花岗岩石粉水工混凝土工作性能试验研究.pdf

第 3 6卷第 2期 2 0 1 4年 2月 人民 YELL 0W 黄河 RI VER Vo 1 3 6 No 2 Fe b ， 2 0 1 4 【 水利水 电工程 】 花岗岩石粉水工混凝土工作性能试验研究 英丕杰， 刘福胜 ， 孙 雷， 周广发 ， 宋计 勇 ( 山东农业大学 水利土木工程学院， 山东 泰安2 7 1 0 1 8 ) 摘要： 通过实测胶砂流动度和混凝土和易性等， 研究了花岗岩石粉作为掺合料等量取代水泥对水工混凝土工作性能的 影响。试验结果表明： 花岗岩石粉粒径与水泥粒径相比更细， 且粒径分布更加均匀， 用作水泥制品的掺合料有利于改善 混凝土的孔结构； 花岗岩石粉的需水量比为9 5 ， 颗粒分布较水泥更均匀且粒度更细， 掺入花岗岩石粉后胶砂体系级配 更好， 等量取代水泥时， 胶砂流动性相对于基准水泥显著提高； 在水胶比相同情况下， 随着混凝土设计强度等级的提高， 水泥和花岗岩石粉总量提高， 混凝土坍落度随之增大， 但其黏聚性变差 ， 泌水率升高， 凝结时间也随之增加。 关键词 ： 花岗岩石粉；混凝土；流动性；黏聚性 中图分类号 ：T U 5 2 8 0 4 1 文献标 志码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 0 1 3 7 9 2 0 1 4 0 2 0 4 1 S t ud y o n W o r ki ng Pe r f o r ma nc e o f Hy d r a u l i c Co n c r e t e M i x e d wi t h Gr a n i t e Po wd e r Y I N G P i - j i e ， L I U F u s h e n g ， S U N L e i ， Z H O U G u a n g f a ， S O N G j i y o n g ( C o l l e g e o f Wa t e r C o n s e r v a n c y a n d C i v i l E n g i n e e r i n g ， S h a n d o n g A gri c u l t u r a l Un i v e r s i t y ， T a j a n 2 7 1 0 1 8， C h i n a ) Abs t r a c t ：Th e s t u d y o n t h e wo r k i n g p e rfo r ma n c e o f h y d r a u l i c c o n c r e t e， i n wh i c h s o me a mo u n t o f c e me n t wa s r e p l a c e d by g r a n i t e p o wd e r ，wa s c a r - t i e d o u t v i a t h e me a s u r e me n t o f t h e flu i d i t y o f mo r t a r a n d t h e wo r k a b i l i t y o f c o n c r e t e T h e r e s u l t s a r e e x t r a c t e d a s f o l l o ws ：T h e s i z e o f g r a n i t e p o wd e r i s s l i mi e r t h a n t h a t o f c e me n t p a rt i c l e a n d we l l d i s t r i b u t e d As a d mix t u r e f o r c e me n t p r o d u c t s， t h e gra n i t e p o wd e r s i mp r o v e i t s s t r u c t u r e o f t h e i n n e r p o r e；W a t e r d e ma n d r a t i o o f g r a n i t e s