特细砂混凝土的力学性能及抗渗性能研究.pdf

第 3 2 巷浆5期 2 0 1 0年 5月 人民黄河 YELLOW RI VER Vo 1 32 No 5 Ma y， 2 01 0 【 水利水 电工 程 】 特细砂混凝土的力学性能及抗渗性能研究 韩 建宏 ， 娄 宗科 ( 西北农林科技大学 水利与建筑工程学院， 陕西 杨凌 7 1 2 1 0 0 ) 摘要： 对特细砂混凝土力学性能及抗渗性能进行了试验研究。结果表明： 砂率、 水胶比、 粉煤灰掺量和减水剂掺量对特 细砂混凝土抗压 强度 均有一定 的影 响 ， 尤其是粉 煤灰掺 量和 减水剂掺 量 间存 在一 定 交互作 用 ； 一 定试验 条件 下 ， 砂 率和 粉 煤灰掺量分 别为 2 l 和 2 0 时， 特细砂混凝 土抗 渗性能最佳 。 关键词 ：特 细砂 混凝土 ；抗压 强度 ；抗渗性 中图分类号 ：T V 4 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 01 3 7 9 2 0 1 0 0 5 0 5 7 砂是制备混凝土必不可少的建材之一， 我国在经过大规模 綦础 r程建设后 ， 中 、 粗砂 资源无论从储 量 、 质量或 町持续 发展 的角度看 ， 都 已不能 满 足 当今 建 设规 模 的需 要 ， 而在 长 江 、 黄 河、 珠江和松花江等流域以及西北和新疆等地均分布着大量的 特细砂资源 ， 从就地取材 、 加快 施工 进度 和合 理 开发 利用 自然 资源的原则 出发 利用丰富 的特细砂 资源配 制混凝 土就成 为今 后I 程建设的必然选择。笔者对特细砂混凝土强度和抗渗性 能进 行了研究 。 1 强度影响因素试验 特细砂颗粒细 、 级配差 、 孔隙率和比表面积大， 根据对特细 砂混凝土有关性能的试验研究 ， 目前一般采用低砂率 、 低坍落 度、 低水泥用域、 粉煤灰超量取代和掺加高效减水剂的“ 三低一 超一掺” 法配制特细砂混凝土。因此， 分析特细砂混凝土强度 时 ， 选择 了砂 率 、 水胶 比 、 粉：媒灰掺 量和减水剂掺量 4个 因素。 混凝土原材料中水泥为4 2 5 R普通硅酸盐水泥； 细骨料为 当地产特细砂， 松散容重为 1 4 1 2 k g m ， 紧密容重为 l 5 7 7 k g m。 ，含泥量 为 1 9 ， 细度模数 为 1 3 ； 粗 骨料 中小石表 观密 度 、 堆积密度分别为 2 6 9 0 、 1 5 9 0 k g m ， 中石分 别为 2 6 5 0 、 1 5 0 0 k g In ， 大石分别为 2 6 2 0 、 1 4 9 0 k g m ； 粉煤灰为甘肃平 凉华 茂 I 级粉煤灰 ； 减水剂 为 Z B一1 A高效减水 剂。 1 1 砂率对强度的影响 嘲定减水剂掺量为0 7 5 ， 粉煤灰掺舒为 1 5 ， 分析坍落 度 为 3 0 5 0 IIl il 1 、 9 01 1 0 mi ll 和水胶 比为 0 3 5 、 0 4 0时 ， 不 同 砂率 对混凝土 2 8 d抗压强度 的影响 ， 试验结 果 见圈 l 。 由图 1可知 ： 当坍 落度为 3 0 5 0 1 1 1 1 1 、 水胶 比为 0 3 5时 ， 混 凝土2 8 d 抗E E 强度先增大后减小， 砂率为 1 7 时混凝土强度 最高 ； 水胶 比为 0 4 0时 ， 混 凝土 2 8 d抗艇强度有逐 渐减小 的趋 势， 仍砂率为 1 5 与 1 7 时， 抗压强度变化不大。 此， 坍落 度为 3 0 5 0 n 时， 最优砂率为 1 7 ； 理， 当坍落度为 9 0 l 1 0 in to时 ， 最 优砂率为 1 9 。