摘要:为研究人工砂取代河沙制备自密实混凝土的可行性及掺粉煤灰的影响,设计了10组配比,并通过试验比较了2种自密实混凝土的性能。结果表明,人工砂配制自密实混凝土,不仅和易性满足要求,且各龄期强度、抗渗性及抗氯离子渗透性能均优于同水胶比的河沙自密实混凝土;同时粉煤灰掺量不宜超过37%.
关键词:人工砂;河沙;自密实混凝土;粉煤灰;抗渗性能;氯离子扩散系数
随着工程建设增多,河沙已开始变得稀缺,且质量也在下降,人工砂作为河沙的替代资源,综合成本比河沙低,且能明显改善混凝土力学性能。河沙中的泥对混凝土的工作性能、体积稳定性能和耐久性不利,而人工砂中的石粉与母岩的物理化学性质完全一样,大量的研究[1-3]表明,适量石粉对人工砂混凝土工作性能和强度无不利影响,甚至还可改善混凝土性能。由于人工砂石粉含量高,颗粒表面粗糙,级配不良,因此人工砂自密实混凝土(artificialsandself-compactingconcrete,ASSCC)配合比设计与普通(河沙)自密实混凝土(riversandself-compactingconcrete,RSSCC)配合比设计有明显差异[4]。目前人们对ASSCC研究较少,本文通过试验比较ASSCC和RSSCC的性能,并研究粉煤灰对ASSCC性能的影响及不同粉煤灰和石粉含量的自密实混凝土的性能,找出粉煤灰和石粉的合理掺量.
1　原材料
a.水泥和粉煤灰。①水泥。京阳P.II52·5水泥,其颗粒粒径分布如图1所示,主要物理性能指标如下:初凝、终凝时间分别为110min和210min,7d抗压和抗折强度分别为49·7MPa和8·74MPa,28d抗压和抗折强度分别为60·1MPa和9·87MPa,细度为2·60%,标准稠度用水量为27·2%。②粉煤灰.
石景山电厂二级灰,需水量比91%,含水量0·2%,细度7·2%,烧失量1·36%.
b.石粉。表观密度为2609kg/m3,含水率为0·25%。其颗粒粒径分布如图1所示.
c.细集料。江苏省玄武石厂生产的人工砂试验所用人工砂和河沙的主要物理性能如表1和表2所示.
d.粗集料。玄武岩碎石,由5~10mm和10~20mm两种粒径组成,按6∶4比例混合使用。粗集料的主要物理性能如下:压碎值2·1%,表观密度2710kg/m3,松散堆积密度1560kg/m3,紧密堆积密度1700kg/m3,吸水率0·75%,含水率0·46%,含泥量0·08%,针片状含量1%.
e.外加剂。江苏博特新材料有限公司生产的JM-PCA-II型聚羧酸系减水引气剂,减水率30%.
2　配合比按CECS203∶2006《自密实混凝土应用技术规程》设计配合比。水泥和粉煤灰总量513kg/m3,单位用水量180kg/m3,砂率43%,水胶比0·35,混凝土强度达到45~90MPa。通过大量优化试验,选定ASSCC和RSSCC配合比如表3所示.
3　试验方法
3·1　拌合物性能和抗压强度拌合物性能
根据GB/T50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》,参照CECS203∶2006《自密实混凝土应用技术规程》测试。测定混凝土拌合物在水平面上两垂直方向的扩展值,取平均值为坍落扩展度.同时测定U型箱试验填充高度。抗压强度试验根据GB/T50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行.
3·2　抗渗性渗透性试验根据GBJ82—85《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》进行.
3·3　氯离子渗透性试验参照ASTMC1202和德国Aachnen工业大学建筑材料研究所提出的氯离子电迁移快速试验方法进行.
4　试验结果与分析
4·1　自密实混凝土拌合物工作性能
本文拌合物性能试验采用坍落扩展度和U型箱试验来完成。根据工程现场需求,自密实混凝土拌合物和易性要求是:坍落扩展度550~750mm,V漏头通过时间4~25s,U型箱试验填充高度300mm以上。试验混凝土自密实性能等级指标包括一级、二级、三级.
表4为坍落扩展度和U型箱试验中的指标范围。可以看出:掺入粉煤灰能提高RSSCC和ASSCC的工作性能,其中,RSSCC提高更多,这是因为人工砂颗粒表面粗糙和棱角多。U型箱填充高度仅A4不满足要求,而坍落扩展度均满足要求。粉煤灰掺量为47%时ASSCC和RSSCC的工作性能都较好.
