砂率对干硬性混凝土性能的影响.pdf

2 0 1 5年第 2期 铁道建筑 Ra i l wa y Eng i n e e r i n g 1 37 文章编 号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 5 ) 0 2 0 1 3 7 0 4 砂率对干硬性混凝土性能 的影响 郭 傲 ， 赵铁 军， 王鹏刚 ， 陆文攀 ( 青岛理工大学 土木工程学院 ， 山东 青岛2 6 6 0 3 3 ) 摘 要 ： 研 究 了砂 率对 干硬 性混凝 土 力 学性 能及 耐 久性 能的影 响 ， 对不 同砂 率的 干硬性 混凝 土试件 进行 力 学试 验 、 快速 冻 融试验 、 毛 细吸 水试 验 ， 测定 不 同砂 率 下干硬 性 混凝 土试 件 的抗压 强度 、 相 对动 弹 模 量 、 质量损失和毛细吸水特性。试验 结果表明： 随着砂率的增大， 干硬性混凝土抗压强度和相对动弹模量先 升高后降低 ； 质量损失和单位面积吸水量均随着砂率的增加 而减小。综合评定 ， 砂率 4 5 时干硬性混 凝土力学性能和耐久性 能指标最优。 关键 词 ： 干硬 性 混凝 土 砂 率 力 学性 能 耐 久性 中 图分类 号 ： T U 5 2 8 3 1 文献 标识 码 ： A D O I ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 3 1 9 9 5 2 0 1 5 0 2 3 8 干硬性 混凝 土 是 指 塌 落度 不 大 于 1 0 m m， 维 勃 稠 度 在 1 0 3 0 s 的混凝 土 。具 有 低 水 灰 比 、 快 硬 早 强 等 特点 ， 可立即拆模 ， 增加模板周转速率 ， 从而提高产品 生 产效 率 。 目前 干 硬性混 凝 土主要 用 于预 制构件 的生 产领域 ， 此外 ， 在地基 、 路面 、 大坝等大体积工程领域 ， 干 硬性 混凝 土也 得 到 了广 泛应 用 。 砂率是砂子 占骨料总量的 比率。砂率 的变动 ， 会 使 骨料 的 总表 面积 有显 著 改 变 ， 从 而 对 混 凝 土 拌合 物 的和易 性有 较大 影 响 ， 也是 影 响干 硬 性 混 凝 土 强度 及 耐久 性 能 的 主 要 因素 之 一 。强 卫 等 研 究 了用 水 量 和砂 率 对道 路 碾 压 混 凝 土 工 作 性 能 及 力 学 性 能 的影 响 ， 用水量 1 3 0 k g m 、 砂率 3 7 最适宜 ； 何锦云等 研究 了砂 率对 混 凝 土和 易 性 和 强 度 的影 响 ， 得 出 了砂 率是 影 响普通 混 凝 土和 易 性 的 主要 因素 ， 但对 于强 度 影响不大； 翁兴中等 研究 了砂率对道面混凝 土工作 性 、 强度 、 耐磨性 、 水渗透性和抗冻性 的影响 ， 得出了砂 率 约 为 3 0 时 ， 道 面 混 凝 土 各 项 性 能 指 标 最 佳 ， 提 出 道 面混凝 土 的最 佳 砂 率 为 2 8 3 2 。试 验 研 究 结 果表 明 ， 砂率是 影 响混凝 土性 能 的主要 因素 ， 随着砂 率 的不 同 ， 混凝 土 的力 学性 能 和耐 久性 能差 异 较 大 。 目 前 ， 对 干 硬性混 凝 土 的研 究还 处于 初步 阶段 ， 其 中关 于 砂率 对 干硬 性 混 凝 土性 能 影 响方 面 的 研 究 较 少 。 。 本文 利用 正交 试验 进行 配 合 比设 计 ， 主 要研 究 砂 率 对 干硬 性混 凝土 抗压 强度 、 抗冻性 、 毛细 吸水 特性 的影 响 规律 ， 为实 际工 程 中干 硬 性 混凝 土 的制 备及 应 用 提 供 理论 基础 。 1 试验概况 1 ) 原材 料 试 验采 用 的水 泥 为青 岛 山 水 水 泥 厂 生 产 的 4 2 5 级普通 硅 酸盐水 泥 ， 其 基本 性能 指标 如表 1所示 ； 粗 骨 料 选用 粒径 5 1 0 m m 和 1 0 2 0 m m 两种 连续级 配 的 玄 武 岩碎石 ； 细 骨料 为最 大粒 径 5 m m 的 河砂 ， 细 度 模 数 2 9 ； 拌 合水 为普 通 自来 水 。 