砂 率较小时 ， 砂 浆量不足 以完全 包裹 粗骨料 的表面 和 填充 骨 料 间 的空 隙 ， 导致 混凝 土密 实性 差， 进而影响其抗压强度， 随着砂率的增加， 密实性相应增加， 强度也随之呈现上升趋势。而当砂率增加到一定程度后， 在骨 料表面的水泥浆量相对少 了， 使骨料之间的胶结力下降， 密实 性降低， 于是抗压强度下降。 套 馘 暇 出 辗 砂 率臃 图 1 砂率对 特细砂混凝 2 8 d强度的影响 1 2 水胶 比对强度的影响 坍落度为 9 01 1 0 m m、 减水 剂掺量为 0 7 5 、 砂率 为 1 9 的情 况下 ， 研究 水胶 比变化对特细砂混凝 土 2 8 d抗压强度 的影 响 ， 见 图 2 。 善 魁 慝 水胶 比 图 2 水胶 比对 特细砂混凝土 2 8 d强度的影响 试验结 果表 明 ： 特细砂 混凝 土也遵 守水灰 比定则 公式 ， 随 着 水胶 比的减小混凝 土抗 压强 度增 大 ， 水 胶 比小于 0 4之 后 ， 强度增 长特别 著 。 收稿 日期 ： 2 ff d 9 0 8 - 0 6 作者简 介： 韩建宏 ( 1 9 8 5 一 ) ， 女 ， 山西汾阳人 硕士 研究方 向为结构设计理论。 E ma i l ： h a n j i a n h o n g 2 0 0 7 y a h o o c ,12 1 2 5 人 民 黄 河2 0 1 0年第 5期 1 3粉煤灰掺量及减水剂掺量对强度的影响 在第一阶段研究的基础上， 固定坍落度为9 01 1 0 mm、 砂 率为 1 9 ， 重点研究 了粉煤灰掺量和减水剂掺量对混凝土 2 8 d 抗压 强度 的影响 ， 见 图 3 。 粉煤灰掺量 图 3粉煤灰掺量对混凝土 2 8 d强度的影响 由图3可知： 水胶 比相同时 ， 随着粉煤灰掺量从 1 5 增加 到 4 0 ， 特细砂混凝土抗压强度呈现下降趋势。可见 ， 单纯掺 加高 比例粉煤灰取代水泥是不可行的 。 减水剂 掺量对强 度影 响 的试验 结果 见表 1 。分 析 表 1可 知 ： 当粉煤灰掺量 固定时 ， 随着减水剂 掺量的增加 ， 特细砂混凝 土抗压强度大体上呈现先增后减的趋势 ； 减水剂用量与粉煤灰 掺量表现 出了强烈 的交互作用 J 。当不掺加粉煤灰 时 ， 减水剂 最优掺量为 0 7 5 ； 当粉煤灰掺量为 1 0 时， 减水剂最优掺量 为 0 5 ； 当粉煤灰掺量为 1 5 时， 减水剂最优掺量为 0 5 ； 当粉煤 灰掺 量为 2 0 一3 0 时 ， 减 水剂 最优 掺 量 为 0 7 5 。 实际使用时应确定粉煤灰用量与减水剂最优掺量的搭配， 大部 分情况下 ， 减水剂掺量 以 0 7 5 为宜 。 表 1 减水剂掺量对混凝土 2 8 d强度的影响 2 抗渗性试验 抗渗性除关系到混凝土的挡水及防水作用外， 还直接影响 混凝土的抗 冻性 及其 他耐 久性能 。试 验 中水泥 品种 、 水 灰 比、 外加剂 掺量及骨 料级 配不变 ， 分别 取砂 率为 1 7 、 1 9 、 2 1 、 2 3 和 2 5 ， 粉煤 灰掺量 为 1 5 、 2 0 和 2 5 ， 采 用一 次加压 的试验方法 ， 考察 1 4 d龄期时特细砂混凝土的相对渗透系数 。 2 1 砂率对抗渗性的影响 由图 4可知 ： 在试 验所 选定 的砂 率变 化范 围 内， 随着 砂率 的增长特细砂混凝土的相对渗透系数逐 渐减小 ， 即其抗 渗性逐 渐增强 。当砂率从 1 7 增大到 2 1 时 ， 混凝土抗渗性提高非常 明显； 而砂率内2 1 增大到 2 5 时， 相对渗透系数降低幅度非 常小。从抗渗性考虑， 最优砂率为2 l 。该作用机理可解释如 一 F： 随着砂率的增加 ， 妙 予填充 子字 隙 ， 水 泥浆包裹 住砂石并 填满砂子的空 隙 ， 此时 混凝 街实性 增J J 【 J ， 【天 J 此 抗 渗性 随之增 】 2 6 强。