大掺量粉煤灰混凝土抗弯强度试验误差的研究.pdf

2 0 1 4年 第 1期 (总 第 2 9 1期 ) Nu mb e r 1 i n 2 0 1 4 ( T o t a l No 2 9 1 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THE0RETI CAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 4 0 1 0 0 3 大掺量粉煤灰混凝土抗弯强度试验误差的研究 毛明杰 a , b , c ，杨秋宁 a , b ,c ( 宁夏大学 a 土木与水利工程学院；b 宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术中心 c 旱区现代农业水资源高效利用教育部工程研究中心 ，宁夏 银川 7 5 0 0 2 1 ) 摘要 ： 针对水泥取代率 3 0 以上的大掺量粉煤灰混凝土的力学性能指标进行了测试。 重点分析了单点及双点加载试验条件 下 ， 各龄期混凝土抗弯强度的增长率及误差。 结果表明： 双点加载条件下大掺量粉煤灰混凝土 2 8 、 9 1 d 抗弯强度及抗弯强度离散 系数较单点加载条件下测试值减小；后期抗弯强度增长率测试值无明显差异；路面用混凝土在粉煤灰取代率大于规范规定的 3 0 时 ， 需考虑抗弯强度的误差影响。 关键词： 大掺量粉煤灰混凝土 ；抗弯强度 ；双点加载试验 ；单点加载试验 ；离散系数 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 1 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 0 1 0 0 0 9 0 3 T e s t e r r or o f t h e b e n d i n g s t r e n g t h o f c on c r e t e w it h h i g h v ol u m e f l y a s h MAOMi n g j i e Y A NGO j t m i n g 。 ( a S c h o o l o f Ci v i l a n d Hy d r a u l i c E n g i n e e r i n g ； b E n g i n e e r i n g T e c h n i q u e Re s e a r c h Ce n t e r f o r Wa t e r S a v i n g I rri g a t i o n a n d W a t e r Re s o u r c e s i n Ni n g x i a；C Eng i n e e rin g Re s e a r c h Ce n t e r of M i n i s t r y o fEd u c a t i o n f o r Effic i e n t Ut i l i z a t i o n o f Mo d e mA g r i c u l t u r e Wa t e r R e s o u r c e s i nA r i d ， N i n g x i a U n iv e r s i t y ， Y i n c h u a n 7 5 0 0 2 1 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： Me c h a n i c s P e r for ma n c e wa s t e s t e d t o t h e r a t e mo r e tha n 3 0 o f c o n c r e t e wi th h i g l 1 v o l u me f l y a s h I t an a l y z e d g r o wt h r a t e a n d e r r o r o ft h e be n d i n g s t r e ng t h of c o n c r e t e u n d e r t e s t c o nd i tio n s o fs i n g l e po i nt l oa d t e s t a n d t wo p o i nt s l o a d t e s t Te s t v a l u e s o