表 1水泥的物理力学性能指标 2 ) 试验 方案 本 文 采 用正 交 试 验 ， 选 用 砂率 、 胶 凝 材 料 用 量 、 矿 物掺合料用量 、 掺合料掺加比例 4个参数 ， 作为考察因 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 5 - 1 0 ； 修 回日期 ： 2 0 1 4 0 9 1 0 基金项 目： 国家 9 7 3基金项 目( 2 0 0 9 C B 6 2 3 2 0 3 ) 作者简介 ： 郭傲( 1 9 8 9 一) ， 女 ， 山东济南人 ， 硕士研究生。 素 ， 每个 因素均选 4个水平 ， 4个因素各水平的取值见 表 2 。根据选择 的因素和水平情况 ， 选用 L ( 4 ) 正交 表 ， 其 正交试 验 配合 比见表 3 。 3 ) 试 件 制备 、 养护 与测 试 干 硬性 混 凝 土试 件 的制 作 步骤 ： 将 碎石 、 砂 子 、 水 泥依 次 倒 人 搅 拌 机 中 ， 搅 拌 1 mi n ， 使 之 混 合 均 匀 ； 将 称 量好 的 自来 水 缓慢 加 入搅 拌 机 中 ( 水 的加 入量 l 3 8 铁道 建筑 表 2 4个 因素各水平 的取值 7 0 8 0 6 8 6 5 6 6 0 0 6 53 0 7 96 0 78 7 3 7 7 4 0 7 45 3 91 1 5 8 79 5 8 5 8 3 8 51 7 1 00 7 0 9 9 5 0 9 6 6 0 9 3 5 0 根 据新拌 混 凝 土 的 工作 性 确定 ) ， 直 至混 凝 土拌 合 物 满足工作性要求 ， 总搅拌时间为 3 ra i n ； 新拌混凝土 搅 拌完成 后 ， 将 其装 入设计 的专用模 具 中 ； 将 专用模 具 置 于振 动 台振 动 加 压 2 mi n ； 振 动 完 毕 后 立 即拆 模 ， 取出试件并移入标准养护室进行养护 ； 养护至相 应 龄期 ， 取 出试 件 ， 测试 其 力 学 性 能 、 抗 冻 性 能 及 毛 细 吸水性 能 。 2结果与分析 2 1 砂 率对 干硬性 混凝 土强 度的影 响 干 硬性混 凝土 标准养 护 至相应 龄期后 进行 抗压 强 度试验 ， 依据 普通混凝土力学性能试验方法 ( G B T 5 0 0 8 1 2 0 0 2 ) 测 定 。抗 压试 验结 果如 图 1所示 。 由图 1可 以看 出 ， 干 硬 性混 凝 土 抗 压 强 度 随砂 率 的增加先 增 大后减 小 。砂 率 为 4 5 时 ， 抗 压 强度 达 到 峰值 ， 龄期 5 6 d时， 砂 率 4 5 昆凝 土抗 压 强 度 为 4 0 MP a ， 较 砂 率 3 5 ， 4 0 ， 5 0 的试件 抗 压 强度 分 别 提 高 了 4 4 6 6 ， 2 9 1 8 ， 1 3 3 7 。 砂率较低时 ， 水泥砂浆不能完全填充粗骨料 间的 空隙 ， 拌合物缺浆 ， 混凝土流动性下降， 试件 成型后 内 部空隙较多 ， 不密实， 故试件强度较低 ； 随着砂率提高 ， 图 1 不 同砂率干硬性混凝土的龄期与抗压 强度 关系曲线 水泥 砂浆 增多 ， 粗骨料 表 面能够 被浆体 充分 包裹 ， 流 动 性增大 ， 试件成型后空隙率减少 ， 内部更加密实 ， 因而 干硬 性混 凝土 强度提 高 。 由于砂子的比表面积 比粗骨料大， 砂率过大时 ， 随 着砂率增加 ， 在水泥浆用量一定 的条件下 ， 骨料表面包 裹的浆量减薄 ， 粘结力降低 ， 润滑作用下降 ， 流动性降 低 ， 不 易形成 理想 的骨料 嵌锁 型结 构 ， 从 而使 硬化后 的 混 凝 土密实性 降低 ， 影 响混 凝 土 的 强度 发 展 。 同时 过 高的砂率也破坏了粗集料之间的机械咬合力 ， 这也是 强度下降的一个主要原 因。砂率 由4 5 降低 到 4 0 ， 3 5 时 ， 混 凝 土 5 6 d抗 压 强 度 分 别 下 降 2 2 3 3 和 3 1 4 6 ， 混凝 土 2 8 d抗压强 度分 别下降 2 2 5 9 和 3 0 8 7 ， 说 明干硬性 混凝 土抗 压强 度对砂 率变 化 很 敏 感 。综合来 看 ， 砂率 4 5 时混凝 土强 度最 高 。 