1、2 0 1 2 年 第 1 0期 (总 第 2 7 6 期 ) Nu mb e r 1 0 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No 2 7 6 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AL AND ADM D CLE d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 1 0 0 2 7 骨料级配对外掺氧化镁混凝土膨胀变形性能的影响 方坤河 1 , 2 y刘小萤 ,陈昌礼 , ,李维维 ,赵振华 ,蒋君 ( 1 贵州师范大学 材料与建筑工程学院,贵州 贵阳 5 5 0 0 5 9 ; 2
2、武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室, 湖北 武汉 4 3 0 0 7 2 ) 摘要: 为了合理确定氧化镁混凝土的Mg O极限外掺量, 进行了不同Mg O外掺量情况下的不同骨料级配混凝土的砂浆压蒸膨胀率试 验和混凝土的自生体积变形测定。 试验成果表明: 不同骨料级配混凝土的砂浆的压蒸膨胀率的大小与单位体积试件中所含Mg O的量大 致相关; 经湿筛去除大于 4 0 r n n l 的粗骨料获得的混凝土试件的自 生体积变形的顺序为: 一级配混凝土三级配混凝土 二级配混凝土; 利用筛除大于4 0 n l n l 粗骨料的拌合物测试混凝土的自生体积变形, 结果是人为地增大了混凝土的自 生体积变
3、形值。 研究成果对氧化镁混 凝土中Ml 合理掺量的确定有参考价值。 关键词: 氧化镁混凝土;压蒸膨胀率;自生体积变形;轻烧 Mg O ;骨料级配 中图分类号 : T U5 2 8 0 6 2 文献标 志码 : A 文章 编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 1 0 0 0 9 2 0 2 I nflue nc e o f agg r eg a t e gr a di n g on ex pa ns i bi l it y of c onc r e t e mi x ed w it h l i ght -bu r ne d ma gne s i um o xi de
4、F ANGKu n- h e1 ,2 LI UXi a o - y ing , C HEN Ch a n g- l i , LIWe i - we i 1 ZHAOZh c n- h u a 。 J I ANGJ u n ( 1 S c h o o l o f Ma t e r i als a n dA r c h i t e c t u r e E n g i n e e r i n g , G u i z h o uNo r ma l Un i v e r s i t y , Gu i y a n g 5 5 0 0 5 9 , C h i n a ; 2 , S t a t e K e
5、y L a b o r a t o r yo f Wa t e r R e s o u r c e s a n dHy d r o p o we r E n g i n e e ri n gS c i e n c e , Wu h a nU n i v e r s i t y , Wu h an 4 3 0 0 7 2 , C h i n a ) Abs t r a c t : To a s c e r t a i n i n g r a t i o n a l M g O u l t i ma t e c o n t e n t o f h y d r a u l i c c o nc r
6、e t e, t h e a u t o c l a v e t r e a t e d e x p an s i b i l i t y o f d i ff e r e n t g r a d i n g c o n c r e t e mo r t a r s a mpl e s a nd a u t o g e n i c v o l u me c h ang e o fc o nc r e t e s am p l e s mi x e d wi t h Mg O d i ffe r e n t c o n t e n t h a d b e e n d e t e r mi n e
