C40特細(xì)砂混凝土和易性和抗壓強(qiáng)度研究

何錦云，王陸陸

(河北工程大學(xué)土木工程學(xué)院，河北邯鄲056038)

砂是制備混凝土的必備資源，根據(jù)細(xì)度模數(shù)的不同將其劃分為粗砂、中砂、細(xì)砂和特細(xì)砂，制備混凝土?xí)r優(yōu)先選用中、粗砂。但是，經(jīng)過近幾十年大規(guī)模基礎(chǔ)建設(shè)工程的使用和采掘，粗、中砂資源漸近枯竭。就邯鄲地區(qū)而言，河北省提出的三年大變樣計(jì)劃使得本地細(xì)砂資源也所剩無幾，但是邯鄲地處黃河流域，特細(xì)砂資源豐富，從質(zhì)量、儲(chǔ)量、經(jīng)濟(jì)等多方面來看，利用豐富的特細(xì)砂資源來制備混凝土已成為必然選擇。我國從50年代起就開始了特細(xì)砂混凝土的研究與應(yīng)用，取得了巨大的成績與經(jīng)濟(jì)效益，但混凝土強(qiáng)度一般不高于C30，并且規(guī)定塌落度不大于30 mm。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特細(xì)砂制備低強(qiáng)度、低塌落度混凝土已不能滿足人類的需求，特細(xì)砂制備較高強(qiáng)度、較大塌落度的混凝土也開始有研究。佟剛利用特細(xì)砂配置C30泵送混凝土，譚光焱等利用特細(xì)砂和機(jī)制砂配置大塌落度的C50混凝土。本文采用正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)方法[1－2]研究特細(xì)砂混凝土在不同水膠比、不同粉煤灰取代率[3－4]、不同砂率條件下其抗壓強(qiáng)度及和易性的變化規(guī)律，從而確定其主要影響因素，為邯鄲地區(qū)特細(xì)砂混凝土的配制提供有力的依據(jù)。

1 試驗(yàn)原材料

1)水泥:選用太行山牌42.5R普通硅酸鹽水泥，其各項(xiàng)性能指標(biāo)及化學(xué)成分見表1、表2。

2)粗骨料:選用邯鄲本地產(chǎn)的碎石，其物理性能指標(biāo)見表3。

3)細(xì)骨料:選用邯鄲本地產(chǎn)的特細(xì)砂，其物理性能指標(biāo)見表4。

4)粉煤灰:本實(shí)驗(yàn)中選用的是邯鄲馬頭電廠生產(chǎn)的II級粉煤灰，其各項(xiàng)性能指標(biāo)及化學(xué)成分見表5、表6。

5)外加劑:試驗(yàn)選用了FDN－1高效減水劑，摻量為1.2%，減水率20%。

6)水:試驗(yàn)室中的自來水。

2 試驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)利用正交設(shè)計(jì)的方法配制C40混凝土，選取水膠比、粉煤灰取代率(本試驗(yàn)采用等量取代法)、砂率三個(gè)因素，分別以A、B、C來表示，每個(gè)因素選取三個(gè)水平，即水膠比為0.45、0.47、0.49，粉煤灰取代率為0、10%、20%，砂率為28%、30%、32%，據(jù)此采用L9(34)正交表來安排實(shí)驗(yàn)，以抗壓強(qiáng)度和塌落度為考核指標(biāo)，分析各因素對考核指標(biāo)的影響，從而確定最佳實(shí)驗(yàn)方案。因?yàn)楸驹囼?yàn)選用的是特細(xì)砂，為了滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度和其和易性的要求，試驗(yàn)選用了減水率為20%的高效減水劑，其摻量為1.2%。

表1 普通硅酸鹽水泥的性能指標(biāo)Tab.1 Performance indicators of ordinary portland cement

表2 普通硅酸鹽水泥的化學(xué)成分Tab.2 Chemical constituents of ordinary portland cement

表3 粗骨料的性能指標(biāo)Tab.3 Performance indicators of coarse aggregate

表4 細(xì)骨料的性能指標(biāo)Tab.4 Performance indicators of fine aggregate

表5 粉煤灰的性能指標(biāo)Tab.5 Performance indicators of fly ash

表6 粉煤灰的化學(xué)成分Tab.6 Chemical constituents of fly ash

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

抗壓強(qiáng)度與塌落度的試驗(yàn)結(jié)果見表7，對每個(gè)考核指標(biāo)分別進(jìn)行了極差分析，極差分析結(jié)果見表8。

表7 試驗(yàn)結(jié)果Tab.7 Test results

表8 28 d抗壓強(qiáng)度與塌落度的極差分析Tab.8 Range analysis of 28 d compressive strength and slump

