水泥乳化沥青混凝土的配合比设计试验研究.pdf
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1、2 0 1 2年 第 8期 (总 第 2 7 4期 ) Nu mb e r 8 i n 2 0 1 2 ( T o 1 No 2 7 4 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AL D ADM I NI CLE d o i : 1 0 3 9 6 9 8 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 0 8 0 2 0 水泥乳化沥青混凝土的配合比设计试验研究 闰小虎 ,杨华全,石妍,李明霞 ( 长江科学院 国家大坝安全工程技术研究中心 水利部水工程安全与病害防治工程技术研究中心,湖北 武汉 4 3 0 0 1 0 ) 摘要: 通过正交设
2、计方法, 研究水泥乳化沥青混凝土的配合比, 并进行水泥乳化沥青混凝土的性能试验。 试验结果表明: 黏土掺量是 影响水泥乳化沥青混凝土抗压强度的主要因素, 其次是青胶比, 再次是水胶比; 随着龄期增长, 水泥乳化沥青混凝土强度及变形性能逐渐 增加; 早期抗压强度较低, 后期强度增长较快, 2 8 d 抗压强度明显高于传统塑性混凝土; 弹性模量较低, 模强比低于 5 0 0 。 期望促进水泥乳 化沥青混凝土的理论研究和工程实践。 关键词: 水泥乳化沥青混凝土;正交试验;配合比;抗压强度;弹性模量 中图分类号 : T U5 2 8 0 6 2 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5
3、 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 8 0 0 6 6 0 2 Ex pe r i me nt a l r e s e ar c h or l mi x t ur e r a t i o of c e m e n t e m u l s i f i ed a s pha R c onc r e t e Y AN Xi a o - hu , YANG Hu a q u a n, S HIYa h, L I M i n g- x i a ( Ya n g t z e R i v e r S c i e n t i fi c R e s e a r c h I n s t i tu t e , R
4、e s e a r c h C e n t e r o f Na t i o n a l Da m S a f e t y E n g i n e e r i n g T e c h n o l o g y, R e s e a r c hCe n t e r o f Wa t e r E n g i n e e r i n g S a f e t y a n dDi s a s t e r P r e v e n t i o n o f Mi n i s t r y o f Wa t e r R e s o u r c e s , Wu h a n4 3 0 0 1 0 , C h i n
5、a ) Abs t r a c t : By t h e o r t h o g o nd e s i g n mh o d, the mix pr o p o r t i o n o fthe e mu l s i fi e d a s p h a l t c o n c r e t e h a s b e e n o p t i mi z e d a n d t h e p e r f o r ma n c e t e s t o f t h e e mu l s i fie d a s p h a l t c o n c r e t e h a s b e e n c o nd u c
6、t e d Re s u l t s s h o w a s f o l l o ws : a f f e c t the e mu l s i fi e d a s p h a l t c o n c r e t e c o mp r e s s i v e s We n g t h o f t h e ma i n f a c t s i s the c l a y c o n t e n t f o l l o we d b y a s ph a l t - b i n d e r r a t i o a nd wa t e r - b i n d e r r a t i o; a s