t o n e p o w d e r i s 9 5 ，t h e s i z e i s s l i mi e r t h a n t h a t o f c e me n t p a rti c l e a n d w e l l d i s t r i b u t e d，a fte r mi x e d w i t h gra n i t e p o wd e r ，t h e mo r t a r g r a d i n g s y s t e m i s b e t t e r ，e q u i v a l e n t r e p l a c e me n t o f c e me n t ，t h e l i q u i d i t y o f mo r t a r r e l a t i v e t o t h e b e n c h ma r k c e me n t i m- p r o v e d s i g n i f i c a n t l y；Un d e r t h e c o n d i t i o n o f the s a me wa t e r c e me n t r a t i o，wi t h t h e i mp r o v e me n t o f d e s i g n s t r e ng t h gra d e o f c o n c r e t e，t h e v o l u me o f c e me n t a n d gra n i t e p o wd e r i s i n c r e a s i n g，t h e s l u mp o f c o n c r e t e i n c r e a s e s ，b u t t h e c o h e s i v e n e s s i s p o o r ，t h e b l e e d i n g r a t e i s i n c r e a s e d，t h e s e t t i n g t ime i S a l S O i n o r e a s e d Ke y wo r d s：gra n i t e p o wd e r ；c o n c r e t e；flu i d i t y；c o h e s i v e n e s s 混凝土工作性能包括流动性 、 黏聚性和保水性， 通常采用 坍落度法和维勃稠度仪评定混凝土的流动性， 采用观察 的方法 评价混凝土的黏聚性和保水性 。我国石料资源丰富 ， 在开 采和加工石材的过程中会产生大量石粉、 石屑， 如山东 日照五 莲县每年因加工花岗岩而产生的石粉超过 3 0万 t ， 这些 固体废 弃物一般都没有被合理利用 ， 从而对环境造成了严重污染。相 关试验研究 表明， 在 昆 凝土中掺入石灰岩、 花岗岩等石粉 ， 由于石粉中粒径小于 4 5 m的硅质 、 钙质颗粒具有一定反应活 性， 能与水泥水化产物发生缓慢反应， 生成具有一定强度的水 化产物， 因此可以充填混凝土孔隙。开发利用石粉作为混凝土 掺合料具有潜在的巨大市场， 同时具有显著的经济、 社会和生 态意义。笔者通过试验研究花岗岩石粉掺合料对水工混凝土 工作性能的影响， 并通过试验调整配合 比， 以期得到适用于不 同施工工况的水工混凝土。 】 26 1 试验材料及配合比 1 1 试验材料 试验采用水泥为 C 4 2 5水泥， 其主要性能见表 1 ； 采用花岗 岩石粉为泰山花岗岩石粉， 4 5 m方孔筛筛余量为 1 3 ， 需水 量比为 9 5 ， 烧失量为0 6 2 ， 其化学成分见表 2 ； 采用沙为河 沙， 其表观密度为2 6 9 8 k g m ， 细度模数为 2 6 7 ； 采用石子为 粒径为 52 5 m m的连续级配碎石， 其表观密度为 2 6 7 8 k g m 。； 采用# b J J I lJ 为萘系高效减水剂， 减水率为2 0 。 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 4 一 -2 4 基金项 目： 山 东省重大水利科研与技 术推广项 目( S D S L K Y 2 0 1 2 0 9 ) 。 