f28 d an d 91 d o f t h e b e n din g s t r e n g t h a n d c o e ffic i e n t o f v a r i a b i l i ty o f c o n c r e t e wi th h v o l u me fl y As h wa s d e c r e a s e d u n d e r tw o p o i n t s l o a d t e s t ， T e s t v a l u e s h a d n o s i g ni fic an t d i f f e r e n c e i n the l a t e； t h e b e n d i n g s t r e ng t h o f e r r o r i n flue nc e s h o u l d b e c o ns i d e r e d tha t fly a s h r e pl a c e me n t r a t i o wa s g r e a t e rthan 3 0 K e ywo r d s ： c o n c r e t e w i thh i 曲 v o l um e fl ya s h ； b e n d i n g s t r e n g t h ； two p o i n t s l o a d t e s t ； s i n g l e p o i n t l o a d t e s t ； c o e ffic i e n t o f v a r i a b i l i t y 随着粉煤灰混凝土技术的进步发展 ， 粉煤灰混凝土在 道路铺装工程中， 因其施工方便快速， 价格便宜 ， 且强度 、 弹性模量、 稳定性及耐磨蚀性均优于沥青混凝土等特性 ， 愈来愈多的被使用于道路施工中。 但由于对粉煤灰混凝土 抗弯强度、 耐久性( 耐磨性) 等性能的认识不足， 而担心路 面开裂、 起砂等损伤现象的发生 ， 实际路面施工中粉煤灰 取代水泥率标准常为 1 0 - 2 0 左右 ， 很少达到 3 0 1 。 本 研究将粉煤灰取代水泥率 3 0 以上配制的混凝土 ， 称为大 掺量粉煤灰混凝 ： i ： ( H i g h V o l u me F l y A s h C o n c r e t e ， 以下略 称 H VF A混凝土) 。 为提高 H V F A混凝土在道路工程 中的应用性能 ， 我 国 研究者钱觉时、 孟志良及国外研究者 Me h t a 、 Ma l h o t r a 等做 了多方面的研究 ， 并取得了多种有效的方法固 。 然而当 H V F A 混凝土用于路面施工时， 因为受车载重力及车轮冲击等作 用频繁 ， 且户外条件的侵 蚀影响 ， 所 以对 H V F A混凝土的 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 7 - 3 0 基金项 目：宁夏 自然科学基金( N Z 1 2 1 5 3 ) 抗弯强度的设计要求较高圈 。 由此若能明确取代率大于3 0 的粉煤灰混凝土的抗弯强度发展特征及误差影响 ， 用 于道 路路面工程时， 将会更大程度的提高粉煤灰的使用量， 既满 足社会建设发展 的需要 ， 降低 了工程造价 ， 又保护了生态 环境 ， 节约了土地资源 ， 意义深远。 1 试 验 概 况 1 1试 验 方 法 对强度误 差的研究常用 有试验 数据统计分 析和理论 建模解析的方法。 其中通过破坏模型的讨论可较清晰的明 确其误差产生的原因。 混凝土强度误差 ， 除试件制作误差外 、 测试误差 、 材料性能 的不稳定 、 干燥收缩 、 强度分布不均等 因素外 。 材料 固有性能的不均一 ， 是造成误差的主要原因。 本研究拟通过测试两种加载条件下大掺量混凝 土抗 弯强度早 、 后期力学性 能发展 规律 ， 讨论 因粉煤灰 掺合量 不同 ， 所引起 的混凝土材料不均一性及尺寸效应产生的误 差结果及离散性。 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 混凝土力学性能按 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 普通混凝土力 学性能试验方法标准 ， 细度按 G B 8 0 7 4 1 9 8 7 水泥比表 面积测定方法( 勃式法 ) 试验。 