3.1 28 d抗壓強(qiáng)度分析

圖1給出了C40特細(xì)砂混凝土28d抗壓強(qiáng)度與各因素水平的關(guān)系，由圖可見粉煤灰取代率對混凝土強(qiáng)度影響最大。粉煤灰取代率為10%時(shí)，其28 d抗壓強(qiáng)度比粉煤灰取代率為0的混凝土有很大的提高。這主要是由于取代水泥的粉煤灰通過長期的火山灰反應(yīng)使其后期強(qiáng)度提高。當(dāng)粉煤灰取代率增加到20%時(shí)，其28 d抗壓強(qiáng)度比粉煤灰取代率為0的混凝土略有降低，這主要是由于隨著粉煤灰對水泥取代數(shù)量的增加，體系中能夠激發(fā)粉煤灰的Ca(OH)2數(shù)量不足[5]，粉煤灰反應(yīng)的程度降低，從而導(dǎo)致28 d抗壓強(qiáng)度降低。其次可以看出C40特細(xì)砂混凝土的28 d抗壓強(qiáng)度符合混凝土一般規(guī)律，隨著水膠比的減小而增大。

圖2給出了粉煤灰取代率與28 d抗壓強(qiáng)度的關(guān)系，由圖可見在不同水膠比條件下其對特細(xì)砂混凝土28 d抗壓強(qiáng)度的影響基本一致。與取代率為0的情況比較，取代率為10%時(shí)，28 d抗壓強(qiáng)度都有很大的提高，而取代率為20%時(shí)，28 d抗壓強(qiáng)度則都有所降低。而不同的是在水膠比為0.47的情況下，28 d抗壓強(qiáng)度在粉煤灰取代率為20%的情況下下降幅度并不是很大。

3.2 塌落度分析

由表8的塌落度極差分析可知各因素影響塌落度的主、次順序是C＞B＞A。可以看出砂率的大小對特細(xì)砂混凝土塌落度的影響比較大，粉煤灰摻量也有一定的影響，而水膠比對其影響則最小。

圖3給出了C40特細(xì)砂混凝土塌落度與各因素水平的關(guān)系，由圖可見隨著其最主要影響因素砂率的增加，塌落度呈大幅度下降的趨勢，這與普通混凝土有所不同。其主要原因是因?yàn)樘丶?xì)砂級配差、比表面積大[6]，所以在相同條件下，砂率大的混凝土需水量大，塌落度減小幅度就大。其次從圖中還可以看出隨著粉煤灰取代率的增加，塌落度呈下降趨勢，這并不代表粉煤灰對水泥的取代使混凝土的和易性變差了，因?yàn)樗涠炔⒉荒芡耆憩F(xiàn)出混凝土和易性的好與差。特細(xì)砂混凝土有異于一般混凝土，在試驗(yàn)的過程中我們可以明顯的看出，在滿足工作要求的情況下特細(xì)砂混凝土的粘度較大，這使其塌落度的損失大于一般混凝土，而隨著粉煤灰取代率的增加其粘度得到了很好的改善，塌落度的損失也減小很多。就總體而言適當(dāng)?shù)姆勖夯胰〈士梢愿淖兲丶?xì)砂混凝土的和易性。

圖4給出了砂率與塌落度的關(guān)系，由圖我們可以更清晰、準(zhǔn)確的看出特細(xì)砂混凝土中的砂率對塌落度的影響。在粉煤灰取代率為0，10%，20%的情況下，塌落度都是隨著砂率的增大而大幅下降的，這是因?yàn)樘丶?xì)砂需水量大的緣故。另外，不同粉煤灰取代率與本試驗(yàn)中摻入外加劑的適應(yīng)性對塌落度也有一定的影響[7－8]，但不是主要因素，其具體關(guān)系可進(jìn)一步試驗(yàn)、分析。

4 結(jié)論

1)由試驗(yàn)可知粉煤灰取代率為10%、水膠比為0.45、砂率為30%時(shí)，可配制出保水性、粘聚性良好，塌落度為60 mm，強(qiáng)度高達(dá)59.1 MPa的混凝土。

2)隨著水膠比及砂率的增大，混凝土的抗壓強(qiáng)度不斷減小。但是，當(dāng)粉煤灰取代率為10%、水膠比為0.49、砂率為28%時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度有跳躍性的增長，高達(dá)53.5 MPa，并且其和易性良好，完全滿足設(shè)計(jì)要求。

3)配制特細(xì)砂混凝土?xí)r，砂率對其強(qiáng)度及和易性都有很大的影響，本次試驗(yàn)中砂率每增加2%，混凝土的塌落度就有很大幅度的下降，其中最大可下降55 mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通混凝土。

4)本試驗(yàn)中，最佳粉煤灰取代率為10%，但是粉煤灰取代率為20%，其他條件適當(dāng)時(shí)也可配制出強(qiáng)度為48.4 MPa的混凝土，略低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

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