7、 dTh e r e s u l t s s h o we d t ha t the a u t o c l a v e - t r e a t e d e x p a n s i b i l i ty of diff e r e n t g r a d i n g c o n c r e te mo r t a r s am p l e s w a s r e l a t e d t o Mg O c o n t e n t wi t h i n u n i t v o l um e mo r t a r s a mp l e T h e s e q u e n c e o f a u t
8、o g e n i c v o l um e c h ang e o f we t s c r e e n ( 4 0 mm s i e v e ) und e r s i z e c o n crete Wa S , o n e g r a d in g c o n c r ete t h ree -adi n g c o n c r e t e t wo g r a d i n g c o n c r e te I f a u t o g e n i c v o l u me c h a n g e o f c o n c r e t e W a S t e s t e d u s i n
9、 g we t s c r e e n ( 4 0 1 1 11 1 1 s i e v e ) u n d e r s i z e c o n c r e t e , i t s p e l l ed t h a t the v a l u e o f a u t o g e n i c v o l um e c h a n g e Wa S a g g r a n d i z e me n t a r t i fi c i a l l y T h e f r u i t s h a d p r a c t i c al s i g ni fi c anc e f o r a s c e r
10、 t a i n r a t i o na l Mg O c o n t e n t o f c o n c r e t e K e y wo r d s : c o n c r e t e mi x e d wi t b l i g h t - b u r n e d ma gn e s i um o x i d e ; a u t o c l a v e t r e a t e d e x p a n s i b i l i ty ; a u t o g e n i c v o l um e c h an g e o f c o n c r e t e ; l i ght - b u r
11、n e d ma gne s i um o x i d e ; gra d i n g o f c o n c r e t e 0 引言 生产水工大坝混凝土所用的粗骨料, 多分为小石( 5 2 0 mm) 、 中石( 2 0 - - 4 0 mm) 、 大石( 4 0 8 0 mm) 和特大石( 8 0 1 2 0 1 11 1 1 1 ) 。 按 照逐级填充孔隙和提高混凝土密实度的原则, 将不同粒径的骨 料按照一定比例搭配, 可生产出二级配混凝土、 三级配混凝土、 四级配混凝土。 将外掺轻烧氧化镁( Mg O) 的级配混凝土用于水 工大坝时, 可以利用 Mg O水化时呈现的延迟微膨胀特性 ,
12、 部分 或全部抵消混凝土的后期收缩, 降低混凝土因温度收缩引起裂 缝。 这是外掺 Mg O混凝土技术自1 9 9 0年成功应用于贵州东风 拱坝基础后得到推广应用的主要原因。 掺 Mg O混凝土膨胀性能的试验方法 , 国内学者进行了不 少的研究O 但 目前比较常用的是水泥砂浆压蒸试验方法和混凝 土自生体积变形测定方法。 尽管直接使用一级配混凝土进行压 蒸膨胀率试验以确定混凝土中Mg 0合理掺量的方法已有贵州 省地方标准 D B 5 2 7 2 O 一2 O l O 全坝外掺氧化镁混凝土拱坝技 术规范 进行了相应的规定 , 但由于骨料级配显著影响混凝土 试件的压蒸膨胀率 , 该规范的送审稿在讨论过