作者简介： 英丕杰( 1 9 8 8 一) ， 男， 河北邢台人， 硕士研究生， 研究方向为水工结 构和材料 。 通信作者 ： 刘福胜( 1 9 6 4 一 ) ， 男， 山 东潍坊人 ， 教授 ， 博士生导 师， 主要 从事水 工 结构和材料研 究工作 。 E ma i l ：y i n g p ij i e 1 6 3 t o m 人 民 黄 河2 0 1 4年第 2期 表 1 水泥的主要性能 表 2 花岗岩石粉的化学成分 成分 C a O Mg O F e 2 0 3 A 1 2 0 3 T i O 2 S i O 2 K 2 0 N a 2 0 含量 3 O 1 1 3 3 2 9 9 I 5 8 7 0 3 3 6 7 3 0 3 7 2 4 5 8 1 2配合 比 试验研究表明 ： 在混凝土 中掺入花岗岩石粉， 花岗岩 石粉的微集料和微晶核作用可以提高混凝土早期强度和抗渗 性能， 并保证其抗冻性能， 但是随着花岗岩石粉掺量的增加和 颗粒细度的增大 ， 其早期强度和抗渗性能将下降， 同时考虑利 用花岗岩石粉的经济效益和环境效益， 花岗岩石粉的最佳掺量 为 2 0 ， 最佳细度为 4 5 m方孔筛筛余量为 1 3 。花岗岩石 粉水工混凝 土工作性能优化试验采用花 岗岩石粉等量取代 2 0 的水泥， 按照表3所列配合 比制作混凝土试件 ， 设计 G 1 G 4混凝土试件强度等级分别为 C 3 5 、 C 4 0 、 C 4 5 、 C 5 0 。 表 3 混凝土试 验配合 比 2 试验方法 试验通过测试花岗岩石粉胶砂的流动度， 花岗岩石粉混凝 土的坍落度、 泌水率和凝结时间等， 对花岗岩石粉混凝土的工 作性能进行评价。胶砂流动度按照 水泥胶砂流动度测定方 法 ( G B T 2 4 1 9 -2 0 0 5 ) 进行检测 ， 混凝土工作性能按 普通混 凝土拌合物性能试验方法( G B T 5 0 0 8 0 -2 0 0 2 ) 进行检测 ， 花 岗岩石粉和水泥的粒度分布采用激光粒度仪 Ma s t e r s i z e r 2 0 0 0 进行检测。 3 试验结果 3 1 花 岗岩石粉粒径分布 水泥的粒径分布是其重要的物理指标之一， 对水泥的性能 及其拌合物的性能有重要影响 ， 同样 ， 花岗岩石粉的粒度 分布对其物理特性 ， 以及其作为掺合料 的填充效应有较大影 响， 因此测试分析水泥、 花岗岩石粉的细度及粒度分布具有重 要意义。试验采用水泥为基准水泥， 石粉为泰安周边石材加工 厂的花岗岩石粉 ， 检测前用 1 5 0 m筛筛除杂质。采用激光粒 度仪 Ma s t e r s i z e r 2 0 0 0对基准水泥和处理过的花岗岩石粉进行 检测， 得到基准水泥的平均粒径为 5 8 2 4 0 I L m， 花岗岩石粉的 平均粒 径为 1 9 3 7 5 m， 粒 径分布见 图 1 。从 图 1可 以看 出 ， 花 岗岩石粉的细度为 01 0 0 0 m， 而基准水泥细度范围为 0 1 0 0 p ,m。花岗岩石粉粒径主要为 t 2 0 0 m， 而基准水泥粒径 主要为 1 01 0 0 m， 花岗岩石粉的平均粒径为 1 9 3 7 5 tx m， 基 准水泥的平均粒径为5 8 2 4 0 Ix m。综上， 拟用于后续研究 的花 岗岩石粉的粒径比水泥的粒径更细 ， 且粒径分布较均匀， 用其 作为水泥制品的掺合料有利于改善混凝土的孔结构。 3 2 花岗岩石粉对水泥胶砂流动度的影响 以添加花岗岩石粉的试样胶砂与未添加花岗岩石粉的对 比胶砂为试验对象 ， 采用 水泥胶砂流动度测定方法( G B T 2 4 1 9 -2 0 0 5 ) 测定花岗岩石粉对水泥胶砂流动度的影响。首先 试验测定试验胶砂 1和对比胶砂的流动度， 以两者流动度达到 相同时的加水量之比确定花岗岩石粉的需水量比， 然后测定试 验胶砂 2的流动度， 并测定与对比胶砂相同加水量下试验胶砂 2流动 度的变 化情况 ， 胶 砂配 比及加水 量见表 4 。由表 4加 水 量可以计算出花岗岩石粉的需水量比为 9 5 ， 即达到相同流动 度时试验胶砂需水量较少； 同时掺入花岗岩石粉后， 胶砂流动 度相对于基准水泥显著提高。