7、a g e i nc r e a s e d, s e n g t h an d d e f o r ma t i o n p r o p e rti e s o f t h e e mu l s i fi e d a s p h a l t c o nc r e t e inc r e a s e d g r a d u a l l y; t h e e l a s t i c mo d u l e i s r e l a t i v e l y l o we r , mo d u l u s s t r e n g t h r a t i o i s l e s s t h a n 5 0
8、 0I t i s e x p e c d t h a t th e t h e o r e t i c a l r e s e a r c h an d t h e e n g i n e e r i ng p r a c t i c e o f t he e mul s i fie d a s p ha l t c o n c r e wi l l b e p r o mo t e d Ke yw or ds : c e me n t e mu l s i fie da s ph a l t c o n c r e t e ; o r t h o g o n a l t e s t ; m
9、i xp r o p o r t i o n; c o mp r e s s i v ep r o gre s s ; e l a s t i cmo d ul e 0 引 言 防渗体系在水利水电工程中占有重要位置。 普通混凝土弹 性模量较大 , 往往 比周围土体的变形模量要高出几百倍, 当工 程投入运行时, 墙顶部及侧面受到巨大的压力作用, 致使墙体 产生的应力和变形比设计值高很多, 因而墙体容易出现裂缝 , 防渗作用降低, 严重时会使防渗遭到破坏 , 大坝的安全受到威 胁【 IJ 。 传统塑f生混凝土通常采用膨润土或黏土、 粉煤灰等掺合料 取代部分水泥 , 以提高防渗墙体的抗裂能力口 。
10、因其弹性模量 低、 极限应变较大, 能较好地适应坝体与坝基的变形, 以及可靠 的防渗效果成为许多重要水电工程的首选方案。 然而, 由于传统 塑性混凝土的强度偏低、 耐久性不足等局限性, 目前基本仅用 于堤防、 副坝或围堰等临时防渗建筑。 本试验采用黏土和乳化沥青作为复合增韧材料, 通过正交 设计的配合比设计方法 , 配制中等强度、 高韧性、 耐久性优良的 水泥乳化沥青混凝土。 旨在改善传统防渗墙的防渗抗裂效果 , 并突破传统塑性混凝土的适用范围, 能够用于深覆盖层下永久 性防渗墙或其他高抗裂混凝土, 为理论研究和工程实践提供参考。 1 原材料与试验方 法 试验采用华新 4 2 5级中热硅酸盐水
11、泥, 云南宣威 I 级粉煤 灰和某工程用黏土, 乳化沥青为阳离子型; 骨料为某工程的大 理岩人工砂和砂岩人工碎石, 碎石粒径为 5 2 0 mm, 骨料 的品 质符合 DL T 5 1 4 4 -2 0 0 1 ( 水工混凝土施工规范 的相关技术要 求 ; 外加剂包括江苏博特聚羧酸高效减水剂和江苏博特 GY Q 引气剂。 参照 D L T 5 3 3 0 - - 2 0 0 5 ( 水工混凝土配合比设计规程 的相 关规定 , 优选水泥乳化沥青混凝土的配合比参数及取值范围, 结合正交设计方法, 拟定三因素两水平的混凝土试验方案。 水泥乳化沥青混凝土的试验均在常温下进行, 成型时控制 坍落度在(
12、1 8 2 ) c m, 含气量在 3 5 。 成型过程及性能测试 方法参照 D L T 5 l 0 O 一2 0 0 1 水工混凝土试验规程 。 静力抗压 弹性模量的测试中, 针对水泥乳化沥青混凝土中低强度 、 变形 稍大的特点, 试件仍采用 1 5 0 mmx 3 0 0 l T l n l 的圆柱体 , 但应变 量测装置采用千分表, 全标距测量变形值, 然后绘制应力一 应变 关系曲线, 通过作图法 , 在曲线上取直线段的斜率作为水泥乳 化沥青混凝土的弹性模量 。 2 试验结果分析 2 1 正交试验结果与分析 正交设计是多因素多水平试验的一种有效的设计方法, 利 用“ 均衡分散性” 与“
13、整齐可比性” 两条正交性原理, 从大量的试 收稿 日期 :2 0 1 2 - -0 2 2 1 基金项目:国家 自 然科学基金重点项目( 5 0 5 3 9 0 1 0 ) ; 中央级公益性科研院所基本科研业务费( C K S F 2 0 1 1 0 1 8 e L ) 66 验点中挑选出适量的具有代表性的试验点, 能大大减少试验次 数。 水泥乳化沥青混凝土正交试验结果见表 l , 其中定义胶凝材 料为水泥、 粉煤灰和黏土, 水胶比、 青胶比、 黏土掺量分别为水 、 乳化沥青 、 黏土与胶凝材料 的质量 比。 表 1 水泥乳化沥青混凝土正交试验 结果 正交设计通常采用极差及方差对试验结果进行分
