人工砂高性能混凝土配合比設(shè)計研究

人工砂高性能混凝土配合比設(shè)計研究黃文堅1張沂1陳昕2(1.中冶京誠工程技術(shù)有限公司,北京100176;2.桂林市建昌安裝工程公司,廣西桂林541002)摘要:由于天然砂資源的匱乏,人工砂作為一種較為理想和實際的替代材料,正被越來越廣泛地應(yīng)用于各種工程建筑中。近年來國內(nèi)相繼出現(xiàn)了以山砂、石屑等替代天然河砂。在實際工程中應(yīng)用,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。針對人工砂的特點,將黃氏致密級配混凝土配合比設(shè)計思想應(yīng)用到人工砂混凝土中去,克服人工砂粗糙度大、含粉量高、級配不良等缺點,配制出高性能混凝土,應(yīng)用到工程實際,提出人工砂在高性能混凝土中應(yīng)用的技術(shù)指標(biāo)和應(yīng)用建議。關(guān)鍵詞:人工砂;高性能混凝土;配合比DESIGNOFMIXPROPORTIONOFHIGHPERFORMANCECONCRETEWITHARTIFICIALSANDHuangWenjian1ZhangYi1Chen2(11MCCCapitalEngineeringandResearch;21JianchangErectionEngineering,Guilin)從20世紀(jì)90年代初期到末期,機(jī)制砂混凝土的研究工作主要針對低等級普通混凝土開展,對高等級特種混凝土的研究很少。近幾年一些科研工作者在機(jī)制砂高性能混凝土研究方面做了一些研究工作,但試驗室內(nèi)研究居多,工程試驗較少;宏觀研究居多,微觀分析較少;機(jī)制砂河砂混合配制高性能混凝土居多,單用機(jī)制砂較少,尤其是對橋梁高標(biāo)號梁板砼,目前尚未見單用機(jī)制砂配制混凝土的報道;對強(qiáng)度、工作性、抗?jié)B性等性能研究較多,對機(jī)制砂混凝土收縮、碳化、鋼筋銹蝕等性能研究較少,對其檢測性能研究未見報道,如回彈法測強(qiáng)時,測試曲線有何變化?國家2002年制定了人工砂的技術(shù)規(guī)范,但機(jī)制砂混凝土的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范未制定。機(jī)制砂混凝土配合比設(shè)計均按傳統(tǒng)的混凝土理論,未見突破。本實驗針對人工砂的特點,將黃氏致密級配混凝土配合比設(shè)計思想應(yīng)用到人工砂混凝土中去,克服人工砂粗糙度大、含粉量高、級配不良等缺點,配制出IndustrialConstructionVol.40,Supplement,2010高性能混凝土,應(yīng)用到工程實際,提出人工砂在高性能混凝土中應(yīng)用的技術(shù)指標(biāo)和應(yīng)用建議(見圖1)。1選擇材料設(shè)粉煤灰取代砂的最大單位重比例為α:收集水泥、骨材與摻料的物化性質(zhì),以供配比計算參考時使用。并求出最小空隙(最大單位重),最小空隙的原理,基本上是探討顆粒材料最大堆積密度即最佳條件下的空隙,其推演方法如下:利用四分法取樣將砂和粉煤灰混合,以粉煤灰取代砂子的方式,求出混合料的最大單位重,即是粉煤灰取代砂子和石屑的最佳比例。固定砂和粉煤灰的最佳比例,重復(fù)上述步驟,找出砂子與粉煤灰及混合粗骨材的最大單位重比例,這就是HPC骨材組成的最佳配比,當(dāng)在進(jìn)行上述的步驟時,若感覺只要給予少許的振動能量,第一作者:黃文堅,男,1981年出生,助理工程師。收稿日期:2010203210工業(yè)建筑2010年第40卷增刊847即能使混合料達(dá)密實壯況,已接近HPC的最佳化點的比例。