高岩温隧道下矿物掺合料对混凝土力学性能的影响.pdf
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1、高岩温隧道下矿物掺合料对混凝土力学性能的影响 何廷树等 1 1 9 高岩温隧道 下矿物掺合料对混凝土力学性能的影响 何廷树 , 汲江涛 , 王艳 , 苏晓峰 ( 1 西安建筑科技大学陕西西部建筑科技国家重点实验室培育基地, 西安 7 1 0 0 5 5 ; 2 中铁第一勘察设计院集团有限公司, 西安 7 1 0 0 4 3 ) 摘要 通过模拟高岩温隧道条件, 研究了高岩温隧道条件下矿物掺合料对混凝土强度的影响。结果表明: 高 岩温条件 下可以提 高混凝土的早期 强度 , 但后 期强度却有较 大幅度 的下降 , 当温度低 于 5 0 时 , 矿 渣粉煤 灰复合 混 凝土的强度更高; 当温度超过
2、6 O时, 粉煤灰混凝土的强度更高。X R D及 S E M 分析表明: 高岩温条件下胶凝材料 水化速度加 快 , 生成的 水化 产物 来不及 均 匀扩散 , 相互搭接 变差 , 当温度低 于 5 O 时, 水分蒸发较 慢 , 水 分充足 , 矿 渣 的活性容 易被激发 , 水化产物结构致 密; 当温度超过 6 0时 , 由于水分 蒸发较快 , 矿渣 的活性 难以被激 发 , 水化产 物 结 构 变疏 松 。 关键词 高岩温隧道矿物掺合料强度 中图分类 号 T U5 2 8 文献标识 码: A I nf l u e nc e o f M i n e r a l Ad m i xt u r e
3、o n M e c ha ni c a l Pr o pe r t i e s i n Hi g h Te mpe r a t u r e S u r r o u nd i ng Ro c k Tu n ne l HE Ti n g s h u ,J I J i a n g t a o ,W ANG Ya n ,S U Xi a o f e n g ( 1 S t a t e Ke y La b o r a t o r y o f W e s t e r n Ar c h i t e c t u r e a n d Te c h n o l o g y Cu l t i v a t i n g
4、 Ba s e ,Xi a n Un i v e r s i t y o f Ar c h i t e c t u r e a n d Te c h n o l o g y,Xi a n 7 1 0 0 5 5: 2 C h i n a Ra i l wa y Fi r s t S u r v e y i n g a n d De s i g n I n s t i t u t e Gr o u p Lt d,Xi a n 7 1 0 0 4 3 ) Ab s t r a c t By s i mu l a t i n g t h e h i g h t e mp e r a t u r e
5、s u r r o u n d i n g r o c k t u n n e l c o n d i t i o n s ,t h e i mp a c t o f mi n e r a l a d mi x t u r e o n c o mp r e s s i v e s t r e n g t h wa s s t u d i e d Th e r e s u l t s s h o w t h a t t h e h i g h t e mp e r a t u r e s u r r o u n d i n g r o c k c o n d i t i o n c a n i
6、mp r o v e t h e e a r l y s t r e n g t h o f t h e c o n c r e t e ,b u t l a t e r s t r e n g t h d e c r e a s e s s i g n i f i c a n t l y Wh e n t h e t e mp e r a t u r e i s b e l o w 5 O ,s l a g f l y a s h c o mp o s i t e c o n c r e t e h a s h i g h e r s t r e n g t h;wh e n t h e t
7、 e mp e r a t u r e e x c e e d s 6 O 。t h e s t r e n g t h o f f l y a s h c o n c r e t e i s h i g h e r Th e a n a l y s i s o f XRD a n d S EM s h o w t h a t t h e h y d r a t i o n r a t e o f b i n d e r s p e e d s u p u n d e r h i g h t e m p e r a t u r e s u r r o u n d i n g r o c k c
8、 o n d i t i o n,s o t h e h y d r a t i o n p r o d u c t s g e n e r a t e t o o q u i c k t o e v e n l y s p r e a d ,mu t u a l o v e r l a p g e t s wo r s e Wh e n t h e t e mp e r a t u r e i s b e l o w 5 0 ,e v a p o r a t i o n o f wa t e r i s s l o w a n d mo i s t u r e i s a d e q u a
