轻细骨料内养护混凝土抗压强度与模拟.pdf
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1、2 0 1 3 年 第 3 期 (总 第 2 8 1期 ) N u mb e r 3 i n 2 0 1 3 ( T o t a l No 2 8 1 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 THE ORETI CAL RES EARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 3 0 3 0 1 2 轻细骨料内养护混凝土抗压强度与模拟 向亚平 1 , 2 ,魏亚 。 ( 1 中国矿业大学( 北京) ,北京 1 0 0 0 8 3 ; 张倩倩 z ,王栋民 2 清华大学 土木工程系,北京 1 0 0 0 8 4 ) 摘要
2、 : 研究了 2 种饱水轻细骨料( 粉煤灰陶砂和页岩陶砂 ) 各 自等体积取代不同普通砂时对水灰比 O _ 3 和 0 4 混凝土 2 8 d 抗 压强度影响。 试验表明: 取代砂体积为 0 6 0 时, 随着轻细骨料掺量增加 , 水灰比 0 3 两种轻细骨料混凝土 2 8 d 抗压强度都高于 普通混凝土 , 且都在 4 0 时达到最高; 取代砂体积 0 4 0 时, 水灰 比0 4两种轻细骨料混凝土 2 8 d 抗压强度随轻骨料掺量增加而 减小。 当水灰 比和取代砂体积相 同时 , 掺粉煤灰陶砂混凝土 2 8 d 抗压强度都要高于掺页岩陶砂混凝土。 对含有轻细骨料混凝土的 抗压强度进行理论模
3、拟 , 为此提出了混凝土中轻骨料体积一 孔隙率转换系数 - y ( o 1 ) , 结合强度孔 隙率模型 、 P o w e r模型和内养护 浆体模型计算了轻细骨料内养护混凝土 2 8 d 抗压强度 , 模拟结果与试验值较为吻合。 关键词: 轻细骨料 ;混凝土;内养护;抗压强度模拟 中图分类号: T U 5 2 8 O 1 文献标志码: A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 3 0 0 4 4 0 4 C o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f i n t e r n a l c u r i n g c o n c
4、 r e t e w i t h l i g h t w e i g h t f i n e a g g r e g a t e - e x p e r i me n t a n d mo de l i n g XI ANGYa - p i n g , WE I Ya 2 , Z HANGQ i a n q i a n 。 , WANGDo n g - mi n ( 1 C h i n a U n i v e r s i t y o f Mi n i n g a n d T e c h n o l o g y , B e ij i n g 1 0 0 0 8 3 , C h i n a ; 2
5、 D e p a r t me n t o f C i v i l E n g i n e e r i n g , T s i n g h u a Un i v e r s i ty, B e ij i n g 1 0 0 0 8 4 , C h i n a ) Ab s t r a c t : T wo t y p e s o f s a t u r a t e d l i g h t we i g h t fi n e a g g r e g a t e s ( b l a s t f u r n a c e s l a g a n d s h a l e s a n d) we r e
6、u s e d t o s u b s t i t u t e t h e e q u i v a l e n t v o l u me o fr e g u l a r fi n e a g g r e g a t e s i n t h e c o n c r e t e s p e c i me n s ( wi t h W C r a t i o o f 0 3 a n d 0 4) T h e i n f l u e n c e o n 2 8 d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h d u e t o t he r e p l a c e me
