不同配合比对UHPC早期性能的影响.pdf
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1、第42 卷第5期2023年10 月文章编号:2 0 95-7 38 6(2 0 2 3)0 5-0 0 6 3-0 6DOI:10.3969/j.issn.2095-7386.2023.05.009武汉轻工大学学报Journalof WuhanPolytechnicUniversityVol.42 No.5Oct.2023不同配合比对 UHPC早期性能的影响徐鑫磊,游其勇(武汉轻工大学土木工程与建筑学院,武汉430 0 2 3)摘要:为了研究不同配合比对UHPC早期性能的影响,使用水胶比、砂胶比、钢纤维掺量三种不同影响因素、共计15组配合比对UHPC的早期性能进行试验研究分析。试验结果显示:水
2、胶比的增大能够有效改善UHPC的流动性,但会导致其早期抗压、抗折强度降低;砂胶比的增大会使UHPC的流动性减弱,适量增大砂胶比能够提高UHPC的早期抗压、抗折强度;钢纤维的掺入能够有效提高UHPC的早期抗压、抗折强度,对提高抗折强度尤为显著,但过量的钢纤维掺量会严重影响UHPC的流动性。试验可为以后设计施工配合比提供一些参考。关键词:超高性能混凝土;早期性能;抗压强度;抗折强度中图分类号:TU528.31The effect of different mixture ratios on the early performance of UHPC(School of Civil Engineer
3、ing and Architecture,Wuhan Polytechnic University,Wuhan 430023,China)Abstract:In order to study the influence of different mixture ratio on the early performance of UHPC,threedifferent factors,such as water-binder ratio,sand-binder ratio and steel fiber content,were studied in thispaper,the early pe
4、rformance of UHPC was studied and analyzed with a total of 15 kinds of mixture.Theresults show that the increase of water-binder ratio can effectively improve the fluidity of UHPC,but it willlead to the decrease of its early compressive strength and flexural strength,and the increase of sand-binderr
5、atio will reduce the fluidity of UHPC,the early compressive strength and flexural strength of UHPC canbe improved by increasing the sand-binder ratio,and the early compressive strength and flexural strength ofUHPC can be improved by adding steel fiber,especially by adding steel fiber,but excessive s
6、teel fiber con-tent will seriously affect the fluidity of UHPC.The results can provide some references for future in thedesign of construction mix ratio.Key words:ultra-high performance concrete;early performance;compressive strength;flexural strength1引言近年来,随着车辆数量的增多,一些旧桥承受了文献标识码:AXYU Xinlei,YOU Qiy
7、ong远超设计的载荷,由此产生了许多安全隐患。推倒重建旧桥不仅成本太高,建设新桥的周期也很长,而在原有旧桥的基础上进行加固维修,不仅可以节省收稿日期:2 0 2 3-0 9-0 8.作者简介:徐鑫磊(1999-),男,硕士研究生,E-mail:156 90 8 1130 7 16 3.c o m.通信作者:游其勇(197 5-),男,硕士,副教授,E-mail:56 599535.c o m基金项目:湖北省交通运输厅2 0 2 2 年科技项目(2 0 2 2-11-6-3)64人力、成本,又可以保证桥梁能在短时间内重新运行。随着对旧桥的加固修复工作逐渐增多,超高性能混凝土(Ultra-High
8、 Performance Concrete,UH-PC)在桥梁加固中的运用次数逐渐增加,因为其具有远超于传统普通混凝土的综合性能,可以在加固维修后提升桥梁的整体稳定性-3。UHPC 的抗压强度能达到12 0 MPa以上,具有超高韧性、超高强度以及超高耐久性,其主要组成材料有水泥、矿物掺合料、粗细骨料、钢纤维、外加剂等,且因为钢纤维的加人,能够大大提升UHPC的延性和吸收能量的能力,能够有效提高建筑设施的抗震性能 4-7 。目前许多学者已经对 UHPC的工作性能和力学性能进行了研究。李锋等 8 通过正交试验法研究发现,当养护方式为蒸汽养护或标准养护时,硅灰掺量对UHPC抗压、抗折强度的影响均是最
9、大,研究确定了UHPC的最佳配合比,发现钢纤维掺量的增加会增大UHPC的抗压、抗折强度。李双欣等 9在超高性能混凝土中加人纳米Al2O:和MgO材料,发现UHPC的内部结构变得更加密实,并且UHPC的抗压强度和耐磨性能均有提高,确定了 MgO掺人量为0.35%时最为合适。黄政宇等 10 1发现不锈钢纤维能够改善UHPC的抗压、抗折强度以及弯曲韧性,且当掺量为2%时,抗压强度最大,在多次干湿循环后,掺入不锈钢纤维的UHPC无明显锈蚀现象。Wang Yingbin等 11发现在UHPC中用超细玻璃粉代替硅粉和高炉渣能够改善UHPC的孔隙填充效果,并且加入超细玻璃粉后能够提高UHPC的抗压强度。Zh