13、程中存在不同的 收稿 日期 :2 0 1 2 - 0 4 - 2 5 基金项 目:国家 自然科 学基金项 目( 5 0 9 6 9 0 0 2 ) 9 2 意见。 这说明混凝土中Mg O的合理掺量还有待深入研究。 、 关于掺 Mg 0混凝土膨胀变形性能的影响因素 , 国内学者 进行了不少的研究。 文献 1 】 进行了掺 Mg O膨胀剂水泥浆体膨 胀机理的研究 ; 文献 2 】 介绍了过烧 Mg O的水化及其对混凝土 自生体积变形的影响; 文献【 3 】 介绍了外掺Mg O与水泥内含Mg 0 在大体积混凝土中的膨胀效应 ; 文献 4 介绍了水灰 比对外掺 Mg O混凝土 自生体积变形的影响; 文
14、献【 5 】 介绍了 Mg O混凝土 自生体积变形与压蒸膨胀值的相关性 ; 文献 6 】 研究了混凝土级 配与集料粒径对压蒸膨胀率的影响。 然而, 同时使用砂浆压蒸试 验方法和混凝土自生体积变形试验方法对同样原材料配制的 不同骨料级配混凝土进行的对比试验研究还未见到报道。 本研 究开展了这方面的试验研究 , 其目的在于探索不同试验方法所 得试验结果的规律性和试验条件对试验结果的影响 , 为混凝土 中Mg O合理掺量的确定提供参考资料。 1试 验 1 1 试验原材料 ( 1 ) 水泥: P 04 2 5 级水泥, 密度3 D 6 g C c m3 , 比表面积3 5 5 mZ k g , 学兔兔
15、 w w w .x u e t u t u .c o m 标准稠度用水量 2 7 5 , 安定性合格, 其主要化学成分见表 1 。 表4 M g O掺量对二级配混凝土砂浆压蒸膨胀率影响的试验结果 表 1 P O 4 2 5级水泥的主要化 学成分( 质量分数 ) ( 2 ) Mg O: 辽宁海城东方滑镁公司生产的轻烧 Mg O, 密度 3 3 9 4 g c m3 , 细度( 0 0 4 5 n l n l 筛的筛余 ) 为 2 6 8 , 其主要化学成 分见表 2 。 表2 M g O的主要化学成分( 质量分数 ) ( 3 ) 粗细骨料: 灰岩人工砂和碎石, 取 自贵州某水电站工地。 人工砂的
16、细度模数为2 4 3 , 属中细砂, 颗粒级配属于第 1 I 区, 级 配良好, 砂的视密度 2 7 1 5 g c m3 , 吸水率 2 3 1 。 粗骨料由工地加 工成小石( 5 2 0 mm) 、 中石( 2 0 - - 4 0 mm) 和大石( 4 0 8 0 mm) 三级。 ( 4 ) 外加剂 : 萘系高效减水剂 , 其品质符合现行标准。 1 2试验 方 法 试验使用的混凝土基准配合比: 级配混凝、 水泥3 1 7 k g ms 、 水 1 7 4 5 k g m3 、 砂 8 7 3 5 k g m3小 石 1 1 1 3 k e d m ; 二 级配 混 凝 土, 水泥 2 7
17、5 k g m3 、 水 1 5 1 3 k g m3 、 砂 8 5 0 k g m3 小石 5 1 0 k g m3 、 中石 7 6 5 k g m3 o 三级配混凝土, 水泥 2 4 0 k g m3 水 1 3 2 m 、 砂 7 5 0 k g m3 、 小石 4 0 5 k g m3 、 中石 5 4 0 k g m3 大石 4 0 5 k g m3 o Mg O 的外掺量按水泥质量的百分数计。 试验过程中通过改变减水剂 的掺量以调节拌合物的坍落度在 7 0 9 0 i l l ln范围。 用于压蒸膨 胀率测试的混凝土砂浆的配合比, 由相应级配混凝土去除粗骨 料后拌制而得。 混凝
18、土砂浆的压蒸试验方法和试验结果的处理分别按照 G B T 7 5 0 - - 1 9 9 2 ( 水泥安定性试验方法( 压蒸法 ) 和 水泥砂浆 安定性试验方法( 试行) 的有关规定进行 ; 混凝土 自生体积变 形的试验方法和试验结果处理按照 S L 3 5 2 -2 0 0 6 水工混凝土 试验规程 的有关规定进行。 三级配混凝土的自生体积变形试件 分为经过湿筛 和未 经过 湿筛 两种 。 经过湿筛 的试件筛 除了混凝 土拌合物中大于 4 0 r n m的粗骨料。 未经过湿筛的三级配混凝土 试件中埋人 D I 2 5 型应变计外, 其余试件中埋入 D I 1 0型应变计。 2 试验 结果与分
19、析 2 1试验 结果 不同Mg O掺量情况下的一级配、 二级配和三级配混凝土的 砂浆的压蒸膨胀率测试结果分别列于表 3 5 。 表 3 Mg O掺量对一级配混凝土砂浆压蒸膨胀率影响的试 验结果 注 : QA2 4 0 0 5 5 0 I , 混凝土编号 A2 4 一 Mg O掺量 0 一 水灰 比 0 5 5 一 粉煤灰掺量 O I 级配混凝土, 其余类推, 以下各表类同; 表示压蒸 后试件外观 已经发生变形 , 以下各表同。 不同Mg O掺量情况下一级配、 二级配和三级配混凝土( 经 过湿筛去除 4 0 I n lT l 以上粗骨料) 的自生体积变形测试结果分别 见 图 1 - 3 。 三级