花岗岩石粉颗粒分布较水泥更 均匀， 且粒度更细 ， 掺入花岗岩石粉后胶砂体系级配更好， 有益 于提高胶砂的流动度。因此， 花岗岩石粉对胶砂流动度起到提 高作用。 错 罨一 粒径， lu ll 图 1 基 准水泥与石粉 的粒径分布 曲线 表 4 胶 砂配比及加水量 3 3 花岗岩石粉对水工混凝土和易性的影响 依据 普通混凝土拌合物性能试验方法( G B T 5 0 0 8 0 2 0 0 2 ) 对 4组混凝土的坍落度、 凝结时间和泌水率进行测试 ， 试 验结果见表 5 。1 、 G 2 、 G 3混凝土坍落度分别 为 2 5、 4 6 、 1 5 0 mm， 可以看出， 在水胶 比相同情况下， 随着混凝土设计强度等 级的提高， 水泥和花岗岩石粉总量提高， 混凝土坍落度随之增 大； G 3混凝土表现出了较好 的流动性 ， 但其黏聚性变差 ， 泌水 率升高至5 ， 凝结时间也随之增加。在水胶比不同时， 随着水 胶比的下降， 混凝土流动性降低， c 4混凝土坍落度为 7 8 m m， 但因为其相对 G 3混凝土水泥和石粉总量增加， 同时控制水胶 比减小， 从而使其泌水率减小， 所以 c 3混凝土表现出优异的保 1 2 7 人 民 黄 河2 0 1 4年第 2期 水性和黏聚性， 适用于对混凝土有早强要求的工程。 表 5混凝土工作性能试 验结果 水 混凝土施工规范( D L T 5 1 4 4 -2 0 0 1 ) 对混凝土在 浇筑地点坍落度的要求见表6， 可以看出， G1 、 G 2 、 G 4混凝土分 别满足素混凝土或少筋混凝土、 配筋率不超过 1 的钢筋混凝 土、 配筋率超过 1 的钢筋混凝土的施工要求。同时 G 3混凝 土满足泵送混凝土对坍落度的要求。 表 6混凝土在浇筑地点的坍落度 混凝土类别 坍落度 c m 素混凝土或少筋混凝土 配筋率不超过 1 的钢筋混凝 土 配筋率超过 1 的钢筋混凝 土 l4 3 6 5 9 注 ： 有温度控制要求或高低温季节浇筑混凝土 时， 其坍 落度 可 际情? 酌量增减 。 4 结语 花 岩石粉粒径与水泥粒径相比更细 ， 且粒径分布更加均 匀， F f j 作水泥制品的掺合料， 有利于改善混凝土的孔结构。花 岗岩石粉的需水量比为9 5 ， 颗粒分布较水泥更均匀且粒度更 细， 掺人花岗岩石粉后胶砂体系级配更好， 等量取代水泥时， 胶 砂流动性相对于基准水泥显著提高。通过调整花岗岩石粉浆 - - - - _ 体含量 、 水泥浆含量、 水胶 比及减水剂量可以配制出满足不同 工况对水工混凝土和易性的要求， 同时强度满足要求。 参考文献 ： 1 李清富， 薛延信 ， 张海洋 不同掺合料对高性能混凝土工作性能影响的试验 研究 J 混凝土， 2 0 1 2 ( 1 ) ： 5 8 6 1 2 傅日荣， 逢鲁锋， 刘桂宾， 等 矿物掺合料对免振捣轻骨料混凝土工作性能 影响的试验研究 J 混凝土， 2 0 1 0 ( 4 ) ： 9 6 9 9 3 刘数华， 阎培渝 石灰石粉对水泥浆体填充效应和砂浆 L 结构的影响 J 硅酸盐学报 ， 2 0 0 8 ， 3 6 ( 1 ) ： 6 9 7 2 4 胡曙光， 李悦， 丁庆军 石灰石混合材料改善高铝水泥后期强度的研究 J 建筑材料学报， 1 9 9 8 ( 1 ) ： 4 9 5 3 5 刘宝举， 谢友均， 张艳芹 粉煤灰细度和掺量对水泥基材料性能的影响 J 建筑材料学报 ， 2 0 0 3 ( 4 ) ： 4 2 6 4 3 0 6 Y i n g P ij i e ，L j u F u s h e n g ，R e n S h u x i a ， e t a 1 T h e R e s e a r c h o n t h e E ff e c t o f G r a n i P o w d e r o n C o n c r e P e rf o r m a n c e J A p p l i e d M e c h a n ic s a n d M e fi Ms ， 加 1 2( 2 0 4 2 0 8) ：3 7 6 03 7 6 4 7 D ang G a n g g a n g ， L