应该注意的是， 随着砂率的增加， 混凝土抗渗性并不是无 止境的增加， 砂率过大会使骨料的总表面积及孔隙率增大， 降 低混凝土的流动性， 造成施工振捣不密实 ， 从而影响抗渗性， 因 此考虑混凝土抗渗性时应注意最佳砂率的选择。 蝌 热 爱 罂 砂率 ， 图4砂率与混凝相对渗透 系数的关 系 2 2粉煤灰掺量对抗渗性的影响 试验结果见图5 ， 可以看出： 在试验所选定的粉煤灰掺量变 化范围内， 当粉煤灰的掺量小于 2 0 时， 特细砂混凝土的相对 渗透系数随掺量的增加而减小， 即抗渗性提高； 当掺量达 2 0 人 民 黄 河2 0 1 0年第 5期 时 ， 特细砂混凝土 的相对渗透 系数达 到最小 ， 即抗渗 性最 高 ； 当 掺量超过 2 0 时， 特细砂混凝土的相对渗透系数随掺量的增加 而增大 ， 即抗渗性降低。 0 辍 斑 ；譬 粉煤灰掺 量 图 5粉煤灰掺量与特细砂混 凝土相对渗透 系数的关 系 主要 原因分析如 下： 首先 ， 粉煤 灰 的形 态效 应 能使 混 凝土 的单位用水量 减少 ， 进 而减 少多余水 在混凝 土硬 化后所 形成 的直径较大 的孔 隙 ； 此外 在保 证 混凝 土强 度 的前 提 下 ， 用 水量 的减少还 可减 少水 泥用量和混凝 土 的绝 热 温升 ， 使混 凝土 更加 致密 。其次 ， 粉煤灰在混凝 土 中的 活性填 充行 为具有 使混 凝 土 致密 的作用 。再 次 ， 粉煤 灰的微集料 填充 效应 能减小 混凝 土 的 有害孔 比例 ， 提高混 凝 土 的致密 性 ； 化 学作 用产 生 的水 化 产物 起骨架作用 ， 能提高粘结 强度和抗 裂性 能 ， 进 一步提高抗渗性 。 但是 ， 随着粉煤灰 掺量 进 一步 增加 ， 形态 效应 由正效 应 的减水作用变 为负效应的增水作 用 ， 微 集 料效应 的变 化也趋 于 停滞。因此， 当粉煤灰掺量超过一定 比例后， 粉煤灰总效应系 数的增大幅度将随粉煤灰掺量的递增逐渐趋缓， 若粉煤灰掺量 继续增加 ， 总效应 系数甚 至 出现 下降 趋势 ， 表现 为 随粉 煤灰 掺 量增加 ， 其 混凝土抗渗性 能降低 。 3 结语 ( 1 ) 在其他条件不变时， 随着砂率的提高， 混凝土抗压强度 先增大后减小 。当坍 落度为 3 0 5 0 mm、 砂率为 1 7 时混凝 土 强度最高； 当坍落度为 9 01 1 0 m m时， 最佳砂率为 1 9 。 ( 2 ) 特细砂混凝土的抗压强度随水胶比的增大而减小， 与 普通混凝土 的水灰 比变化规律相 同。 ( 3 ) 粉煤灰掺量从 1 5 增加 到 4 0 ， 特细砂 混凝土 抗压 强 度呈现下降趋势 。 ( 4 ) 减水剂用量与粉煤灰掺量之间存在交互作用。当粉煤 灰掺 量固定时 ， 随着 减水 剂掺量 的增 加 ， 特 细 砂混 凝 土抗 压强 度呈 现先增后减 的趋 势。当粉煤灰掺量 为 1 0 1 5 时 ， 减水 剂最 优用量为 0 5 ； 当粉 煤灰掺量为 2 0 3 0 时 ， 减水剂最 优用量为 0 7 5 。 ( 5 ) 在试验条件下( 特细砂最优砂率为2 1 ) ， 随着砂率的增 长特细砂混凝土的相对抗渗系数逐渐减小， 即其抗渗性逐渐增强。 ( 6 ) 在试验条件下 ， 当粉煤灰掺量小 于 2 0 时 ， 特细砂混凝 土的渗透系数随掺量的增加而减小， 即抗渗性提高； 当掺量达 到2 0 时， 特细砂混凝土的相对渗透系数达到最小 ， 即抗渗性 最 高 ； 当掺量超 过 2 0 时 ， 特 细砂混 凝 土 的相对 渗透 系数 随掺 量的增加而增大 ， 即抗渗性降低 。 