20、配混凝土湿筛与否对混凝土自生体积变形测试结果 的影响见图 4 。 表 5 Mg O掺量对三级配混凝土砂浆压蒸膨胀率影响的试验结果 2 、 蛙 划 皿 +A2 4 0 0 5 5 一 O I , A2 3 4 0 0 5 5 0 一 I -口 - Al 9 5 0 0 5 5 0 一 1 0 5 O l O O l 5 O 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 龄期 , d 图 1 Mg O掺量对一级配混凝土 自生体 积变形 的影响 注 : A2 4 0 - 0 5 5 0 一 I , 混凝土编号 A2 4 一 Mg O掺量 0 - 水灰 比 O 5 5 - 粉 煤灰掺量
21、0 I 级配混凝土 , 其余类 推 , 以下各 图类 同。 2 、 蛙 皿 - 一A3 0 0 0 5 5 0 一 I I +A32 4 0 0 55 0一 I I - A34 5 0 0 55 0一 I 1 0 5 0 l O O l 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 龄 期 , d 图 2 Mg O掺量对二级配混凝土 自生体积变形 的影响 2 、 蛙 一 皿 +A41 5 一 O 5 5 0 一 I I I - 一A4 5 7 0 5 5 0 一 I I 1 0 5 0 1 O 0 1 5 O 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 龄
22、期 , d 图 3 Mg O掺量对三级配混凝土 自生体积变形的影响 0 5 0 l 0 0 l 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 龄期 d 图 4 湿筛与否对三级配混凝土 自生体积变形的影响 下转第 1 2 7页 9 3 。珈枷 砌m m 0 0 0 O O O 0 4 2 矗 0 5 0 5 0 5 0 5 O 5 O 5 一 0 _【、 皿 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 】 周履, 陈永春 收缩徐变 M 北京 : 中国铁道出版社, 1 9 9 4 【 3 】 陈惠发, A F 萨里普混凝土和土的本构方程【 M 】 E
23、京: 中国建筑工业 出版社 , 2 0 0 4 4 】 研究嘲 2 01 0: 9 6 9 7 5 】G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 普通混凝土长期性能和耐久性试验方法标准 s 上接第 9 3页 2 2 试验 结 果分析 根据表 3 - 5可以得到图 5 。 从图 5可见, 相同 Mg O掺量、 相同水灰比情况下, 不同骨料级配混凝土砂浆的压蒸膨胀率是 不同的, 其膨胀率与单位体积试件中所含 Mg O的量大致相关。 若以图 5的曲线拐点确定混凝土的Mg O极限掺量 , 则一级配混 凝土为 4 , 二 级配和三级配混凝土为 5 。 巷 瓣 邕 渣 出 Mg O 掺量 图 5 M
24、g O掺量对不同级配混凝土砂浆( 水灰 比 0 _ 5 5) 压蒸膨胀变形的影响 根据图 1 3可以得 到图 6 - 8 。 1 5 l O 。 一5 圳 皿 一 1 5 - 2 0 -A1 9 5 0 5 5 0 一 I - 一A3 4 5 0 5 5 一 O I I +A41 50 5 5 0一 I I 1 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 龄期 d 周 6骨料级 配对 混凝 土自生体积变形的影响( Mg O掺量 5 ) 2 、 皿 A2 l 一 6 0 5 5 0 一 I +A3 6 6 0 5 5 0 一 I 1 0 5 0
