摘 要: 對混凝土中骨料和水泥漿體的界面特性進行了分析. 從改善卵石界面過渡層的特性,增強卵石界面和水泥漿的黏結力出發,對混凝土外加劑和摻合料進行了選擇和試驗;經混凝土配合比優化,得到卵石高強泵送混凝土強度的計算公式. 經性能檢測,該種混凝土具有良好的力學性能、工作性能和耐久性能. 工程應用表明,卵石高強泵送混凝土可以滿足工程設計和施工的要求.
關鍵詞: 卵石; 界面; 高強泵送混凝土; 配合比優化; 應用
中圖分類號: TU47 文獻標識碼: A
配制高強高性能的混凝土不僅要選擇高性能的外加劑、礦物摻合料,還要選擇優質的骨料. 由于不同的地方配制高強混凝土的原材料不同,采用的配合比也不同. 一般情況下,配制高強高性能混凝土所用的骨料都是碎石,原因很簡單,碎石表面粗糙,能有效改善骨料表面和水泥石接觸界面的強度,增強界面的粘結力. 但是使用卵石配制高強高性能混凝土一般較少,認為卵石表面光滑,和水泥石接觸界面粘結力降低,普遍認為不易用作配制高強混凝土. 因此,采用卵石配制高強高性能混凝土,不僅要解決外加劑、礦物摻合料問題,還要解決增強卵石表面和水泥石接觸界面的粘結強度問題,因此對于卵石豐富的地區,研究利用當地原材料配制高強高性能混凝土具有十分重要的意義[ 1 - 10 ] .
本研究對混凝土中骨料與水泥漿體界面特性進行分析,優化混凝土外加劑和摻合料,并進行料混凝土配合比優化試驗,為推動高強混凝土在工程中的應用提供參考.
1 混凝土中骨料與水泥漿體界面特 性
在混凝土中,水泥石和集料的界面并不是一個面而是一個有一定厚度的層,這個層在厚度方向上從集料表面向水泥石逐漸過渡,因此被稱為“界面過渡層”. 許多專家學者[ 3 ]對過渡層進行了深入的研究,得到界面過渡層共同的特點: (1)過渡層骨料表面水灰比高于遠離骨料的水泥漿中的水灰比; (2)過渡層的孔隙率較大,為晶體的生長提供更多的空間; (3) Ca (OH) 2 和鈣礬石結晶顆粒大,晶體定向排列; (4) Ca (OH) 2 和鈣礬石多,硅酸鈣水化物的鈣硅(CaO /Si2O)比大.
由此可見,界面過渡層成為混凝土的薄弱環節. 但是影響過渡層的因素很多,主要有水灰比、骨料礦物的性質、水泥的細度、摻高效減水劑等,對于配制卵石高強混凝土來說,通過摻入活性細摻料、降低混凝土水灰比、選擇和水泥相容性較好的高效外加劑、改進混凝土的制作工藝等,改善卵石界面過渡層的特性,增強卵石界面和水泥漿的黏結力.因此配制和應用卵石高強泵送混凝土,不僅考慮水泥、骨料、外加劑和摻合料性能,還要通過原材料的選擇提高卵石界面的黏結強度.
2 原材料
原材料的各種性能見表1 - 5.
3 外加劑和水泥的相容性研究
外加劑和水泥的相容性試驗結果見圖1. 相容性試驗是評定外加劑和水泥混合后混凝土工作性能好與差的重要方面,不同的外加劑和不同的水泥相容性是不同的. 本文選擇了7種高性能的外加劑和52. 5普硅水泥進行相容性試驗,試驗結果見圖1. 由此可見, 6 #外加劑和52. 5普硅水泥相容性最好. 因此選擇6 #外加劑,對于改善卵石骨料表面和水泥砂漿的黏結力,提高混凝土的強度有著重要的作用.