10、uChao等 12 用再生混合粉末和风积砂代替水泥和河砂,并分析研究了UHPC的工作性能、力学性能以及环境影响。Ge Wenjie 等 13 用矿物外加剂代替水泥、海砂代替石英砂、海水代替淡水,发现随着水胶比的提高,UHPC的流动性逐渐增加,制成的UHPC强度高,并且抗渗性、耐氯化物编号水胶比砂胶比水泥A10.16A20.17A30.18A40.19A50.20B10.18武汉轻工大学学报性以及抗冻融性都比普通混凝土更加优异。门光誉等 14 发现当矿渣粉掺量增加或硅粉掺量增加时,UHPC的扩展度以及2 8 d抗压、抗折强度均呈现出先增大后减小的趋势。可以看出,,学者们对不同影响因素对UHPC的
11、性能影响有了一定的研究基础,但是针对多因素耦合对于UHPC早期性能的影响研究相对较少。因此,笔者根据超高性能混凝土制备原理设计出其基础配合比,然后根据不同配合比对UHPC的扩展度、早期抗压以及抗折强度进行试验,并根据试验结果分析水胶比、砂胶比和钢纤维掺量对UHPC的工作性能以及早期力学性能的影响,以期为未来旧桥的加固维修提供一定的理论参考。2试验概况2.1原材料试验中使用的原材料包括水泥、硅灰、粉煤灰、钢纤维、减水剂和水。水泥采用的是PO52.5级普通硅酸盐水泥,其比表面积为37 5m/kg,3d 抗压强度为30.7 MPa,抗折强度为6.3MPa;硅灰,浅灰色粉末,SiO2含量为9 2.5%
12、,比表面积为19 350m/kg;粉煤灰为I级粉煤灰;石英砂的SiOz含量为97.40%,其粒径分别为0.2 0.5mm、0.5 1.0 m m和1.0 2.0 mm;钢纤维为端钩形镀铜钢纤维,抗拉强度为2 8 0 0 MPa,长度为12 mm,等效直径为0.2 mm;减水剂是西卡高性能聚羧酸减水剂,白色粉末,减水率为35%;水为实验室用普通自来水。2.2试验配合比试验主要研究水胶比、砂胶比以及钢纤维掺量对UHPC早期性能的影响规律,,故将水胶比、砂胶比和钢纤维掺量作为试验变量,其中钢纤维掺量按体积百分数计,减水剂的掺量根据其占胶凝材料的质量百分比计。所有试验配合比见表1。表 1 UHPC 试
13、验配合比Table 1UHPC test mix ratio材料用量/kgm硅灰粉煤灰石英砂1.208001.208001.208001.208001.208001.008002023年钢纤维/%减水剂/%水5015050150501505015050150501501200120012001200120010001601701801902001801.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.55期编号水胶比砂胶比水泥硅灰粉煤灰石英砂B20.18B30.18B40.18B50.18C10.18C20.18C30.18C40.18C50.182.3试验方法2.3.1试块
14、的制备将称量好的水泥、硅灰、粉煤灰和石英砂倒入水泥胶砂搅拌机中干拌2 min,使材料能够均匀分散;然后加入提前配制好的减水剂搅拌6 8 min,使减水剂能充分分散在混合材料内部;最后加人钢纤维搅拌2 min。搅拌完成后,将其浇筑到40 mmX40mmX160mm的三联模具中,轻微震荡刮平后用塑料薄膜覆盖,静置2 4h后拆模养护。2.3.2养护方式文中试验均采用蒸汽养护的方式,将试块放入蒸汽养护箱内,在7 0 下分别养护1d、3d 和7 dTable 2 Effects of water-to-adhesive ratio on early UHPC performance抗压强度/MPa编号水
15、胶比扩展度/mmA10.16A20.17A30.18A40.19A50.20从图1中可以看出,随着水胶比的增加,UHPC的流动性得到改善,呈正相关增长趋势。这主要是由于水胶比增加,用水量增多,水泥颗粒与骨料颗粒表面的水膜厚度变厚,使两者之间的摩擦阻力减小,骨料在浆体中更易于滑动,使得UHPC扩展度增加,且扩展度最大为6 8 0 mm时水胶比为0.2 0。对图1中扩展度随水胶比的变化情况进行拟合,其线性拟合关系为y=792十7 30 0,R=0.97458,拟合关系良好。徐鑫磊,游其勇:不同配合比对UHPC早期性能的影响材料用量/kgm1.108001.208001.308001.408001.
16、208001.208001.208001.208001.20800表2 水胶比对UHPC早期性能的影响1d3d390126.47450121.63490109.83600101.3168098.4465续表钢纤维/%减水剂/%水501505015050150501505015050150501505015050150147.92144.49129.24115.65111.37110012001300140012001200120012001200后将试块取出,然后进行抗压、抗折强度试验。2.3.3抗压、抗折试验参照GB/T500812002普通混凝土力学性能试验方法标准对UHPC 进行抗压、抗
17、折试验,且均使用深圳万测试验设备有限公司生产的抗压抗折一体机进行试验。3丝结果与分析3.1水胶比对UHPC早期性能的影响试验对比分析了5种不同水胶比(0.16、0.17、0.18、0.19、0.2 0)对UHPC早期性能的影响。结果如表2、图1和图2 所示。7d1d155.1633.14151.3831.95140.0626.44130.8224.24116.2722.13从图2 中可以看出,随着水胶比的逐渐增大,UHPC的早期抗压、抗折强度均呈现出逐渐降低的趋势。与最低水胶比0.16 相比,当水胶比增大到最大0.2 0 时,其7 d抗压、抗折强度降低2 5.0 6%和33.98%。这是因为当
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