粉煤灰按 G B 1 5 9 6 1 9 9 7 用于水泥和混凝土中的粉煤灰 进行试验。 1 2 试验材料 水泥： 采用宁夏水泥厂赛马牌 P O4 2 5 级水泥。 密度为 3 1 2 0 k g m ， 比表面积 3 3 0 m V k g 。 粉堞灰： 采用宁夏石化分公司产 ， 密度为 2 3 0 0 k g m ， 比表 面积 4 3 6 m2 k g 。 4 5 Ix m筛余 1 9 、 烧失量 4 2 、 该粉煤灰 筛余量较小， 属 I l 级粉煤灰。 化学成分见表 1 。 表 1 粉煤灰化学成分 材料名称 C a O S i O 2 A1 2 O 3 F e 2 O 3 Mg O S O 3 K 2 0 N a 2 0 L o s s 粉煤灰 3 2 4 5 7 9 2 7 7 4 6 0 4 8 0 2 1 1 0 1 0 6 3 3 0 骨料 ： 采用天然砂石骨料 ， 质地坚硬 ， 颗粒级配 良好 。 粗骨料使用粒径 5 2 0 mm， 表观密度 2 7 3 0 k g m 的碎 石 ， 吸水率为 0 7 5 。 细骨料全部使用表观密度为 2 5 8 0 k g m ， 吸水率为 1 1 5 的河砂。 1 3混 凝 土 配 合 比 试验针对混凝土铺装路面， 设计抗弯强度 5 0 MP a ， 坍 落度指标2 。 5 c m且各配合下每立方米混凝土中粗骨料用量 一 定。 为使试验结果具有可比性， 保持水胶比不变 ， 只改变 粉煤灰的掺量 ， 即取代水泥的量为 0 、 3 O 、 5 0 、 6 0 ( 以下略 称 F 0 、 F 3 0 、 F 5 0 、 F 6 0 ) 。 原配合设计有 7 0 混凝土 ， 但所定龄 期后达不到设计强度 ， 所以本研究上限取代率取为 6 0 。 外 加剂使用聚羧酸系高效能 A E 减水剂。 混凝土配合 比见表2 。 表 2 混凝土配合比 1 4 试件的制作与试验 混凝 土搅拌使用容积 1 0 0 L强制立式搅拌机 。 先加入 水泥 、 粉煤灰和细骨料 3 0 S 搅拌均匀后 ， 再加入水和减水 剂搅拌 6 0 S ， 最后加入粗骨料搅拌 1 8 0 S 后， 观测其坍落度 同时将混凝 拌合物注模 ， 2 4h 后拆模 ， 放人养护池 养护 ， 试件尺寸 为 1 0 0 mmx l 0 0 mmx 4 0 0 m m 的棱柱体 。 试验段 跨度 3 0 0 mm。 每种配合各制作 1 2 件试 件。 达到设定龄期 后( 龄期为 7 、 2 8 、 9 1 、 1 8 2 d ) 取 出 ， 自然 晾干之后进 行试验 。 分别采用单点 ( 中央处 ) 及 双点 ( 3 等分 ) 加荷 ， 对 两种加 载 条件下的各 6 件试件结果进行分析。 加载方式如图 1 所示。 为方便 比较 ， 在抗弯试验后 ， 对断裂的两半块混凝土试块 侧面进行抗 压试验 ， 测试其抗压强度 。 2试 验 结 果 2 1 抗 弯强度 对抗 压强 度试验结果 的分析：在之前 文章 已做 阐述【 4 ， 本研究着 承针刈 fJ 【 1 载方法引起 的抗弯强 度结果 差异及试 1 f 1 L： 3 d ( a ) 双点 加载 ( b 1 单点加载 图 1 抗弯试验加载条件及弯矩模型 验误差进行讨论 。 两种试验条件下抗弯强 度测 试绍果 ， 如 图 2 、 3所示 。 龄 期 ， d 图 2 抗弯强度( 单点加载 ) 龄 期 d 图 3 抗弯强度( 双点加载 ) 截止 9 1 d龄期的抗弯强度， 全体试件结果显示， 采用 单点加载的试验值均大于双点测试结果。 通过弯矩模型分 析 显示最大弯矩作用范 围内所含易损因素对抗弯强度值 影响较大 。 以 2 8 d 抗弯强度为基准 ， 计算两种加载条件下不 同龄 期抗弯强度 比( 各龄期抗弯强度 2 8 d 抗 弯强度 ) ， 讨论其 抗弯强度增长率。 结果如同4 、 5 示， ： ； 同加载疗法 F， 抗 弯强度增长率无 明 差异 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 再 山 皤 静 堰 日 山 、 憩 静 0 2 0 4 0 6 0 8 0 l 0 O 龄期 d 图 4 抗弯强度比( 单点加载 ) U 2U 40 6 0 U l UU 龄期 ， d 图 5 抗弯强度比( 双点加载 ) 2 2 抗 弯强度误差 混凝 土抗 弯强度试验值受设 计标准强度及混凝土材 料性 能不均一的影 响， 且 由材料性能引起的试验误差较显 著。 