7、 nt of r e g u l a r fin e a g g r e ga t e s b y t h e s e l i g h t we i g h t fin e a g gre g a t e s wa s i n v e s t i g a t e dEx pe r i me n t a l e v i d e nc e s h o we d t h a t w h e n t h e r e w a s 0 6 0 v o l um e o f fi n e a g gr e g a t e r e p l a c e d , a t 0 3 W C r a t i o , t
8、he c o n c r e t e s a mp l e s w i th l i ght w e i g h t fi n e a g g r e g a t e s wo u l d e x h i b i t h i ghe r 2 8 d c o m p r e s s i v e s tr e n g t h tha n n o r ma l c o n c r e t e Wh e n 0 4 0 o f fi n e a g g r e g a t e w a s s u b s t i tut e d b y l i ght w e i ght fi n e a g gre
9、g a t e s , f o r W C = 0 4, the s p e c i me n S 2 8 d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h d e c r e a s e s a s t h e p r o p o r t i o n o f fi n e a g g r e g a t e i n c r e a s e s Whe n the v o l u me f r a c t i o n o ft h e r e pl a c e me n t fi ne a g gre g a t e a nd the W C we r e e q
10、ua l , t he bl a s t - f 1n T l a c e - s l a g - bl e nd c o n c r e t e s pe c i me ns we r e s t r o n g e r i n c o m p r e s s i v e t h a n t h e i r s h a l e c o u n t e r p a r t s I t a t t e m p t e d t o m o d e l t h e c o mp r e s s i v e s t r e n gt h o f l i ghtwe i ght fi n e - a g
11、 g r e g a t e c o n c r e t e A p ara me t e r - l i g h t we i ght fi n e a g gre g a t e v o l u me t o - p o r o s i ty c o n v e r s i o n c o e ffic i e n t ( 0 - 1 ) wa s i n t r o d u c e d T h e S tr e n g t h p o r o s i ty r e l a t i o n s h i p , P o w e r s mo d e l , i n t e r n a l c
12、 u r i n g p a s t e v o l u me mo d e l we r e i n c o r p o r a t e d i n thi s mo d e l p r e d i c t i o n o f t h e 2 8 d c o mp r e s s i v e s tr e n g t h o f the s p e c i me n s Th e t e s t r e s ul t s a nd t h e mod e l p r e di c t i o ns h a ve s ho wn g o o d a gre e me nt K e y wor