2 2砂率对 干硬 性混 凝土 抗冻 性的影 响 首先 制备 1 0 0 m m x 1 0 0 mm1 0 0 m m 干硬性 混凝 土试 件 ， 标 准养 护 2 4 d ， 再将 试件 放入 水 中浸泡 4 d ， 待 试件达到饱水状态后 ， 根据 普通混凝 土长期性 能和 耐久 性试 验方 法 标 准 进 行 冻 融 循 环 试 验 ， 达 到 相 应 冻融 循环 次数 时将试 件取 出进 行测试 。结 果见 图 2和 图 3 蚓 融 稃 靛 罂 图 2 相对动弹模量与冻融循环次数关系 曲线 4 5 6 3 4 1 1 8 4 5 9 1 7 5 6 5 邮 1 0 7 8 5 7 3 5 3 9 5 9 5 o 0 0 0 5 5 4 7 5 2 2 4 6 0 8 2 0 o 0 0 O 5 8 8 8 8 O 5 3 3 5 O 5 0 3 3 5 2 3 3 8 8 5 2 6 6 7 5 7 5 1 l 北 加 卯 ” 2 3 4 5 6 7 8 9 2 0 1 5年第 2期 郭傲等 ： 砂率 对干硬性 混凝 土性能的影响 1 3 9 图 3 质量损失率 与冻融循 环次数关系 曲线 由图 2可知 ， 干 硬 性 混 凝 土试 件 相 对 动 弹 模 量 在 经 5 6次循环后出现了暂时性的上升 ， 但就其总的变化 过程而言仍呈下降趋 势。砂率 4 5 和 5 0 的干硬性 混凝 土 ， 经历 了 1 6 8次 冻融 循 环 后 其 相 对 动 弹 模 量仍 在 9 0 以上 ， 其 抗冻 性 较好 ； 砂 率 4 0 和 3 5 的 干硬 性混凝土 ， 经历了 1 6 8次冻融循 环后其相对动弹模量 在 7 5 以上 。 由图 3可知 ， 干 硬 性 混凝 土 试 件 在 冻 融 循 环 期 间 质量损失率呈现上升趋势 。由质量损失率反映出砂率 为 4 5 ， 5 0 ， 4 0 ， 3 5 时抗 冻 性 依次 由强 到 弱 。这 与相 对动 弹模 量反 映的规 律一致 。这是 因为 混凝 土 中 砂的主要作用是填充粗骨料间的孔隙， 孔隙率降低使 得混凝土更加密实。适当提高砂率可以改善混凝土拌 合 的流动 性 和黏 聚性 ， 增大 整体 稳定 性 和匀 质性 ， 试件 成型后孔隙率小 ， 密实度大 ， 抗冻性能随之提高。但砂 率超过一定范 围后 ， 砂率 的增大使得混凝土拌合物流 动性 下降 ， 进 而导 致混凝 土 的匀 质性 变差 。同时 ， 由于 砂 表 面积 过 大 ， 浆 体 相 对 减 少 ， 部 分 骨 料 未 被 完 全 包 裹 ， 降低了骨料间界面粘结力 ， 抗冻性下降 。 。4 5 砂 率 干硬 性混 凝土 试件 经 1 6 8次 冻融 循环后 质 量损 失 率最低 ， 说明其抗冻性最好。 2 3 砂 率对 干硬 性 混凝 土 毛细 吸水特 性 的影 响 首 先将 试 件切 割成 1 0 0 mm x 1 0 0 m m 5 0 m m， 烘 干 至恒 重 ， 将试 件 中 除 了与 水 接 触 的底 面及 与 其 相 对 面之外 的其余 四个侧面用密封材料进行密封 ， 确保试 件沿一维方向吸水 ； 然后将试件放人容器中， 缓慢倒入 自来 水 ， 直 至液 面 高出试 块 底 面 ( 41 ) m m； 从 水 溶 液 与试块底部接触时刻开始计时 ， 分别在 吸水时间为 0 ， 0 5 ， 1 ， 2 ， 4 ， 8 ， 1 2 ， 2 4 h时取 出试块 ， 将其表面液态水用 湿布擦拭干净 ， 用 电子天平称取试件质量 ， 再立即放回 容器 中， 计算试件 毛细吸水量。毛细 吸水量随时间变 化 曲线 见 图 4 。 由图 4可知 ， 干 硬性 混 凝 土 中毛 细 吸 水 过 程早 期 皿 唧 螫 恒 图 4单位面积吸水量与时 间关系 曲线 吸水速度快 、 吸水量大 ， 曲线呈线性增长 ， 后期吸水速 度降低 、 吸水量减少 ， 曲线趋于平缓 ； 单位面积吸水量 随着 砂 率 的增 大 而减 小 。吸水 2 4 h时 ， 砂率 为 5 0 的 干硬性 混 凝 土 试 件 单 位 面 积 吸水 量 比砂 率 4 5 ， 4 0 ， 3 5 试 件 依 次 降 低 了4 5 5 ，2 6 2 9 ， 4 4 3 6 。这是因为砂率较低时粗集料之间的孔隙未 被填充密实 ， 因而孑 L 隙率大 ， 混凝 土单位面积 吸水量 大。