镁渣混凝土的早期抗裂.pdf
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1、2 0 1 5年 第 1 0期 (总 第 3 1 2 期 ) Nu mb e r 1 0 i n 2 0 1 5( T o t a l No 3 1 2 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AL AND ADM I NI CL E d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 1 0 0 1 8 镁渣混凝 土的早 期抗裂 崔自治,王建峰。 陈东东,万清琦 ( 宁夏大学 土木与水利工程学院, 宁夏 银川 7 5 0 0 2 1 ) 摘要: 针对镁渣利用率低 , 以及对现代混凝土尺寸稳定性要求高的
2、问题 , 以镁渣掺量 、 粉煤灰取代率为因素, 设计单因素及正 交试验方案, 试验研究镁渣混凝土的早期抗裂性。 结果表明 : 混凝土单位面积的总开裂面积与镁渣掺量呈下凹的二次 曲线关系, 与水分蒸发率有显著的线性相关性。 在镁渣掺量不大于 3 0 时, 混凝土的早期抗裂性 随镁渣掺量的增加而增大, 镁渣掺量大于 3 0 后 , 随镁渣掺量的增加转而趋于恶化, 镁渣的最优掺量约为 3 0 。 镁渣和粉煤灰对混凝土的早期开裂均有抑制效应, 镁渣 的 作用效应明显的强于粉煤灰的作用效应, 掺入适量的镁渣可以提高混凝土的早期抗裂性。 关键词 : 混凝土; 镁渣; 收缩补偿 ; 早期抗裂 中图分类号:
3、T U 5 2 8 0 4 文献标志码: A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 1 0 0 0 7 1 0 4 Ea r ly c r a c k i n g o f ma g n e s i u m s la g c on c r e t e CU Z i z h i ,WA NG J i a n f e n g, C HE N Do n g d o n g,WA N Q i n g q i ( C o l l e g e o f Ci v i l a n d Hy d r a u l i c E n g i n e e n n g, Ni n g x i
4、 a Un i v e r s i t y, Yi n c h u a n 7 5 0 0 2 1 , C h i n a ) Abst r a c t: I n v i e w o f t h e l o w u t i l i z a tio n r a t e o f ma g n e s i u m s l a g, h i g h s i z e s t a bi l i t y r e q u i r e me n t o f mo d e m c o n c r e m p r o b l e m , t a k i n g ma g n e s i u m s l a g c
5、o n t e n t a n d fly a s h r e pl a c e me n t r a t e a s ma i n f a c t o r s , o r t ho g o n a l t e s t s c he me wa s d e s i g n e d t o s t u d y t h e e a r l y c r a c k r e s i s t a n c e o f ma g n e s i u m s l a g c o n c r e t e b y e x p e r i me n t Re s u l t s s h o we d tha t :
6、 t o t a l c r a c k a r e a p e r un i t a r e a o f c o n c r e t e a nd ma g n e s i u m s l a g c o n t e n t i s c o nc a v e qu a d r a ti c r e l a t i o ns h i p, s i g n i fic a n t l i n e ar c or r e l a t i o n wi t h wa t e r e v a po r a t i o n r a t e; Th e e a r l y c r a c k r e s