13、d s : l i g h t we i g h t fi n e a g gre g a t e ; c o n c r e t e ; i n t e rna l c u ri n g; p r e d i c t i o n o f c o mp r e s s i v e s t r e n gth 0 引 言 高性能t 昆 凝土 由于水胶 比很低 , 内部相对湿度随水泥 水化进行 而降低 , 产生 自干燥现象 , 引起 自收缩 , 易产生原 始微裂缝 , 影响混凝土的耐久性。 对此, 国外学者最早 用轻 骨料 1 作为内养护材料用于减少混凝土 自收缩 , 取得 了较 好 的效果 。
14、当低水灰 比混凝 土水泥水化导致 内部相对湿度 下 降时 , 饱水轻骨料 中的水便能释放到毛细孔 中, 一 方面 促进水泥继续水化 , 更重要的是提高混凝土内部相对湿度 , 减少 自收缩 。 在饱水轻骨料的内养护作用下 , 混凝 土内部水化程度 要高于普通混凝土, 在一定程度上能提高混凝土 的抗 压强 度 , 但同时由于轻骨料本身强度很低 , 会对混凝土抗压 强 度产生负面影响 , 故轻细集料 内养护混凝土抗 压强度相对 普通混凝土是提高还是降低要根据实际情况而定。 P L u r a 2 、 B e Na m i n E d w i n B y a r d 3 和 D a n i e l C
15、 u s s o n 4 研究得到饱 水轻 细骨料用于 内养护能提高砂浆或混凝土抗 压强度 。 G l o r y J o s e p h I 、 李北 星旧 和王发洲等 同 用粗轻骨料 内养 护混 凝土 时混凝土抗压强度均要小于普通混凝土 , 且粗骨料用量越 大混凝土强度越低 。 由上可知轻骨料性能对内养护混凝土 抗压强度影响很大 , 需要对轻骨料在混凝 土中的作用 给出 合理的解释。 收稿 日期 :2 0 1 2 - 0 9 2 6 基金项 目:高等学校博士学科点专项科研基金资助课题( 2 0 1 1 0 0 0 2 1 2 0 0 1 0 ) 4 4 1 原材料及 试验方 法 1 1 试
16、验原料 ( 1 ) 水泥: 本研究所用水泥为中国联和水泥有限公司生产 的基准水泥 , 比表面积 3 5 0 mE k g , 水泥化学组成如表 1 所示。 表 1 水泥的化学组成 Si O2 A1 2 03 Fe 2 03 Ca O M g O S O3 Na 2 0 21 58 403 346 61 5 2 6 O 2 8 3 O 51 ( 2 ) 内养护材料 : 混凝土 内养护材料为粉煤灰陶砂( 下 文用 F 代替 ) 和页岩陶砂( 下文用 S 代替 ) , 试验前预湿 1 d , 粉 陶相关性能如表 2 所示。 表 2 轻骨料性能 轻骨料粒径 n un 4 h 率 k g 度 m ) k
17、 观密 g m 3 孑 筒压 M 强度 P a ( ) ( ) F 2 5 1 7 6 7 1 6 2 2 2 1 5O 3 39 98 S 0 6 3 5 1 4 3 3 1 3 3 0 2 1 1 1 4 8 1 4 2 ( 3 ) 集料 : 粗集料为北京门头沟地区的石灰石碎石 , 表观 密度 2 6 5 0 k g m , 饱和面干吸水率 1 2 , 粒径为 5 2 5 m m。 细 集料 为河 砂 , 表 观密 度 2 6 5 0 k g m , 饱 和 面干 吸 水率 1 5 , 细度模数 2 6 。 ( 4 ) 减水剂 : 试验所用减水剂为聚羧酸减水剂 ( P C) 。 1 2试
18、验 方 法 ( 1 ) 轻骨料 释水性 能 : 饱水 轻骨料释水效 率对其 内养 护效果影响显著 , 试验采用 4 种不 同相对湿度( 见表 3 ) , 对 饱水轻骨料释水性能进行测试 , 试验方法为饱水 F和 S 在 R H= 9 7 4 环境 中放置 5 d后移人 R H = 9 4 2 中放 置 5 d , 再放置 R H= 8 5 1 中 5 d 。 表 3 不同环境对应相对湿度( 盐溶液为饱和溶液。 温度 2 3) ( 2 ) 混凝 土抗 压 强度 : 混凝 土抗 压 强 度试 件尺 寸 为 1 0 c m x l 0 c mx l 0 c m, 每组 3 个试块 , 成型后 1 d
19、 拆模 , 在标 准养护间( R H9 5 , 温度( 2 0 3 ) ) 养护至 2 8 d 时测抗压 强度 , 实测值乘以换算系数 0 9 5 为混凝土标准抗压强度值 。 ( 3 ) 水泥水化程度 : 用净浆搅拌锅成型水灰 比 0 3 和 0 4 净浆, 待净浆泌水结束后装模, 同时将饱水轻骨料放入水灰比 0 3 和 0 4 净浆中, 到各龄期取轻骨料周围约 1 1 T l r n 净浆和普通 净浆, 放人丙酮中阻 I 匕 其继续水化。 水化程度测试采用北京精 仪器厂生产的 H C T 1 中温型热重分析仪进行 D T A T G分析。 ( 4 ) 混凝土孔隙率 : 到龄期后 , 将普通混