表4　各配比坍落扩展度和U型箱填充高度指标范围编号坍落扩展度/mmU型箱填充高度/mm编号坍落扩展度/mmU型箱填充高度/mmA0610305R0630315A1630310R1680345A2620305R2660340A3625305R3670340A4570295R46253304·2　自密实混凝土抗压强度自密实混凝土抗压强度试验数据见表5,可以看出:粉煤灰对ASSCC早期抗压强度增长有利。同水灰比情况下,掺粉煤灰的ASSCC抗压强度略高于掺粉煤灰的RSSCC,特别7d和28d的抗压强度提高更为明显,标准养护56d的2种自密实混凝土抗压强度相当。这可能由于粉煤灰对人工砂及石粉有更好的密实填充效应,且人工砂粗糙的表面增强了与水泥的界面黏结,使得人工砂混凝土早期强度表现出优势。也有研究表明石粉加速了C3S的水化,这可能是石粉中的CaCO3促进了水化物新相形成,加速了水泥水化动力学过程[5].
从表5可知:掺27%粉煤灰时抗压强度最高,掺量为0%,37%,47%和57%时抗压强度依次降低,A4和R4的抗压强度最低,这与普通混凝土强度发展规律一样。掺粉煤灰ASSCC和RSSCC早期强度受到一些影响,后期发展潜力很大。早期强度要求不高的工程,适量掺粉煤灰对后期强度影响较小,从试验结果看,粉煤灰掺量不宜超过37%.
4·3　抗渗性能试件为顶面直径175mm、底面直径185mm、高150mm的圆台,刷毛后在标准养护条件下养护,规定龄期后将试件取出并晾干表层;在试件侧面均匀涂抹一层石蜡作为密封材料,然后将试件压入抗渗试模中并装入混凝土渗透仪;开始加压0·1MPa以后每8h增加0·1MPa直到有2个试件表面渗水,记下相应的压强;如压强为1·2MPa时,试件表面仍不渗水,将试件取下,劈开,用直尺量取渗水高度.
从表6中可以看出,粉煤灰能提高RSSCC和ASSCC的抗渗性能。两者的抗渗性能都达到了较高的水平,而且渗水高度差别不大。这是由于自密实混凝土用水量少、水泥用量低、颗粒结构堆积致密、孔隙小、孔隙率低、接触点多、更加密实的特点提高了其抗渗性。另外水泥在水化时生成的Ca(OH)2能与粉煤灰中所含活性氧化硅或氧化铝反应,生成低碱度的水化产物,填充和分割混凝土中的大孔,使孔径细化,抗渗性提高。可以认为,在标准养护90d时,掺粉煤灰的ASSCC和掺粉煤灰的RSSCC渗水高度差别不大.
表6　混凝土抗渗试验结果编号混凝土龄期/d渗水高度/mm编号混凝土龄期/d渗水高度/mmh
R0 60 10·6 A0 60 8·2
R0 90 2·2 A0 90 1·6
R3 60 20·2 A3 60 15·8
R3 90 4·9 A3 90 3·9
　　注:渗水高度均为水压加至1·2MPa后劈裂混凝土试件测得。
4·4　抗氯离子渗透能力
从表7可以看出,标准养护28 d的ASSCC和RSSCC的氯离子渗透性均为III(中),2种自密实混凝土的氯离子扩散系数均低于250×10-14m2/s。标准养护60d后ASSCC和RSSCC的氯离子渗透性均为III(中),2种自密实混凝土的氯离子扩散系数低于150×10-14m2/s。可以认为,相同条件下粉煤灰能提高ASSCC和RSSCC的氯离子扩散系数。混凝土在侵蚀介质中的破坏是由于离子扩散,而离子扩散的发生或加速与混凝土的渗透性有关。混凝土的渗透是水或离子通过连通的毛细孔迁移的过程,减少连通的毛细孔数量、减少孔径和增加孔隙弯曲程度都可以降低渗透性,同时也就减少了离子的扩散[6]。
表7　自密实混凝土的氯离子渗透结果
编号
氯离子
扩散系数/
(10-14m2·s-1)
渗透性编号
氯离子
扩散系数/
(10-14m2·s-1)
渗透性
A0-28d 180 III(中) R0-28d 202 III(中)
A3-28d 220 III(中) R3-28d 245 III(中)
A0-60d 106 III(中) R0-60d 129 III(中)
A3-60d 132 III(中) R3-60d 147 III(中)
5　结　论
研究了利用人工砂和河沙制备自密实混凝土的性能,试验结果表明,用人工砂全部取代河沙配制自密实混凝土,不仅和易性能够满足自密实混凝土要求,而且各个龄期的强度、抗渗性及抗氯离子渗透性能均好于同水胶比条件下的河沙自密实混凝土;适量添加粉煤灰能改善RSSCC和ASSCC的工作性能、强度及抗氯离子渗透性能.
参考文献:
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