4 摻合料試驗
選擇3種摻合料即粉煤灰、礦粉及復合粉(粉煤灰和礦粉的復合)進行試驗,試驗結果見
注:砂的細度模數為2. 2
從表6可以看出,在配合比相同并達到相同坍落度的條件下,復合粉的混凝土強度最高.
5 卵石高強泵送混凝土配合比優化 試驗
配合比設計遵循以下原則: ( 1)混凝土膠結材料總量不超過575 kg/m3 ; (2)混凝土水泥用量不超過450 kg/m3 ; (3)混凝土坍落度不小于200mm; (4)水膠比應根據坍落度的要求確定.
根據上述原則,按照不同的水泥用量,摻合料比例優化得到下列混凝土配合比計算公式
式中, fcu為標準立方體抗壓強度MPa; C為每立方混凝土水泥用量kg/m3 ; FS 為每立方混凝土復合摻合料摻量kg/m3 ;W 為每立方混凝土用水量kg/m3.根據公式( 1) ,高強混凝土強度隨著復合摻合料的摻量及水灰比的變化如圖2、圖3.
6 卵石高強泵送混凝土的性能試驗
根據上述優化得到的高強混凝土配合比計算公式,對配制的C80 混凝土進行性能測試,結果見表7.
從C80卵石高強泵送混凝土性能測試結果可見:
(1)從力學性能看,卵石高強泵送混凝土有著較好的軸心抗壓強度、劈裂抗拉強度,彈性模量和碎石高強混凝土基本相當;
(2)從混凝土的工作性能看,其可泵性,坍落度,凝結時間完全可以滿足施工的要求;
(3)從混凝土耐久性能看,混凝土收縮不大,抗碳化,抗滲性較好.
7 卵石高強泵送混凝土的應用
該工程為運輸碼頭,基礎用4- 6 m的松木樁壓入淤泥中,間距0. 5 m,在樁的上部澆筑板式基礎,以減少不均勻沉降;棧橋部分基礎長8. 5 m,寬7 m,厚0. 5 m,碼頭基礎長38 m,寬31 m,厚0. 5 m,上部為框架結構,柱子為圓柱,直徑0. 6m;頂部為梁板結構,并有兩個棧橋與碼頭相連,整個工程為現澆鋼筋混凝土結構,對碼頭的上部梁板結構采用高強泵送混凝土結構,設計強度等級為C70,混凝土立方量為200 m3.
7. 1 高強泵送混凝土配合比設計
根據混凝土設計強度等級,確定的配合比見表8.
7. 2 高強泵送混凝土生產工藝
根據前面分析,為了改善卵石和水泥砂漿表面的的黏結力,減小界面過渡層的厚度,采用下列攪拌工藝:
石(粗骨料) 水
↓ ↓
強制式
攪拌機
→攪拌10 s→攪拌20 s→攪拌20 s→
攪拌大
于40 s
→出料
↑ ↑ ↑
砂(細骨料) 復合膠凝材料 外加劑
圖4 高強泵送混凝土攪拌工藝流程圖
Fig. 4 Technological chain for p roduction of high strengthconcrete應用結果表明:卵石高強泵送混凝土具有良好的可泵性,混凝土強度達到76. 2 MPa,能夠滿足工程設計和施工的要求.
8 結 語
從上述研究可以得到如下結論:
(1)選擇合適的外加劑和摻合料,改進混凝土攪拌工藝,降低混凝土水灰比,減小卵石界面過渡層的厚度,提高卵石表面的粘結強度,是配制卵石高強泵送混凝土的重要途徑.
(2)通過配合比優化,建立了高強泵送混凝土強度的計算公式,為卵石高強泵送混凝土的配合比設計及實用化奠定了基礎.
(3)性能測試表明,卵石高強泵送混凝土具有良好的力學性能、工作性能和耐久性能,且具有可泵性好,坍落度損失小,收縮小等優點.
(4)通過工程應用,卵石高強泵送混凝土可以滿足工程設計和施工的要求,為卵石高強泵送混凝土的推廣應用奠定基礎.
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