1、選擇材料1)料源、產(chǎn)能;2)品質(zhì)、品管;))Vv=1-(γfly+γcs+γca)(4)3式中:Wfly,γfly分別表示單位粉煤灰用量,(kg/m),粉煤灰表觀密度(kg/m3);Wca,γca分別表示粗骨料3、最大單位中求值1)各材料比率;2)粉煤灰/砂比;))4、計算漿體及骨材體積1)漿體體積Vp=n?Vv;)5、決定水膠比1)水膠比(W/B)決定強(qiáng)度;坍落度不正確:6、試拌±20mm坍落度→315kg/m31)調(diào)整含水量加水(保持W/B不變)±20mm坍落度→±011SP圖1高密實混凝土配比設(shè)計思路重(kg/m3),粗骨料比重(kg/m3);Wcs,γcs分別表示細(xì)骨材重(kg/m3),細(xì)骨材比重(kg/m3)。4計算用漿量及骨材體積骨材的用量:水泥漿體Vp由下式求得:Vp=n×Vv(5)水泥及水的用量:Vp=γw+γc+γs1(6)假設(shè)設(shè)計強(qiáng)度所需之水膠比為λ:W/B=W/(c+p)=λ其中P=Wfly+WslW=λ+λWsl+λWfly:(7)2確定強(qiáng)度和坍落度強(qiáng)度及坍落度56時,,fcr可由方程式(1):fcr=(8))?Cs1=ξ/(1-ξ019(kg/m3)(1)3求骨材最大單位用量根據(jù)求出的骨材最大單位重求出最小空隙Vv。α=×100%Wfly+WcsλWflyγ(9)C=()+++γwγγ1-ξγcwslλW=(c+p)?式中:W為水重;γw為水之比重;Ws1為粉煤灰單位重;γsl為粉煤灰比重。Vp-(2)5配合比計算511選擇材料,確定特細(xì)砂和機(jī)制砂的混合比例及(砂子+粉煤灰)在混合骨材中所占的最大單位比例為β:β=×100%Wcs+Wfly+Wca(3)表1人工砂高密實注:s為砂;FA為粉煤灰;G為石。848利用四分法取樣將砂和粉煤灰混合,以粉煤灰取代砂的方式,求出混合料的最大單位重,此就是粉煤灰取代砂的最佳比例(如圖2所示)。種不同的漿體用量共12組試驗來研究人工砂在高性能混凝土的工作性,同時通過對人工砂與天然砂之間的工作性和強(qiáng)度對比,從而確定人工砂對高性能混凝土的工作性和強(qiáng)度的影響。表21號機(jī)制砂高密實配合比設(shè)計表n編號R21R22R23R24R31R32R33R34R41R42R43R44W/B水泥用量粉煤灰砂石用水量112圖2粉煤灰填充砂曲線113在下圖中粉煤灰取代砂13%時,單位重最大在固定砂和粉煤灰的最佳比例情況下,重新用四分法混合,找出砂與粉煤灰及石的最大單位重,在本次實驗中,砂與粉煤灰所占骨材總量的比例為50%(圖3所示)。114注:R代表人工砂;數(shù)字代表膠凝用量不同。表3nT34W/B271306162162162砂957957957石用水量4540013011注:T代表天然砂;數(shù)字代表膠凝用量不同。圖3612試驗結(jié)果6實際試驗配合比設(shè)計611試驗方法依據(jù)表2和表3配合比,嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)試驗方法進(jìn)行拌和物性能和混凝土強(qiáng)度測試,所得試驗結(jié)果如表4。本試驗主要研究變化4種水膠比,同時配合4表4人工砂與天然砂數(shù)據(jù)對比編號R21R22R23R24R31T31R32T32R33T33R34T34R41R42R43坍落度/mm495490395275505550455550430385465325515490480泵送劑2%3%3%3%1127%0171%3%1191%3%3%3%3153%3%3%315%和易性輕微泌水,黏聚性良輕微泌水,黏聚性好不泌水,黏聚性優(yōu)不泌水,黏聚性優(yōu)不泌水,黏聚性好不泌水,黏聚性好不泌水,黏聚性優(yōu)輕微泌水,黏聚性好不泌水,黏聚性優(yōu)輕微泌水,黏聚性好不泌水,黏聚性優(yōu)不泌水,黏聚性優(yōu)不泌水,黏聚性優(yōu)不泌水,黏聚性優(yōu)不泌水,黏聚性好抗壓強(qiáng)度/MPa注:R代表人工砂;T代表天然砂。613混凝土新拌性能分析通過試驗結(jié)果對比,我們發(fā)現(xiàn)在n=113人工砂這一組,它的坍落度和坍落擴(kuò)展度表現(xiàn)最佳。在與天然砂混凝土對比時,前兩組人工砂混凝土的坍落849得最佳密實堆積效果的堆積系數(shù)α=112,β=0155。