i u F u s h e n g ，R e n S h u x i a ， e t a 1 T h e I n fl u e n c e 0 f G r a n i t e P o w d e r o n M e c h a n i c s P r o p e i e s o f C e m e n t M o l a r J A d v a n c e d M e fi M s R e - s e a r c h， 2 0 1 2，5 8 0：5 2 15 2 7 8 刘数华 石灰石粉对复合胶凝材料水化特性的影响 J 建筑材料学报， 2 0 1 0( 2 )： 2 1 82 2 1 9 何智海 ， 刘运华， 刘江红 石灰石粉对水泥基材料性能的影响 J 粉煤灰， 2 0 0 8 ( 2 ) ： 2 6 2 8 1 O 樊小华， 王玉 水泥粒度分布对其性能的影响 J 水泥， 2 0 1 1 ( 6 ) ：4 6 4 8 1 1 熊远柱， 万慧文 石灰石粉对混凝土性能的影响 J 混凝土， 2 0 1 0 ( 9 ) ： 8 991 【 责任编辑吕艳梅】 ( 上接第 1 2 8页) 可信度分配见表 2 。可见振动频谱征兆域上 诊断结果为转子不平衡故障( Y ) 的置信度为 0 8 3 3 6， 振动幅 值征兆域上该故障类型的置信度为0 6 3 8 4， 而磁极不均匀故障 ( Y ) 的置信度分别为 0 1 2 8 3和 0 3 3 3 9 ， 也就是说 ， 若仅仅利 用某征兆域参数进行故障诊断时， 对故障类型的识别存在一 定的不确定性。在表 2中， m( Y ， ) 表示对故障 y 的信任度， m ( Y ) 表示对故 障 Y 的信任度， m( 0 ) 表示故 障类型 的不确 定度 表 2 粒子 群神经 网络故 障诊 断的可信 度分配 根据证据理论的合成规则 ， 通过计算得 =0 8 3 3 6 0 3 3 3 9+ 0 6 3 8 4 0 1 2 8 3= 0 3 6 0 2 4 6 ， 则 2个并行粒子群神 经网络输出的融合结果见表 2 。将 2个证据体融合后， 发生转 子不平衡故障( Y ) 的可信度值提高 明显 ， 达到 0 9 0 5 9 ， 同时， 磁极不均匀故障( Y ) 的可信度下降到 0 0 9 2 4 ， 而故障的不确 定度值也大幅下降到0 0 0 1 6 ， 表示对故障Y 的支持程度提高 了。最终诊断出的故障类型只为转子不平衡故障， 与实际发生 1 28 -+ - - 的故障类型相吻合。说明笔者所采用 的方法降低了诊断的不 确定性 ， 明显提高 了准确率， 对水电机组振动故障诊断是有 效 的。 参考文献 ： 郭磊， 刘德辉 ， 李志红 智能诊断技术在水电机组振动故障诊断中的应用 J 水电能源科学， 2 0 0 9 ， 2 7 ( 4 ) ： 1 7 8 1 8 0 杨伟， 顾明星， 彭静萍 证据理论在电机故障诊断中的应用 J 电力系统保 护与控制 ， 2 0 1 0 ， 3 8 ( 2 ) ： 6 4 7 6 贺建军， 赵蕊 基于信息融合技术的大型水轮发电机故障诊断 J 中南大 学学报 ： 自然科学版 ， 2 0 0 7 ， 3 8 ( 2 ) ： 3 3 3 3 3 7 陆宁， 周建中， 何耀耀 粒子群优化的神经网络模型在短期负荷预测中的应 用 J 电力系统保护与控制， 2 0 1 0 ， 3 8 ( 1 2 ) ： 6 5 6 8 王晓霞， 王涛 基于粒子群优化神经网络的变压器故障诊断 J 高电压技 术 ，2 0 0 8 ， 3 4 ( 1 1 ) ： 2 3 6 2 2 3 6 7 凌六一， 黄友锐 基于多传感器信息融合的矿井通风机故障诊断 J 煤炭 科 学技术 ， 2 0 0 8 ， 3 6 ( 6 ) ： 7 2 7 4 熊伟， 程加堂， 徐绍坤 证据理论融合蚁群神经网络的水质预测方法 J 人 民黄河 ， 2 0 1 2， 3 4( 5) ： 7 67 7 刘立峰， 李郁侠， 王伟 基于遗传神经网络和证据理论融合的水电机组振动 故障诊断研究 J 水力发电学报， 2 0 0 8 ， 2 7 ( 5 ) ： 1 6 3 1 6 7 【 责任编辑张华岩】 _寸 _