参考文献 ： 1 潘宏彬 粉 煤灰 掺景 对混 凝土 强 度 的影 响 J 试 验 技术 与试验 机 ， 2 0 0 6 ( 1 )： 4 24 6 2 薛媛 ， 娄宗科粉煤 灰混凝 土抗 冲磨性能 试验研 究 J 人 民黄河 ， 2 0 0 8， 3 0 ( 5 )： 9 49 5 3 刘数华 ， 方 坤河 ， 曾力 ， 等 粉煤 对混凝 土抗 渗性能 的影响 J 粉煤灰综 合利用 ， 2 0 0 4( 5) ： 3 03 1 4 张之颖 ， 王晋 ， 周建军 ， 等 非破坏 振动环境对粉煤灰混凝土渗透性能的影响 J 西安 交通大学学报 ， 2 0 0 5， 3 9 ( I 1 )： 1 2 7 31 2 8 1 【 责任编辑张华岩】 ( 上接 第 1 2 4页) 石层 ， 在平硐 中做现场变形模量和 弹性 模量原 位试验 ， 使用反 复荷 载 ， 最 大荷 载为 3 0 MP a 。测得 应力一变形 曲线饱 和状 态下为近 似直 线 ， 天然 状态 下为 上 凹型 ， 砂 砾 石层 具有孔 隙 一裂隙双重特性 ， 饱和状态下 ， 受裂 隙水压 力作用 ， 砂 砾石变形具有较好的均质性 ； 天然状态下， 随着压力的增高， 孔 隙 一 裂隙被压密， 塑性变形逐渐减小， 模量逐渐增大 ， 反映了孔 隙 一 裂 隙的非均质性 。饱 和状态 下 的变形 模量 为1 2 5 41 7 5 6 MP a ， 弹 性模 量 为 8 2 6 1 9 2 7 1 M P a ； 火然状 态 一 F， 变形模 量为 3 9 3 2 4 6 5 2 MP a ， 弹性模量为 9 8 1 5 1 1 0 6 1 Ml 】 a 。 试验点 的岩组结构特征 ： 块石 、 碎石和 大孤石呈 次棱 角状 ， 组成 的骨架 颗粒呈交错 排 列 ， 胶 结 密实 ， 从 开挖 断面上 取 出大 颗粒， 能保持颗粒凹面形状 ， 说明充填物具有一定强度。考虑 到该覆盖层的结构强度 ， 其承载力 和变形模量应该较统计值 大 ， 结 合 其 他现 场 试验 ， 综 合分 析其 允 许 承载 力 为 0 60 8 MP a ， 饱 和状态下 的变形 模量 为 1 2 5 41 7 5 6 MP a ， 弹性 模 量 为 8 2 6 t9 2 7 1 M P a ； 天 然状 态下 变形模 量 为 3 9 3 24 6 5 2 MP a ， 静弹性模量 为 9 8 1 51 1 0 6 1 MP a ； 动弹模量为 9 0 0 3 2 0 0 MPa 4 结语 新疆莫勒切 河流域深 厚覆 盖层 的成 因是地 壳差 异性 升 降 运动和冰川运动共同作用 的结果； 深厚覆盖层胶结较好 ， 呈半 成 岩特性 ， 渗透 系数一般为 5 01 0 一 e r n s ， 属 中等透 水性 ， 承 载力 较高 ， 为 0 6 0 8 MP a ； 砂砾 石层在饱 和状 态下应 力一应 变曲线呈近似直线 ， 天然 状态 下 为上 凹型 ， 说 明砂砾 石层具 有 孔 隙 一裂隙双重特性 ， 变形呈孔 隙、 裂隙双重特征 。 参考文献 ： 1 j 乔国峰 九甸 峡水电站坝基深厚覆盖层工程地质特性研究 J 甘肃水利水 电技术 ， 2 0 0 6 ， 1 2 ( 4 2 ) ： 4 1 9 4 2 0 2 杨聚利 ， 刘荣德 ， 濮声荣 新疆下坂地水库坝址 主要 工程地质 问题 及坝址选 择 J 资源环境与工程， 2 0 0 8 ( 增刊) ： 2 8 3 2 3 许强， 陈伟， 张倬元 对我国西南地区河谷深厚覆盖层成因机理的新认识 、 J 地 球科学进展 ， 2 0 0 8， 5( 2 3) ： 4 4 8 4 5 4 4 张新 ， 陈朝红 新 疆奠 勒切 河兰 干和石 门水 库工程 地质 报告 R 鸟鲁木 齐 ： 新疆生产建设 兵团规划勘测设计研究院地质勘察分院 ， 2 0 0 6 【 责任编辑吕艳梅 】 l 2 7 4 2 O 8 6 4 2 0 1