25、 l O O l 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 龄 期 , d 图 7 骨料级配对混凝土 自生体积变形的影响( Mg O 掺量 6 ) 宝 、 蝰 壬 H 血 - - 一 A3 8 7 0 5 5 0 一 I -I I - A2 2 7 0 5 5 0 一 I I 一A4 5 7 0 5 5 0 一 I I 1 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 龄期 , d 图 8 骨料级配对混凝土 自生体积变 形的影 响( Mg O掺量 7 ) 忽略成型三级配混凝土 自生体积变形试件时湿筛筛除的 大于 4 0
26、 ln n l 的粗骨料黏附的灰浆量, 本试验混凝土的胶骨质量 北京 : 中国建筑工业出版社 , 2 0 0 9 : 5 1 5 4 作者 简介 联 系地址 联 系电话 : 张艳聪( 1 9 8 5 一 ) , 男, 硕士。 山西省太原市小店区许坦西 3 6 号 山西省交通科学研究 院黄土重点实验室( 0 3 0 0 0 6 ) 1 5 2 3 51 8 9 8 5 7 比( 胶凝材料 骨料 ) 的大小顺序是: 一级配混凝土 三级配混 凝土 二级配混凝土。 也就是说 , 在相 同Mg O掺用比例、 相同 水灰比情况下, 单位体积混凝土自生体积变形试件中Mg O含量 的大小顺序为: 一级配混凝土
27、 三级配混凝土 二级配混凝土。 按照混凝土的自生体积膨胀变形随单位体积试件中Mg O含量 增大而增大的常理 ,在相同 Mg O掺用比例、相同水灰比情况 下, 混凝土试件 自生体积变形量大小的顺序为: 一级配混凝土 三级配混凝土 二级配混凝土。 从图 6 、 7看到 , 对于 Mg O外掺 量为 5 和 6 的混凝土 , 在较早的龄期( 约半年前) , 混凝土的 自生体积变形量 的大小依次为 : 一级配混凝土 三级配混凝土二 级配混凝土 三级配混凝土。 这其中的原因, 需要进一步观测和 研究。 同时, 图4的试验成果表明, 三级配混凝土经过湿筛成二 级配混凝土的自生体积变形明显大于原三级配混凝土
28、。 即利用 筛除大于 4 0 mr l l 粗骨料的混凝土拌合物成型的试件测试 自生体 积变形, 实际 匕 人为地增大了外掺Mg O混凝土的自生体积变形值。 3结 论 ( 1 ) 混凝土中砂浆的压蒸膨胀率试验结果表明, Mg O掺量 相同、 水灰比相同情况下 , 不同级配混凝土的砂浆的压蒸膨胀 率是不 同的, 砂浆压蒸膨胀率的大小大致随单位体积试件 中 Mg O量的增大而增大。 ( 2 ) 在相同 Mg 0掺用比例、 相同水灰比情况下 , 经过湿筛 去除大于 4 0 r n l n的粗骨料获得的混凝土试件的早期 自生体积 变形量大小 的顺序大致为 : 二级配混凝 土 三级配混凝土 一 级配混凝
29、土 , 后期 自生体积变形量大小的顺序大致为 : 一级配 混凝土 二级配混凝土三级配混凝土。 ( 3 ) 利用筛除大于4 0 r n l T l 粗骨料的混凝土拌合物成型的试 件测试自生体积变形, 实际上人为地增大了外掺 Mg O混凝土的 自生体积变形值。 参考文献 : 1 1章清娇, 邓敏 掺 M g O膨胀剂水泥浆体膨胀机理研究述评 J 科技导 报 , 2 0 0 9 ( 1 3 ) : 1 1 1 一 l 1 5 2 】 方坤河过烧氧化镁的水化及其对混凝土自生体积变形的影响 J 】 水 力发电学报 , 2 0 0 4 ( 4 ) : 4 5 4 9 【 3 陈昌礼 , 李承木外掺 M g
30、 O与水泥内含 M 在大体积混凝土中的膨 胀效应 J 】 混凝土, 2 0 0 9 ( 1 1 ) : 7 4 7 7 4 4 李维维, 陈昌礼, 方坤河, 等 水灰比对外掺 M g 0混凝土自生体积变 形的影0 NJ 水电能源科学, 2 0 1 1 , 2 9 ( 1 0 ) : 5 7 5 9 5 】陈昌礼, 李维维, 方坤河, 等 M g O混凝土自生体积变形与压蒸膨胀 变形的相关性 J 水电能源科学, 2 0 1 2 , 3 0 ( 4 ) : 3 8 4 0 6 6 李承木, 李万军 , 陈学茂 混凝土级配与集料粒径对压蒸膨胀率的影 响 J 水力发电, 2 0 0 9 ( 4 ) : 3 8 4 1 作者简介: 方坤河( 1 9 4 6 一 ) , 男, 博士生导师, 教授, 长期从事混凝土材 料的研究与应用。 联系地址 : 联系电话 : 湖北省武汉市 O2 7 6 8 7 7 3 4 2 2 电学院( 4 3 0 0 7 2 ) 1 27 0 5 O 5 O 5 O 5 2 , 一 们 加= 2m 5 o 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m