砂率对干硬性混凝土性能的影响.pdf
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1、2 0 1 5年第 2期 铁道建筑 Ra i l wa y Eng i n e e r i n g 1 37 文章编 号 : 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 5 ) 0 2 0 1 3 7 0 4 砂率对干硬性混凝土性能 的影响 郭 傲 , 赵铁 军, 王鹏刚 , 陆文攀 ( 青岛理工大学 土木工程学院 , 山东 青岛2 6 6 0 3 3 ) 摘 要 : 研 究 了砂 率对 干硬 性混凝 土 力 学性 能及 耐 久性 能的影 响 , 对不 同砂 率的 干硬性 混凝 土试件 进行 力 学试 验 、 快速 冻 融试验 、 毛 细吸 水试 验 , 测定 不 同砂 率 下干硬 性 混
2、凝 土试 件 的抗压 强度 、 相 对动 弹 模 量 、 质量损失和毛细吸水特性。试验 结果表明: 随着砂率的增大, 干硬性混凝土抗压强度和相对动弹模量先 升高后降低 ; 质量损失和单位面积吸水量均随着砂率的增加 而减小。综合评定 , 砂率 4 5 时干硬性混 凝土力学性能和耐久性 能指标最优。 关键 词 : 干硬 性 混凝 土 砂 率 力 学性 能 耐 久性 中 图分类 号 : T U 5 2 8 3 1 文献 标识 码 : A D O I : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 3 1 9 9 5 2 0 1 5 0 2 3 8 干硬性 混凝 土 是 指 塌 落度 不
3、大 于 1 0 m m, 维 勃 稠 度 在 1 0 3 0 s 的混凝 土 。具 有 低 水 灰 比 、 快 硬 早 强 等 特点 , 可立即拆模 , 增加模板周转速率 , 从而提高产品 生 产效 率 。 目前 干 硬性混 凝 土主要 用 于预 制构件 的生 产领域 , 此外 , 在地基 、 路面 、 大坝等大体积工程领域 , 干 硬性 混凝 土也 得 到 了广 泛应 用 。 砂率是砂子 占骨料总量的 比率。砂率 的变动 , 会 使 骨料 的 总表 面积 有显 著 改 变 , 从 而 对 混 凝 土 拌合 物 的和易 性有 较大 影 响 , 也是 影 响干 硬 性 混 凝 土 强度 及 耐久
4、 性 能 的 主 要 因素 之 一 。强 卫 等 研 究 了用 水 量 和砂 率 对道 路 碾 压 混 凝 土 工 作 性 能 及 力 学 性 能 的影 响 , 用水量 1 3 0 k g m 、 砂率 3 7 最适宜 ; 何锦云等 研究 了砂 率对 混 凝 土和 易 性 和 强 度 的影 响 , 得 出 了砂 率是 影 响普通 混 凝 土和 易 性 的 主要 因素 , 但对 于强 度 影响不大; 翁兴中等 研究 了砂率对道面混凝 土工作 性 、 强度 、 耐磨性 、 水渗透性和抗冻性 的影响 , 得出了砂 率 约 为 3 0 时 , 道 面 混 凝 土 各 项 性 能 指 标 最 佳 , 提
5、 出 道 面混凝 土 的最 佳 砂 率 为 2 8 3 2 。试 验 研 究 结 果表 明 , 砂率是 影 响混凝 土性 能 的主要 因素 , 随着砂 率 的不 同 , 混凝 土 的力 学性 能 和耐 久性 能差 异 较 大 。 目 前 , 对 干 硬性混 凝 土 的研 究还 处于 初步 阶段 , 其 中关 于 砂率 对 干硬 性 混 凝 土性 能 影 响方 面 的 研 究 较 少 。 。 本文 利用 正交 试验 进行 配 合 比设 计 , 主 要研 究 砂 率 对 干硬 性混 凝土 抗压 强度 、 抗冻性 、 毛细 吸水 特性 的影 响 规律 , 为实 际工 程 中干 硬 性 混凝 土 的制
6、 备及 应 用 提 供 理论 基础 。 1 试验概况 1 ) 原材 料 试 验采 用 的水 泥 为青 岛 山 水 水 泥 厂 生 产 的 4 2 5 级普通 硅 酸盐水 泥 , 其 基本 性能 指标 如表 1所示 ; 粗 骨 料 选用 粒径 5 1 0 m m 和 1 0 2 0 m m 两种 连续级 配 的 玄 武 岩碎石 ; 细 骨料 为最 大粒 径 5 m m 的 河砂 , 细 度 模 数 2 9 ; 拌 合水 为普 通 自来 水 。 表 1水泥的物理力学性能指标 2 ) 试验 方案 本 文 采 用正 交 试 验 , 选 用 砂率 、 胶 凝 材 料 用 量 、 矿 物掺合料用量 、 掺