本研究针对不同加载条件下 ， H V F A混凝土抗弯强度 的试验误差通过离散 系数进行分析 。 结果 如图 6 、 7 所示 。 全体试件测试结果显示 ， 单点加载下抗弯强度 的离散系数 大于双点载荷载荷测试结果。 通过弯矩模型分析，最大弯 矩作用两侧， 易损因素所含盖范围对抗弯强度离散系数值 影响较大 ， 因此最大弯矩作用较广 的双点加载条件下 ， 试验 结果误差较小 。 F 0 F3 0 F5 0 F6 0 编号 图 6 抗弯强度离散系数( 单点加载 ) 两种加 载条件下试验结果表 明， F 6 0 试件离散系数最 大 。 这是由于粉煤灰掺合量影响水泥水化反应及混凝土强 度发展 ， 在相 同配合条件下 ， 对于需要养护时 间较长 的粉 上接第 8页 9 】王胜年 ， 潘德强 ， 卫淑珊 ， 等 海工混凝土的长期耐久性研究 水运工程 ， 2 0 0 1 ( 8 ) ： 2 0 2 2 1 O 薛文 基于全寿命理论的海工混凝土耐久性优化设计 D1 杭州： 浙江大学， 2 0 1 1 【 l 1 顾祥林 混凝土结构基本原理 M 上海： 同济大学出版社， 2 0 0 4 【 1 2 AB DU L L AH A A E f f e c t o f C O I T O S i O H o n t h e p r o p e r t i e s o f r e i n f o r c - i n g s t e e l b a r s J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 0 1 ( 5 )： 8 轻 鏊 魑 篓 z 0 pU 3U 5U 6 0 编号 图 7 抗弯强度离散系数( 双点加载 ) 煤灰混凝土而言 ， 其强度增长 幅度越大 ， 误差发生几率越 高 。 由此 ， 对于规范规定可置换水泥用量 3 0 的道路铺装用 混凝土而言， 较普通混凝土更需考虑抗弯强度误差的影响。 置换率大于 6 0 时尤为注意。 3结 论 本研究针对用于路面用 H V F A混凝土， 检测分析其一 年间单点及双点荷载条件下抗弯强度特性及误差情况 。 结 论如下 ： ( 1 ) 双点加载条件下养 护龄期 2 8 、 9 1 d ， H V F A混凝土 试件 的抗弯强度及抗弯强度离散系数高于单点加载下的 测试值 。 ( 2 ) 不同加载方法下抗弯强度增长率无 明显差异。 ( 3 ) 龄期 9 1 d的抗弯强度离散系数随粉煤灰取代率的 增加而增大 。 粉煤灰取代率超过现规范 3 0 的标准时 ， 较 普通混凝土需考虑其误差存在影响， 超过 6 0 时需注意其 混凝土稳定性 。 参考文献 ： 1 G B J 1 6 4 1 9 9 0 ， 粉煤灰混凝土应用技术规范【 s 】 中华人民共和 国水利部， 1 9 9 0 【 2 何淅淅， 郑学成， 林社勇 粉煤灰混凝土强度统计特性的试验研 究 土木工程学报， 2 0 1 1 ( 4 4 ) ： 5 9 6 5 3 曹长伟 ， 张文献 ， 王雁飞 高掺量粉煤灰混凝土路面应用性能的 试验研究 同济大学学报： 自然科学版， 2 0 0 7 ， 3 5 ( 1 ) ： 5 0 5 5 4 毛明杰 ， 杨秋宁 大掺量粉煤灰混凝土混凝土铺装强度性能的 试验研究l J 1 混凝土， 2 0 1 1 ， 2 6 4 ： 2 0 2 1 2 7 作者简介： 毛明杰( 1 9 7 2 一 ) ， 男， 副教授， 博士， 主要研究方向： 结 构工程及新型建筑材料。 联系地址： 宁夏银川西夏区贺兰山西路4 8 9 号 宁夏大学土木与 水利学院( 7 5 0 0 2 1 ) 联系电话 ： 0 9 5 1 2 0 6 2 3 4 5 作者简介： 刘爽( 1 9 7 7 一 ) 女， 博士， 讲师， 主要研究方向： 海工混凝 土、 海洋工程结构物耐久性研究。 联系地址 ： 上海浦东新区沪城环路 9 9 9 号 上海海洋大学工程学 院 4 1 3室( 2 0 1 3 0 6 ) 联系电话 ： 1 1 3 0 5 2 3 1 2 2 7 6 圈圈I 露圈置 量 厂 L 一 一 _ 圆 2 O 8 6 4 2 O 籁 衽耀 敷静 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m