14、析。 极差 R能体现一组数据波动的范围, 极差越大离散程度越大 , 它是 两个参数 、 中大值减去小值的差, 极差越大说明这个影响因 素改变时对试验指标的影响越大, 这个因素是主要影响因素。 而 方差是用来衡量一批数据偏离平均数的大小, 方差越大说明数 据波动越大, 越不稳定。 方差分析结果中 F比越大, 此数据波动 越大。 水泥乳化沥青混凝土正交试验抗压强度极差结果见表 2 , 正交试验 2 8 、 9 0 d抗压强度与影响因素关系见图 I 、 2 。 对表 1 的试验数据进行方差计算, 并分析方差来源 , 方差分析结果见 表 3 。 试验结果表明: ( 1 ) 随着水胶比、 青胶比及黏土掺
15、量的增大 , 2 8 、 9 0 d龄期 的混凝土抗压强度逐渐降低。 ( 2 ) 三个影 响因素 中 , 黏土掺量 的极差最大 , 是最主要 的影 响因素 , 其次是青胶比, 最后是水胶 比, 这与普通混凝土不同。 表 2 水泥乳化沥青混凝土正交试验抗压强度极差( 只) 分析表 垂 6 0 4 5 o 6 0 水胶 比 ( a ) 青胶 比 ( b ) 霎 粪 : 20 40 黏土掺 量 ( c ) 垂 I O 4 重 I O 4 0 4 5 0 6 0 0 2 0 4 2 0 4 0 水胶比 青胶 比 黏土掺量 ( a ) ( b ) ( c ) 图 2 9 0 d抗压强度与影 响因素 图
16、表 3 水泥乳化沥青混凝土正交试验抗压强度方差分析结果 普通混凝土的强度服从“ 水灰比定则” , 即“ 水灰 比” 是决定因 素, 当原材料 、 质量和其他条件不变时, 水灰比的确定, 就决定 了混凝土强度的大小 5 。 分析原因, 黏土作为惰性材料, 掺人后 减少了水泥用量 , 水泥水化产物减少 , 消弱了与砂石骨料的胶 结能力, 其网状结构 比普通混凝土单薄, 混凝土强度显著降低。 乳化 沥青可延缓水 泥的水化 , 一方 面乳化沥青破乳 后 , 释放水 分参与水泥水化 , 一方面部分沥青包裹水泥颗粒及水化产物 , 改变了混凝土结构 , 降低了混凝土的界面黏结 , 因此大大降低 混凝土强度,
17、 尤其是早期。 且乳化沥青本身含水率高, 其对水胶 比的变化非常敏感。 ( 3 ) 水泥乳化沥青混凝土 2 8 d抗压强度的三个因素极差 ) 相差不大, 且图 I中线段的斜率均较大, 可见, 三因素对 昆 凝土 的抗压强度影响都显著, 即提高混凝土抗压强度在降低黏土掺 量的同时, 要协调好青胶比和水胶比。 ( 4 ) 方差分析中, 2 8 d龄期时, 黏土掺量及青胶比的F比值 大于 1 , 显著性明显, 而水胶比的F比值小于 1 , 显著性较弱; 9 0 d 龄期时, 黏土掺量的 ,比值也最大, 即黏土掺量对混凝土抗压 强度具有显著影响, 这与极差分析所得结果一致。 2 2 优选配合比的混凝土
18、性能试验结果与分析 根据正交配合 比试验结果 , XQ1配合 比的试验结果最 优, 进一步开展水 泥乳化沥青混凝土的性能试验 , 试验结果 图 1 2 8 d 抗压强度与影响因素图 见 表 4 。 表 4 水泥乳化沥青混凝土性能试验结果 试验结果表明 : 随着龄期增长 , 水泥乳化沥青混凝土强 度及变形性能均逐渐增加; 早期抗压强度较低 后期强度增长 较快, 1 4 、 2 8 、 9 0d增长速率分别为于 6 4 、 1 0 0 、 1 7 5 ; 比较而 言, 传统塑性混凝土的 2 8 d抗压强度一般在 2 - 5 MP a , 而水泥 乳化沥青混凝土达到 7 2 1 MP a , 明显高
19、于塑性混凝土。 水泥乳 化沥青混凝土弹性模量较低, 1 4 、 2 8 、 9 0 d增长率分别为 6 7 、 1 0 0 、 1 5 8 , 与抗压强度增长率差别不大, 模强比低于 5 0 0 。 分析原因, 水泥乳化沥青混凝土中, 水泥作为胶结料 , 砂石 骨料构建骨架, 形成了强度结构体系。 而乳化沥青的添加 , 延迟 了混凝土中水泥的水化, 导致水泥乳化沥青混凝土早期抗压强 度发展比较缓慢。 一般情况下, 室内慢裂普通乳化沥青的破乳时 间是 3 0 rai n - 1 h , 本试验中, 砂岩骨料主要是由石英或长石组成 的酸性岩石, 乳化沥青未破乳时, 酸性石料表面带有负电荷, 此 下
20、转第 7 3页 6 7 0 8 7 6 5 4 鲁苣 鼎出 州 蜉 ( e n g i n e e r e d c e m e n t i t i o u s c o m p o s i t e s ) p r o d u c e d w i t h g r o u n d g r a n u l a t e d b l a s t f u r n a c e s l a g J C e me n t a n d C o n c r e t e C o mp o s i t e s , 2 0 0 7 ( 3 7 ) : 1 0 9 6 1 1 0 5 1 8 YA N G Y i n g z
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