20、凝 土试块用岩 石切割机切成试件尺寸为 1 0 c mx l 0 c mx 5 c m, 放入烘箱 中 烘 干至恒重 , 记质量为 m 。 ( g ) , 然后真 空饱水 2 4 h , 取 出后 让试块处于饱和面干状态 , 记质量为 m ( g ) , 则孔隙率 。 I 3配合 比设 计 对轻骨料 内养护混凝土 , 若使混凝土不产生 自收缩需 要掺人适量 的饱水轻骨料 , D a l e B e n t z t S 建立 了饱水轻骨料 掺量公式 : 帆 ( 1 ) 5 L w A 式中 : 单位立方米混凝土需要的轻骨料用量 , k g m , ; c f 单位立方米水泥用量 , k g m
21、; c S 水泥完全水化产生 的化学 收缩 , 0 0 6 4 m L g ; 一一 预期最大水化程 或当 3 6 时 1 ) ; S 轻骨料饱和度( 0 1 ) ; 轻骨料 吸水率。 结合 表 2和式( 1 ) : 对水 灰 比 0 3混凝土 : F替代砂体 积为 4 8 , S为 6 5 。 对水灰 比 0 4 混凝 土 , F 替 代砂体积 为 4 9 , S为 7 2 。 考虑到混凝土工作性和内养护效果 , 对水灰比 0 3 混凝 土轻细骨料替代砂体积定为 2 0 、 4 0 和 6 0 , 对水灰t L o 4 混凝土轻 细骨料取代 砂体积定 为 2 0 和 4 0 。 配合 比见
22、表4 , 骨料均 为饱和面于状态 , 其 中 0为基准。 2 试验结果 与讨论 2 1 轻 骨料释 扣 生能 由图 1 知 , 饱水 F和 S 在 R H = 8 5 时几乎能释放出 1 0 0 表 4混凝土配合比设计表 编号 积水舭 , , , , , 震 占 0 2 0 4 0 6 O O 3 5 6 7 1 7O 2 0 40 6 0 0 2 0 4 0 2 0 4 0 O O4 05 4 88 4 2 8 1 9 5 21 4 l 0 3 3 1 0 3 3 6 89 5 51 41 2 2 7 6 5 5l 4l 2 2 7 6 6 8 9 5 51 4l 2 5 51 41 2 6
23、8 9 45 踟 加 如 如 1 O O O 0 0 O O O 0 0 O 0 o m m拼 0 m 0 如脚 啪 喜 i 脚 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 的水 , 在 R H = 9 4 2 下 F 也能释放出来约 7 0 的水 , S能释 放 出约 8 0 的水 , 说明 F和 S释水性能非常好 , 适 宜做 内 养护材料 。 KH 图 1 2种饱水轻细骨料在不同相对湿度下释水效率 2 2 轻细骨料掺量对混凝土 2 8 d 抗压强度影响 F和 s不同掺量对应混凝土 2 8 d 抗压强度见 图 2 , 由 图 2可知 : 对水灰 比 0 3 混 凝土 , 随着轻骨料掺量增加 ,
24、 F 和 s混凝土 2 8 d 抗压强度都要高于普通混凝土 , 这与部分 学者研究结论一致 , 主要原因是饱水轻骨料提供了额外 的内养护水供周 围水泥继续水化 , 使水化程度 明显高于普 通净浆 ( 见 图 3 ) , 混凝土更加密实 。 对水灰 比 0 4混凝土 , 随着轻骨料掺量增加 , F和 s 混凝土 2 8 d 抗压强度逐渐较 小 , 原 因是在水灰比 0 4 混凝土中轻骨料周 围水泥水化程 度与基体相差较小 ( 见 图 3 ) , 同时由于轻骨料本身强度要 明显低于碎石 , 当用饱水轻骨料做 内养护材料 时会对混凝 土内部造成一定的缺 陷, 可能导致混凝土抗压强度随轻骨 料掺量增加
25、而降低 。 故对轻细骨料 内养护混凝 土 , 到底 是 轻骨料 内养护对抗压强度作用大还是其造成的缺 陷作 用 大, 需要进行深入的理论模型计算。 7 6 7 2 68 萋 60 56 52 0 20 40 6O 轻骨料取代砂体积 , 图2 轻骨料不同掺量对水灰比0 3 和 0 4混凝土2 8 d 抗压强度影响 1 0 O 8 0 6 0 40 * 2 O 0 4F 4 F M o d e 1 A 40 4 0一 Mo d e l 3 F 3 F Mo d e l o 30 3 0一 M o d e l lU l, ZU 2, j U 龄期 , d 图3水灰比 0 3和 0 4净浆及 F 周
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