2)隨著水膠比的降低,在摻高效減水劑基本相同的情況下,天然砂的塌落度和和易性比人工砂要差,但從總體比較,天然砂的和易性要比人工砂要好,但早期強(qiáng)度沒有人工砂高。3)與條件相同天然砂相比,在配比設(shè)計、其它材料、成型養(yǎng)護(hù)條件都相同的情況下,用人工砂配置出混凝土的特點是:塌落度減小,混凝土14天標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度提高;如保持塌落度不變,則需水量增加;但在不增加水泥的前提下水灰比變大后,一般情況下,混凝土實測強(qiáng)度并不降低。4)按天然砂的規(guī)律,混凝土配比設(shè)計,人工砂的需水量大,和易性稍差,易產(chǎn)生泌水,特別在水泥用量少的低強(qiáng)度等級混凝土中表現(xiàn)明顯。參考文獻(xiàn)[1]黃兆龍,湛淵源.高性能混凝土制密配比法耐久性的設(shè)計策略.[2]吳中偉,廉慧珍.高性能混凝土[M].:中國鐵道出版社.[3]1——].新型建筑料,2002,(6).[].機(jī)制砂混凝土性能研究[Z].鑒定資料,[6]高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工指南[M].北京:中國建筑工業(yè)出版圖3粉煤灰填充砂曲線度比天然砂混凝土低。后兩組要比天然砂混凝土高。人工砂混凝土在n=112這一組我們發(fā)現(xiàn)在坍落度和坍落擴(kuò)展度和n=113相差不大,但由于骨料含量相對較多,水泥漿量較少,整體內(nèi)聚力較高,所以和易性不如n=113。如果n值小于n=112混凝土的工作性較差。在n=114時,它與n=113比較差不多,但當(dāng)大于n=114,因為水泥用量增大,所以不經(jīng)濟(jì)。在與天然砂對比時,由于摻的減水劑多,所以天然砂的和易性有時不如人工砂,但天然砂的和易性和坍落度、坍落擴(kuò)展度基本比人工砂好,從泵送要求來看,天然砂要比人工砂適合。614混凝土抗壓強(qiáng)度分析通過試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),在同一水膠比情況下,混凝土的強(qiáng)度隨漿體用量增加而增大。時,7結(jié)論通過以上試驗可以得出以下結(jié)論:1)使用壓碎指標(biāo)為911%的碎石,細(xì)度模數(shù)為219的中粗砂和二級粉煤灰進(jìn)行密實堆積試驗,獲(上接第846頁)參考文獻(xiàn)[1]孫偉1荷載與環(huán)境因素耦合作用下結(jié)構(gòu)混凝土的耐久性與服役壽命[J].東南大學(xué)學(xué)報,2006,36(2):7214.[2]NguyenTQ,PetkovicJ,DanglaP,etal.ModellingofCoupledIonandMoistureTransportinPorousBuildingMaterials[J].ConstructionandBuildingMaterials,2008,22:218522195.[3]金祖權(quán),孫偉,張云升.混凝土在硫酸鹽、氯鹽溶液中的損傷過社,2001[7]高強(qiáng)與高性能混凝土委員會.高強(qiáng)混凝土工程應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,1998.[8]朱宏軍,程海,姜德民.特種混凝土和新型混凝土[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.[9]馮乃謙.實用混凝土大全[M].北京:科學(xué)出版社,2001.sionandLiquidPushOutofTheMaterialCapillariesinCementComposites[J].CementandConcreteResearc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