7、合料掺加比例 4个参数 , 作为考察因 收稿 日期 : 2 0 1 4 0 5 - 1 0 ; 修 回日期 : 2 0 1 4 0 9 1 0 基金项 目: 国家 9 7 3基金项 目( 2 0 0 9 C B 6 2 3 2 0 3 ) 作者简介 : 郭傲( 1 9 8 9 一) , 女 , 山东济南人 , 硕士研究生。 素 , 每个 因素均选 4个水平 , 4个因素各水平的取值见 表 2 。根据选择 的因素和水平情况 , 选用 L ( 4 ) 正交 表 , 其 正交试 验 配合 比见表 3 。 3 ) 试 件 制备 、 养护 与测 试 干 硬性 混 凝 土试 件 的制 作 步骤 : 将 碎
8、石 、 砂 子 、 水 泥依 次 倒 人 搅 拌 机 中 , 搅 拌 1 mi n , 使 之 混 合 均 匀 ; 将 称 量好 的 自来 水 缓慢 加 入搅 拌 机 中 ( 水 的加 入量 l 3 8 铁道 建筑 表 2 4个 因素各水平 的取值 7 0 8 0 6 8 6 5 6 6 0 0 6 53 0 7 96 0 78 7 3 7 7 4 0 7 45 3 91 1 5 8 79 5 8 5 8 3 8 51 7 1 00 7 0 9 9 5 0 9 6 6 0 9 3 5 0 根 据新拌 混 凝 土 的 工作 性 确定 ) , 直 至混 凝 土拌 合 物 满足工作性要求 , 总搅拌
9、时间为 3 ra i n ; 新拌混凝土 搅 拌完成 后 , 将 其装 入设计 的专用模 具 中 ; 将 专用模 具 置 于振 动 台振 动 加 压 2 mi n ; 振 动 完 毕 后 立 即拆 模 , 取出试件并移入标准养护室进行养护 ; 养护至相 应 龄期 , 取 出试 件 , 测试 其 力 学 性 能 、 抗 冻 性 能 及 毛 细 吸水性 能 。 2结果与分析 2 1 砂 率对 干硬性 混凝 土强 度的影 响 干 硬性混 凝土 标准养 护 至相应 龄期后 进行 抗压 强 度试验 , 依据 普通混凝土力学性能试验方法 ( G B T 5 0 0 8 1 2 0 0 2 ) 测 定 。抗
10、 压试 验结 果如 图 1所示 。 由图 1可 以看 出 , 干 硬 性混 凝 土 抗 压 强 度 随砂 率 的增加先 增 大后减 小 。砂 率 为 4 5 时 , 抗 压 强度 达 到 峰值 , 龄期 5 6 d时, 砂 率 4 5 昆凝 土抗 压 强 度 为 4 0 MP a , 较 砂 率 3 5 , 4 0 , 5 0 的试件 抗 压 强度 分 别 提 高 了 4 4 6 6 , 2 9 1 8 , 1 3 3 7 。 砂率较低时 , 水泥砂浆不能完全填充粗骨料 间的 空隙 , 拌合物缺浆 , 混凝土流动性下降, 试件 成型后 内 部空隙较多 , 不密实, 故试件强度较低 ; 随着砂率
11、提高 , 图 1 不 同砂率干硬性混凝土的龄期与抗压 强度 关系曲线 水泥 砂浆 增多 , 粗骨料 表 面能够 被浆体 充分 包裹 , 流 动 性增大 , 试件成型后空隙率减少 , 内部更加密实 , 因而 干硬 性混 凝土 强度提 高 。 由于砂子的比表面积 比粗骨料大, 砂率过大时 , 随 着砂率增加 , 在水泥浆用量一定 的条件下 , 骨料表面包 裹的浆量减薄 , 粘结力降低 , 润滑作用下降 , 流动性降 低 , 不 易形成 理想 的骨料 嵌锁 型结 构 , 从 而使 硬化后 的 混 凝 土密实性 降低 , 影 响混 凝 土 的 强度 发 展 。 同时 过 高的砂率也破坏了粗集料之间的机
12、械咬合力 , 这也是 强度下降的一个主要原 因。砂率 由4 5 降低 到 4 0 , 3 5 时 , 混 凝 土 5 6 d抗 压 强 度 分 别 下 降 2 2 3 3 和 3 1 4 6 , 混凝 土 2 8 d抗压强 度分 别下降 2 2 5 9 和 3 0 8 7 , 说 明干硬性 混凝 土抗 压强 度对砂 率变 化 很 敏 感 。综合来 看 , 砂率 4 5 时混凝 土强 度最 高 。 2 2砂率对 干硬 性混 凝土 抗冻 性的影 响 首先 制备 1 0 0 m m x 1 0 0 mm1 0 0 m m 干硬性 混凝 土试 件 , 标 准养 护 2 4 d , 再将 试件 放入 水