随着砂率的提高 ， 孔隙率减小 ， 混凝土内部更加密 实 ， 从而使混凝土单位面积吸水量逐渐降低 。 3 结 论 1 ) 干硬性混凝土抗压强度随砂率 的增加先增大 后减 小 ， 砂率 4 5 时 干硬性 混凝 土 的抗压 强度 最大 。 2 ) 随 着砂 率 的增 大 ， 干硬 性 混凝 土 的相 对 动 弹模 量先增大后降低， 与强度变化规律一致。随着砂率 的 增大 ， 质量损失率逐渐 降低。综 合看来 ， 砂率 4 5 时 干硬性 混凝 土抗 冻性 最佳 。 3 ) 干 硬性 混凝 土 的 单 位 面 积 吸 水 量 随着 砂 率 增 大而逐渐降低。5 0 砂率干硬性混凝土的单位面积吸 水 量 与 4 5 砂率 时相 比变化 不大 。 参 考 文 献 1 冯乃谦 实用混凝土大全 M 北京 ： 科 学出版社 ， 2 0 0 1 2 强卫 ， 曹春 ， 黄聪华 ， 等 用 水量和砂 率对道 路碾压 混凝 土 性能 的影 响 J 混凝 土与水 泥制品 ， 2 0 0 3 ( 6 ) ： 2 1 2 2 3 何锦云 ， 李瑞 塬 ， 王继宗 砂率对砼和易性及强度影响 的试 验研究 J 河北建筑科技学 院学报 ， 2 0 0 2 ( 4 ) ： 2 7 2 9 ， 4 3 4 翁兴 中， 张广显 ， 韩 照 ， 等 砂 率对道 面混凝 土性能 的影 响 J 西安建筑科技大 学学报 ： 自然科 学版 ， 2 0 1 3 ( 2 ) ： 2 3 9 2 44 5 张士萍 ， 邓敏 ， 唐 明述 混 凝土冻融循环破坏研究进展 j 材料科学与工程学报 ， 2 0 0 8 ( 6 ) ： 9 9 0 9 9 4 6 周学 ， 于红生 ， 刘林 明 混 凝土配合 比设 计中砂率选择方法 探讨 J 商品混凝土 ， 2 0 0 7 ( 5 ) ： 4 3 4 6 1 4 0 铁道建筑 F e b r u a r y ， 2 01 5 7 张维圈 关于混凝土配合 比没计中砂率的确定 J 交 通科 技与经济 ， 2 0 0 3 ( 1 ) ： l 2 - 1 3 ， l 7 8 姚保 新 特 长隧 道耐 久性 混凝 土配合 比设 计及 施工 控制 J 铁 道建筑 ， 2 0 1 4 ( 1 ) ： 1 2 1 1 2 4 I n f l u e n c e o f s a n d r a t i o o n 9 蒙玮 ， 汪 兴达 ， 序庆平 ， 等 矿物掺 合料对 箱梁混凝 土 长期 变肜性能的影响研究 J 铁 道建筑 ， 2 0 1 4 ( 9 ) ： 1 3 4 1 3 6 1 0 朱凯 掺粉煤灰煤矸石轻骨料混凝土性能研究 J 铁道建 筑 ， 2 0 1 4( 3 )： 1 1 8 1 2 1 r f o r m a n c e o f ha r d c o n c r e t e GU O Ao ， Z HAO T i e j u n， WA NG P e n g g a n g， L U We n p a n ( S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， Q i n g d a o T e c h n o l o g i c a l U n i v e r s i t y ， Q i n g d a o S h a n d o n g 2 6 6 0 3 3 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： The i nf l ue nc e o f s a nd r a t i o o n t he d ur a bi l i t y a nd m e c ha ni c a l pe r f o r ma nc e o f the ha r d c o n c r e t e wa s s t ud i e dFo r t hi s pu r p os e，me c ha n i c a l t e s t ，a c c e l e r a t e d f r e e z e t ha w t e s t a nd c a p i l l a r y wa t e r a bs o r pt i o n t e s t a r e c on du c t e d t o c o n c r e t e