7、i s t a n c e o f c o n c r e t e i n c r e a s e s wi th i n c r e a s i n g ma g n e s i u m s l a g c o n t e n t wh e n ma g ne s i u m s l a g c o n t e nt i s no t mo r e tha n 3 0 , wo r s e n i n g wh e n mo r e t h a n 3 0 , t h e o pt i mu m ma g n e s i u m s l a g c o n t e n t i s a b o
8、 u t 3 0 M a g ne s i u m s l a g a n d fly a s h h a v e i nh i b i t o r y e f f e c t on e a r l y c r a c k i n g o f c o nc r e t e, the e f f e c t o f ma g n e s i u m s l a g i s o b v i o u s l y s t r o n g e r than fly a s h a p p r o p ria t e a mo un t o f ma g n e s i u m s l a g c a n
9、 i mp r o v e the e a r l y c r a c k res i s t - a n c e of c o n c r e t e Key wor ds: c o n c r e t e; ma g n e s i u m s l a g; s h r i n ka ge c o mpe ns a t i o n; e arl y c r a c k r e s i s t a n c e O 引 言 塑性收缩大是高流动性混凝土的典型诟病, 轻者影响 外观 , 重则影 响混凝土 的耐久性 和结构 安全 。 水灰 比、 集 料 、 各种掺合料和外加剂对混凝 土塑性收缩变形的
10、影响研 究为混凝土早期 抗裂设计和深入研究 奠定 了深厚 的理论 基础 。 。 镁渣是金 属镁 厂冶炼镁排 出的还 原废渣 , 含有 一 定量 的 Mg O, 适量掺加能提 高混凝 土的早期强度 , 减少 混凝土的干燥收缩 , 且无膨胀 性危害 。 掺加掺合料 是 实现混凝土高性能不可缺少的重要措施, 应用最广泛的掺 合料是粉煤灰 。 以镁渣掺量 , 粉煤灰取代率为因素 , 开展镁 渣混凝 土的塑性收缩特性研究 , 是利用镁渣 的膨胀性提高 混凝土早期抗裂性的一项基础性研究 , 具有重要的理论价 值和现实意义。 1 材料与方 法 1 1 材料 与处理 水泥为宁夏赛马水 泥厂生产的赛 马牌 P
11、O 4 2 5 R级 水泥 , 2 8 d 抗压强度为 4 7 6 MP a , Mg O含量为 1 9 。 镁渣 取 自宁夏惠冶镁 业有 限公 司, 主要 化学成 分为 C a O、 S i O 、 Mg O和 F e 2 03 , 以及少 量 的 A1 O j 、 P 2 O 、 s o; 和其他 , X R F分析结果见 表 1 。 矿物组成 主要 为 C S 、 一 C : S 、 Mg O、 Mg , N 和 f C a O, 如 图 1 所 示。 颗粒 较粗 的镁渣活性低 , 填充效果不 良, 易压碎 , 为 了保证混凝土 的 强度 , 将镁渣过 2 0 m m筛 , 去除较粗的颗
12、粒 。 2 0 m m筛下 镁渣 的颗 粒 组 成 如 图 2所 示 , 大 于 8 0 0 m 的颗 粒 约 1 6 0 , 主要是 8 0 0 m 的颗粒 , 颗粒较细 , 有 一定的填 充效应。 表 1 镁渣的主要化学成分 粉煤灰为 F类 I 级灰 , 4 5 m筛余 5 8 , 需水 比 9 3 。 主要化学成分为 S i O 2 、 A 1 2 O 3 和 F e 2 O 3 , 少量 的 K z O、 S O 、 T i O 、 P : O 、 C a O和其他 , X R F分析结果见表 2 。 细骨 料 为 山 砂 , 级 配 良好 , 细 度 模 数 2 7 3 , 含 泥