13、 中浸泡 4 d , 待 试件达到饱水状态后 , 根据 普通混凝 土长期性 能和 耐久 性试 验方 法 标 准 进 行 冻 融 循 环 试 验 , 达 到 相 应 冻融 循环 次数 时将试 件取 出进 行测试 。结 果见 图 2和 图 3 蚓 融 稃 靛 罂 图 2 相对动弹模量与冻融循环次数关系 曲线 4 5 6 3 4 1 1 8 4 5 9 1 7 5 6 5 邮 1 0 7 8 5 7 3 5 3 9 5 9 5 o 0 0 0 5 5 4 7 5 2 2 4 6 0 8 2 0 o 0 0 O 5 8 8 8 8 O 5 3 3 5 O 5 0 3 3 5 2 3 3 8 8 5 2
14、 6 6 7 5 7 5 1 l 北 加 卯 ” 2 3 4 5 6 7 8 9 2 0 1 5年第 2期 郭傲等 : 砂率 对干硬性 混凝 土性能的影响 1 3 9 图 3 质量损失率 与冻融循 环次数关系 曲线 由图 2可知 , 干 硬 性 混 凝 土试 件 相 对 动 弹 模 量 在 经 5 6次循环后出现了暂时性的上升 , 但就其总的变化 过程而言仍呈下降趋 势。砂率 4 5 和 5 0 的干硬性 混凝 土 , 经历 了 1 6 8次 冻融 循 环 后 其 相 对 动 弹 模 量仍 在 9 0 以上 , 其 抗冻 性 较好 ; 砂 率 4 0 和 3 5 的 干硬 性混凝土 , 经历了
15、 1 6 8次冻融循 环后其相对动弹模量 在 7 5 以上 。 由图 3可知 , 干 硬 性 混凝 土 试 件 在 冻 融 循 环 期 间 质量损失率呈现上升趋势 。由质量损失率反映出砂率 为 4 5 , 5 0 , 4 0 , 3 5 时抗 冻 性 依次 由强 到 弱 。这 与相 对动 弹模 量反 映的规 律一致 。这是 因为 混凝 土 中 砂的主要作用是填充粗骨料间的孔隙, 孔隙率降低使 得混凝土更加密实。适当提高砂率可以改善混凝土拌 合 的流动 性 和黏 聚性 , 增大 整体 稳定 性 和匀 质性 , 试件 成型后孔隙率小 , 密实度大 , 抗冻性能随之提高。但砂 率超过一定范 围后 ,
16、 砂率 的增大使得混凝土拌合物流 动性 下降 , 进 而导 致混凝 土 的匀 质性 变差 。同时 , 由于 砂 表 面积 过 大 , 浆 体 相 对 减 少 , 部 分 骨 料 未 被 完 全 包 裹 , 降低了骨料间界面粘结力 , 抗冻性下降 。 。4 5 砂 率 干硬 性混 凝土 试件 经 1 6 8次 冻融 循环后 质 量损 失 率最低 , 说明其抗冻性最好。 2 3 砂 率对 干硬 性 混凝 土 毛细 吸水特 性 的影 响 首 先将 试 件切 割成 1 0 0 mm x 1 0 0 m m 5 0 m m, 烘 干 至恒 重 , 将试 件 中 除 了与 水 接 触 的底 面及 与 其
17、相 对 面之外 的其余 四个侧面用密封材料进行密封 , 确保试 件沿一维方向吸水 ; 然后将试件放人容器中, 缓慢倒入 自来 水 , 直 至液 面 高出试 块 底 面 ( 41 ) m m; 从 水 溶 液 与试块底部接触时刻开始计时 , 分别在 吸水时间为 0 , 0 5 , 1 , 2 , 4 , 8 , 1 2 , 2 4 h时取 出试块 , 将其表面液态水用 湿布擦拭干净 , 用 电子天平称取试件质量 , 再立即放回 容器 中, 计算试件 毛细吸水量。毛细 吸水量随时间变 化 曲线 见 图 4 。 由图 4可知 , 干 硬性 混 凝 土 中毛 细 吸 水 过 程早 期 皿 唧 螫 恒
18、图 4单位面积吸水量与时 间关系 曲线 吸水速度快 、 吸水量大 , 曲线呈线性增长 , 后期吸水速 度降低 、 吸水量减少 , 曲线趋于平缓 ; 单位面积吸水量 随着 砂 率 的增 大 而减 小 。吸水 2 4 h时 , 砂率 为 5 0 的 干硬性 混 凝 土 试 件 单 位 面 积 吸水 量 比砂 率 4 5 , 4 0 , 3 5 试 件 依 次 降 低 了4 5 5 ,2 6 2 9 , 4 4 3 6 。这是因为砂率较低时粗集料之间的孔隙未 被填充密实 , 因而孑 L 隙率大 , 混凝 土单位面积 吸水量 大。随着砂率的提高 , 孔隙率减小 , 混凝土内部更加密 实 , 从而使混凝
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