o f di ffe r e nt s a nd r a t i o， s o a s t o c a l c ul a t e t h e c o mpr e s s i ve s t r e ng t h， r e l a t i v e d yn a mi c m o d ul us ， m a s s l os s a n d wa t e r a bs o r p t i o n a bi l i t y o f t he s pe c i m e ns The r e s u l t s i nd i c a t e t ha t wi t h t h e i nc r e a s e o f s a n d r a t i o， b ot h t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a nd r e l a d ve dy na mi c mo du l u s r i s e u p f i r s t ， wh i c h t he n t e n ds t o de c l i ne；whi l e ma s s l o s s a n d wa t e r a b s o r p t i o n a b i l i t y o f t he s p e c i me ns d i s p l a y a d e c r e a s i ng pa t t e r n 45o f s a n d r a t i o i s f o un d t o b e t h e p r e f e r a bl e c ho i c e i n t e r m s o f m e c ha ni c a l pe r f o r ma nc e a n d d u r a b i l i t y Ke y wo r d s： Ha r d c o nc r e t e； S a n d r a t i o； M e c h a n i c a l p e r f o r ma n c e； Dur a bi l i t y ( 责任 审编 葛全红) ( 上接 第 7 2页) R e s e a r c h o n i n f l u e n c e o f E P B ( E a r t h P r e s s u r e B a l a n c e )mo d e r e c t a n g u l a r c r o s s s e c t i o n p i p e - j a c k i n g i n s a n d s t r a t u m o n p i p e l i n e o f u t i l i t y s e r v i c e xu Y o u j u n ， WE N Z h o n g k u n ， B A I Xu e g u a n g ， L I U Xi a o y u ， Z HAN G y u e ( 1 F h e S c h o o l o f Ar c h i t e c t u r e& C i v i l E n g i n e e r i n g ， I n n e r Mo n g o l i a Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y B a o t o u I n n e r Mo ng o l i a 01 4 01 0， Chi n a； 2 Ba o t o u Ur ba n Co ns t r u c t i o n Gr o u p Co ， Lt d ， Ba o t o u I nn e r Mo n g o l i a 01 4 03 0， Ch i na； 3 B e i j i n g He n g x i a n g F o u n d a t i o n I n v e s t me n t C o ， L t d ， B e i j i n g 1 0 0 0 2 6， C h i n a) Ab s t r a c t ： T a k i n g t h e p e d e s t r i a n u n d e r p a s s p r o j e