及实用化奠定了基础.
(3)性能测试表明,卵石高强泵送混凝土具有良好的力学性能、工作性能和耐久性能,且具有可泵性好,坍落度损失小,收缩小等优点.
(4)通过工程应用,卵石高强泵送混凝土可以满足工程设计和施工的要求,为卵石高强泵送混凝土的推广应用奠定基础.
参考文献:
[1] 韩素芳,徐欣,于大中,等. C80级高性能泵送混凝土的研究与工程应用[ J ]. 建筑科学, 2000 (4) : 17- 18.
[2] 徐欣. 用卵石配制高强高性能混凝土的探讨[ J ]. 混凝土, 2001 (5) : 51- 53.
[3] 吴中伟,廉慧珍. 高性能混凝土[M ]. 北京:中国铁道出版社, 1999: 36 - 60, 120- 131.
[4] 梁玉国,刘翠兰. 兰州地区获得高强度混凝土的途径[ J ]. 甘肃工业大学学报, 1999 (2) : 84- 88.
[5] 郝成伟,钱红梅. 60- 80MPa大流动性混凝土配合比试验研究[ J ]. 工业建筑, 2003 (8) : 19- 20.
[6] 梁玉国,石立峰. 不同粗骨料配制C70高强混凝土的对比研究[ J ]. 河北建筑工程学院学报, 2001 ( 6) : 17-19.
[7] 马玉平,陈远志,呼延海. 高强度混凝土强度增长特性的试验研究[ J ]. 混凝土, 2005 (2) : 74- 76.
[8] 赵卓,刁彦平,张彩霞,等. 河南地区C90高强混凝土的配合比试验研究[ J ]. 混凝土, 2005 (12) : 44- 48.
[9] 李家和,李秋义,吕宝玉. 矿物质掺合料对高强混凝土强度和微观结构的影响[ J ]. 哈尔滨师范大学自然科学学报, 2002 (3) : 73- 77.
[10] 唐明,张廷屏,梁丽敏. 细砂、卵石高强混凝土的最优设计[ J ]. 沈阳建筑大学学报:自然科学版, 2004 (4) :304- 307.
