摘要:通過對不同強度等級水泥、砂石骨抖、不同品質礦物摻合料的混凝土試配試驗,測定混凝土強度的發展變化,時比分析水泥強度、砂石骨料、礦物摻合料三者對高強度混凝土性能的影響,供實驗室人員及工程技術人員參考。
關鍵詞:高強混凝土;骨料;粉煤灰;強度
中圖分類號:TU528.31 文獻標識碼:A 文章編號:1000一7717(2006)04一0108一03
1 前言
高強度混凝土(C60以上)在土木工程中大量推廣應用,其經濟技術效益巨大。高強度混凝土由于強度高可減小結構構件尺寸,提高空間利用,降低建筑物結構自重,減小地基負荷;成型后結構密實度較大提高,混凝土結構物耐久性提高,使用壽命延長,減小社會投資;高強度混凝土流動性好,可塑性強,特別適宜現代化施工方法,充分利用現代運輸設備、輸送設備、成型設備,極大提高勞動生產率。根據各地區原材料情況應盡可能利用當地資源生產高強度混凝土,以提高混凝土質量,推動混凝土材料發展。
2 混凝土材料性能影響因素分析
2.1普通混凝土性能影響因素
普通混凝土強度性能主要決定于水泥強度與水灰比。由于水泥強度、骨料強度相對于普通混凝土強度較高,一般不會發生水泥石和骨料破壞,主要在水泥石和骨料的界面發生破壞。通過現代觀察技術已發現,普通混凝土在凝結硬化過程中,由于骨料的約束,水泥膠結料的體積改變是不均勻的,水泥石將產生很大的拉應力,當拉應力較大時,在水泥石與骨料界面上就會形成微裂縫,這些微裂縫在混凝土未受到荷載之前就已存在。當混凝土受到荷載后,這些微裂縫處就會產生應力集中,裂縫就開始延伸與發展,并且互相連通,導致混凝土結構破壞。這是普通混凝土的破壞機理。
當水泥強度提高,水泥石與骨料粘結力則提高;水灰比下降,則水泥石收縮減小,微裂縫數量隨之減少,從而提高混凝土強度。
2.2 高強度混凝土性能影響因素
高強度混凝土強度性能不同于普通混凝土。高強度混凝土水泥強度較高,加人了活性礦物摻合料,骨料粒徑較小,粒形較均勻,水灰比較小,水泥石在凝結硬化過程中變形均勻,形成微裂縫較少。由于骨料粒徑較小,混凝土材質均勻,內部應力分布均勻。其破壞機理為:在荷載作用下,圍繞較大顆粒的粗骨料產生粘結裂縫,依斷裂力學準則和第二個石子的界面相對于壓縮軸的傾角,裂縫延伸有可能就此停止,不形成貫通裂縫[2]。隨著荷載不斷增加,應力有可能直接穿透石子,而產生新的裂縫。由于裂縫不集中,在達到破壞荷載時,個別裂縫迅速發展,瞬間形成應力集中試件破壞,呈現一種脆性破壞形態,這是高強度混凝土的破壞形態。所以高強度混凝土的關鍵影響因素為水泥強度、礦物摻合料細度和活性、骨料品質及粒形粒徑。
3 試驗資料
3.1 水泥
秦嶺水泥股份有限公司生產的P.O 4 2.5R ,P.O52.5 R普通硅酸鹽水泥,強度值見表10
3.2 砂
西安市津河產中粗砂,細度模數3.2,級配合格,含泥量0.4%;西安市浦河中砂,細度模數2.4,級配合格,含泥量1.2%。
3.3 石子
陜西三原產石灰石,規格5-25m m,壓碎指標9.8%,級配.合格;西安臨漁產花崗巖,規格5-25mrn,壓碎指標5.6%,級配合格。
3.4 礦物摻合料
陜西新型建筑材料有限公司生產的超細粉煤灰:陜西寶雞電廠工級粉煤灰;陜西渭河電廠n級粉煤灰。
3.5 外加劑
西安東晶科貿有限公司生產氨基磺酸鹽高效減水劑(J)、上海麥斯特產ST-8CN減水劑(H)、西安德來克奈系高效減水劑(D).
4 原材料對高強混凝土性能影響試驗分析
4.1 砂
高強混凝土用砂應選中偏粗砂,細度模數不宜小于2.4,含泥量不大于0.8%,相同混凝土強度等級用不同細度模數、含泥量的砂,配制的混凝土其性能不同。當砂子含泥量由1.2%降低到0.4%時混凝土強度增加近10%,并且塌落度也有影響。混凝土拌合物塌落度、強度數據見表2,
4.2 石子
高強混凝土用石應特別重視石子的品質、品種與粒形。同一品質、品種的石子,若粒形不同則混凝土性能不同,不同混凝土強度等級應選用不同品質的石子。根據試驗C60混凝土可用石灰巖配制,但C70以上混凝土必須用花崗巖配制,石灰巖配制混凝土強度很難達到。
石子的粒形可用規準儀測定和壓碎指標間接判定。根據試驗:不同粒形石子,除用規準儀直接得到針片狀顆粒含量以外,還可用壓碎指標間接判定,當石子品質、品種相同時,若粒形不同則壓碎指標不同,而且對混凝土性能的影響很大[5l。試驗數據如表30
4.3 礦物摻合料
高強混凝土必須摻加活性礦物摻合料。但礦物摻合料的品質、品種、細度對高強混凝土性能影響較大,不同品質、品種、細度的礦物摻合料影響各不相同川。眾所周知,常用礦物摻合料有硅灰、礦渣、粉煤灰等。筆者采用不同品質粉煤灰分別配制膠砂和混凝土,通過比較粉煤灰的細度及摻量對混凝土強度性能影響較大。圖3是不同粉煤灰摻量膠砂強度曲線叫。
粉煤灰是一種玻璃質球狀顆粒,其玻璃質是火山灰活性的來源。但表面這一層玻璃體較堅硬,阻礙了粉煤灰火山灰活性的發揮。破壞這一層硬質玻璃體粉煤灰活性則大大提高。通過試驗可看出,使用I級粉煤灰能配制C60強度等級混凝土,而I級粉煤灰則較困難;使用工級粉煤灰配制C70以上強度等級混凝土仍然較困難。當使用超細粉煤灰以后,混凝土強度得到很大提高。粉煤灰磨細以后增加了參與火山灰效應的表面,有利于Cat+滲透和玻璃體中硅、鋁的溶解,由于粉煤灰顆粒原生晶格的破壞,切斷了網絡中Si-0鍵和Al-0鍵,生成基和帶電荷的破斷面,提高結構不規則和缺陷程度,粉煤灰活性增大[31。圖4是不同品質粉煤灰配制混凝土強度曲線。
5 結語
高強混凝土性能影響因素與普通混凝土性能影響因素不同,原材料選擇與質量控制應有所區別。C60混凝土可用42.5R水泥配制;C70以上混凝土必須用52-5R水泥配制,否則混凝土質量難以保證。高強度混凝土應關鍵控制水泥強度、砂子含泥量、石子品質、品種和粒形、礦物摻合料品種、細度及適宜的外加劑。只要以上原材料選擇合適,并對質量進行控制,不需特殊工藝就能達到混凝土強度目標。