13、量 收稿 日期 : 2 0 1 5 0 卜 1 9 基 金项 目: 国家 自然科学基金 ( 5 1 3 6 8 0 4 7 ) ; 教育部“ 长江学者和创新 团队发 展计划 ” ( I R T 1 0 6 7 ) 71 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 5 。 粗骨料为 5 2 5 m i l l 连续级配碎石 , 压碎指标 5 8 , 含泥量 0 6 。 巷 撰 I5 a y- C S ,b口- C2 S ,c Mg O,d Mg N2 ,e f - Ca O a I Iji1 3 0 3 5 4 0 图 1 镁渣的 X R D 粒 径 p , m 图2镁渣
14、的颗粒组成 表 2 粉煤灰的主要化学成分 S i O2 AI 2 O3 F e 2 O3 K2 O S O3 Ti O2 P2 O5 Ca O 4 9 1 8 2 9 1 8 1 O 5 3 7 5 3 08 2 1 1 1 6 4 0 4 9 泵送剂 由聚羧酸高性能减水剂和葡萄糖酸钠缓凝剂 配制而成 , 减水率 2 0 。 试验用水为洁净 自来水。 1 2试 验 方 法 性收缩裂缝较为严重 的混凝土 。 故 以 C 3 0混凝土 为研究 对象 , 分别设计 k ( 3 ) 正交试验和单 因素试验方案。 正交 试验方案 以镁渣掺量 m和粉煤灰取代率,为因素 , 研究镁 渣与粉煤灰复合对混凝土塑
15、性收缩性能的作用规律 、 重要 性次序和最优组合 , 因素水平见表 3 , 其中 e 1 、 为空白列。 单因素试验方案 , 固定 粉煤灰取代率为 2 5 , 镁渣掺量分别 设 0 、 1 0 、 2 0 、 3 0 和 4 0 等 5个水平, 目的能在较详细 的 水平上研究镁渣掺量对混凝土塑性收缩性能的作用规律。 表 3正交试验方案的因素与水平 粉煤灰取代率为粉煤灰与胶凝材料用量 的比值 , 等量 取代水泥 , 镁渣掺量 为镁渣 与胶凝 材料用量 的比值 。 粉煤 灰等量取代水泥已使 昆 凝土的强度有所损失, 镁渣的活性 低 , 若作为活性掺合料取代水泥会进一步加剧混凝土 的强 度损失 。
16、镁渣颗粒 细, 掺人混凝土会使细组分增加 , 一定程 度的影响混凝土 的工作性。 鉴于此 , 将镁渣作 为部分细骨 料等量取代砂子 , 以防止 对混凝 土 的工 作性 产生 明显影 响 , 同时也为粉煤灰引起的混凝土 的强度损失给予一定 的 补偿。 参考文献 6 8 , 同时兼顾镁渣混凝土 的和易性 和 力学性能 , 设 置各 因素 的水平 范 围。 混 凝 土 的配制 强度 3 8 2 MP a , 单位用水 量 1 8 0 k g , 水胶 比 0 5 2 , 砂 率 4 4 , 泵 送剂掺量 0 8 , 单 因素试验方 案混凝 土各项材料用量列 C 3 0混凝土是工程 中最为常用的混凝土
17、 , 也是产生塑 于表 4 , 正交试验方案混凝土各项材料用量列于表 5 。 表 4单因素试验方案混凝土各项材料用量 混凝 土的塑性 收缩试 验按 照普通 混凝 土长期性 能和 耐久性试验方法标准 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 进行。 2结果 与分析 2 1 单 因素试验结果分析 单因素试验结果 列于表 6 , 单 位面积 的裂缝 数 目 C 、 7 2 单位 面积上的总开裂面积 C 、 水分蒸发率 E 与镁渣掺量 m的关系 , 以及总开裂面积 c 与水分蒸发率 E 的关 系示 于图 3 。 表 6和图 3可知 , 镁 渣掺量不 大于 3 0 时 , 随镁渣 掺 量的增加
18、, 混凝土的最大裂缝宽度逐渐减小 , 由 0 4 m m 以 上减少到 0 2 m m 左右 , 单位面积 的裂缝数 目、 单位面积上 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 的总开裂面积、 平均开裂面积和水分蒸发率均减小。 镁渣 掺量达到 4 0 时, 单位 面积上 的总开裂 面积 、 平均开裂 面 积和水分蒸发率均转而增大 , 出现 1 2条较宽 的裂缝 。 可 见 , 镁渣 的最优掺量约为 3 0 , 此 时混凝土 的塑性收缩 变 形最小 。 镁渣掺量为 3 0 时 , 混凝土表面的裂缝细微 , 单位 面积的裂缝数 目 1 0条 m , 总开裂面积 1 0 0 m
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