9、 t e s o t h e s l a g i s mo r e l i k e l y t o b e a c t i v a t e d a n d t h e s t r u c t u r e o f h y d r a t i o n p r o d u c t s i s d e n s e r ;wh e n t h e t e mp e r a t u r e e x c e e d s 6 0 ,t h e wa t e r e v a p o r a t i n g f a s t e r ,s l a g i s d i f f i c u l t t o b e a
10、c t i v a t e d,t h e s t r u c t u r e o f h y d r a t i o n p r o d u c t s b e c o me s l o o s e Ke y wo r d s h i g h t e mp e r a t u r e s u r r o u n d i n g r o c k , t u n n e l ,mi n e r a 1 a d mi x t u r e ,s t r e n g t h 我国在建的拉萨至 日喀则铁路途经青藏高原地热温泉 区域 , 初步调查岩温 、 水温平均为 5 O, 最高达 8 O , 隧道 内
11、相对湿度仅在 5 O 左右 , 形成 了高岩温隧道这种特殊 的自 然环境。现行隧道及混凝土规范并没有相关 内容 , 可借鉴的 成功案例极少 , 因此 , 研究高岩温隧道衬砌混凝 土是 十分必 要且 迫在 眉 睫的 。 大量研究结果_ 1 表明, 矿渣具有水硬性 , 是一种具有潜 在胶凝性的材料 。一 般 自然条件下 , 当矿渣 与粉煤灰复合 时, 由于它们在水化、 活性和结构特征上的协 同效应 6 , 能显 著提高混凝土的强度l 7 捌。但在高岩温隧道这种特殊的 自然 环境条件下, 矿渣和粉煤灰对混凝土强度的影响却并没有研 究 。混凝土早期 的养护受温湿度的影响较大 , 在早期高温环 境下养护
12、可提高混凝土早期强度 , 但后期强度有所下降 9 n 。 在实验室中模拟高岩温隧道条件, 探究 高岩温对粉煤灰混凝 土与矿渣一 粉煤灰混凝土强度 的影响, 通过 XR D和 S E M 研 究方法, 分析胶凝材料水化产物 的含量、 种类 以及微观显微 形貌 , 探寻高岩温隧道条件对混凝土强度影响的机理。 1 实验 1 1 原 材料 ( 1 ) 水泥 : 采用拉 萨华新水泥厂生产 的 P 0 4 2 5 水泥, 3 d龄期的抗折强度为 4 7 MP a 、 抗压强度为 3 0 2 MP a , 2 8 d 龄期的抗折强度为 7 4 MP a 、 抗压强度为 4 4 2 MP a 。 ( 2 )
13、粉煤灰: 采用云南宏星物流股份有限公司提供的 C 5 0 以下混凝土用 F类粉煤灰 , 细度为 1 1 2 , 烧失量为 3 4 , 需水量比为 1 0 1 。 *铁道部科技研究开发计划项 目( 2 0 1 1 G 0 2 7 一 B ) 何延树: 男, 1 9 6 5年生, 教授, 博士生导师, 主要从事高强高性能混凝土的研究 E - ma i l : j i j i a n g t a o 1 9 8 7 1 6 3 c o m 1 2 O 材料导报 B: 研 究篇 2 0 1 3 年 3月( 下) 第 2 7 卷第 3期 ( 3 ) 矿粉 : 采用陕西韩城 $ 7 5矿粉 , 7 d活性
14、系数为 7 O , 烧失量为 1 1 2 。 ( 4 ) 细骨料: 采用拉萨尼木县砂 场的中砂 , 细度模数 为 2 7 , 含泥量为 1 1 。 ( 5 ) 粗骨料 : 采用拉萨路通石场的碎石, 5 3 1 5 i i l m 连 续级配 , 最大粒径为 3 1 5 mm, 压碎指标为 8 3 。 ( 6 ) 减水剂 : 采用山西凯迪建材有限公司生产的 KD S P - 1 聚羧酸 高性能减 水剂 ( 标 准型) , 掺 量为 1 O , 减 水率 为 2 7 。 1 2实验用配合 比 实验研究主要是利用单掺粉煤灰 和矿渣粉煤灰复掺配 制的 C 3 5 高性能混凝土, 配合 比见表 1 。
15、表 1 C 3 5混凝土配合比( k g m3 ) T a b l e 1 Mi x e d p r o p o r t i o n s o f C 3 5 c o n c r e t e ( k g m。 ) 1 3实验方 法 采用江苏苏南试验设备有 限公 司生产 的高低温交变湿 热箱来模拟高岩温 隧道 内的温湿度环境。由于现场岩温平 均为 5 0、 最高达 8 O , 并且相对湿度仅为 5 0 左右 , 因 此, 模拟试验时选取 5 0、 6 O和 8 0三个温度 以及 5 O 的相对湿度。现场施工时, 衬砌混凝土浇筑 2 4 h后即可洒水 养护, 通过洒水及通风降温, 现场温度很快降到
16、3 O以下 。 因此 , 模拟试验时对混凝土的高温低湿养护只持续 2 4 h 。待 混凝土达到初凝后 , 对于标准养护试件 , 2 4 h后拆模 , 然后放 入标准养护室在 2 0下进行养护 ; 对于高温养护的试件 , 将 试件带模放入养护箱 , 在相应 的温湿度条件下 , 进行高温养 护 2 4 h , 然后拆模 , 拆模后将试件放入标准养护室在 2 0下 继续进行养护。测定不同养护条件下试件的 3 d 、 7 d 、 2 8 d及 6 O d的抗压强度。 采用 日本理学公司的 D ma 2 4 0 0型 x射线衍射仪 , 日 本产 J S M一 5 8 0 0型扫描电镜 , 研究高岩温隧道
17、条件下矿物掺 合料对胶凝材料水化产物的影响。试样制备: 按照与表 1相 同的水胶 比及矿 物掺合 料产量, 制成 2 O mm2 0 F i l m2 0 mm净浆试块 , 与混凝土试块在 同样的养护条件下养护。到 龄期后将其破碎 , 并浸入丙酮和无水乙醇 中, 终止其水化 , 随 后进行 X RD和 S E M 分析。 2 结果与讨 论 2 1 养护温度对粉煤灰混凝土及矿渣一 粉煤灰 混凝土 强度 的影 响 在 4种养护条件下, 粉煤灰混凝土与矿渣一 粉煤灰 昆 凝土 的 3 d 、 7 d 、 2 8 d 、 6 O d抗压强度 如表 2所示。从表 2中可以 看出, 随着养护温度的升高,
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