c t o f t h e B a o t o u A r d e n S t r e e t i n I n n e r Mo n g o l i a a s b a c k g r o u n d， t h e p i p e l i n e d e f o r ma t i o n c o n t r o l s t a n d a r d s o f t h e p i p e - j a c k i n g d o wn t r a v e r s i n g t h e i n f e r e n c e r e g i o n w a s f o r mu l a t e d， s o me i n di r e c t s e t t l e m e nt o b s e r va t i o n po i n t s we r e s e t o ve r t h e p i pe l i ne t o m o ni t o r t he e x i s t i ng pi pe l i n e s e t t l e m e nt d e f o r ma t i o n a c c o r d i ng t o a c e r t a i n mo ni t or i ng f r e q ue nc yThe mo ni t or i ng r e s u l t s s h o we d t ha t th e ma x i mu m s e t t l e me n t d e f o r ma t i o n o f t h e g a s p i p e w a s 2 5 mm a n d the wa t e r s u p p l y p i p e wa s 4 5 mm i n t h e p i p e j a c k i n g c o ns t r uc t i o n u nde r t he c o n di t i o n o f t he s a nd y s t r a t u m ， whi c h d i d n t e x c e e d t he c o nt r ol s t a nd a r d， t he m a xi mum up wa r d d e f o r m a t i o n o f t he r a i n pi pe wa s 2 6 2 m m wh i c h e xc e e ds t he c o nt r ol s t a n da r d a nd t he ma i n r e a s o n i s the s t r a t a up l i i ng c a us e d by t h e o v e r s i z e gro ut i n g p r e s s u r e，s e t t l e m e nt d e f or m a t i o n ha ppe n e d o n t h e m i d d l e t hr e e m o ni t o r i n g p oi nt s o f t h e wa t e r s up pl y p i p e a nd t h e g a s pi p e a nd u p wa r d d e f o r ma t i o n ha pp e n e d o n bo t h s i de s o f the me a s ur i ng p o i nt s， a nd t he p i pe l i ne l a t e r a l s e t tl e m e nt t r o ug h ba s i c a l l y f i t t e d t he no r ma l di s t r i b ut i on c ur v e K e y w o r d s ： E a r t h p r e s s u r e b a l a n c e( E P B) ； Re c t a n g u l a r c r o s s s e c t i o n p i p e - j a c k i n g ； P i p e l i n e ； S a n d y s t r a t u m ( 责任 审编 赵其文)