人工砂高云母石粉对抗冲磨混凝土性能影响研究.pdf

水 力 发 电 第 4 2卷第 2期 2 0 1 6年 2月 人 工砂 高云母石粉对抗 冲磨 混凝 土性 能影 响研 究 李新 宇 ，谢 国帅 ，任金 明 ，邢界泉 ( 1 中国电建 集 团华东勘测设计研 究院有 限公 司，浙江杭 州 3 1 0 0 1 4； 2 浙江大学建筑工程学院 ，浙江杭州3 1 0 0 5 8 ) 摘要 ：通过控制人工 砂中石粉含量 ，系统研 究了高云母石粉对抗冲磨混凝 土性能 的影 响规律 。结果表 明 ，在一定 范围内 ，随着 人工砂中高云母 石粉含 量的增加 ，抗 冲磨 混凝 土单位用水量有所增 加 ，抗压强 度与劈拉强度 呈现先增 加后减小的趋势 ，但变化幅度相对较小 ；人工砂中高云母 石粉含 量对于 抗冲磨 混凝土 早龄期 干缩值影 响相对 较小 ， 对于长龄期干缩值却有较大幅度影响 ；人工砂 中高云母 石粉含量 与混凝 土抗 冲磨强度 呈现 明显的线性 负相关 关系 。 适当控制人工砂中高云母石粉含量在一定程度上有利于提高抗冲磨混凝土性能 。 关键词 ：人工砂 ；高云母石粉 ；抗 冲磨混凝土 ；干缩 ；抗冲磨强度 Effe c t o f Mi c a - r i c h St o ne Po wde r Co nt a i n e d i n M a n uf a c t ur e d S a nd on t he Pr o pe r t i e s o f Abr as i o n Re s i s t an c e Co nc r e t e L I Xi n y u ，XI E G u o s h u a i ， R EN J i n mi n g ，XI NG J i e q u a n ( 1 P o w e r C h i n a Hu a d o n g E n g i n e e r i n g C o r p o r a t i o n L i mi t e d ，Ha n g z h o u 3 1 0 0 1 4，Z h e j i a n g ，C h i n a ； 2 C o l l e g e o f Ci v i l E n g i n e e r i n g a n d A r c h i t e c t u r e ，Z h e j i a n g Un i v e r s i t y ，Ha n g z h o u 3 1 0 0 5 8 ，Z h e j i a n g ，C h i n a ) Abs t r ac t ：The e f f e c t s o f mi c a - r i c h s t o n e p o wd e r c o n t a i ne d in ma n uf a c t ur e d s a n d o n t he pr o p e r t i e s o f a br a s i o n r e s i s t a n c e c o n c r e t e a r e s y s t e ma t i c a l l y s t u d i e d b y c o n t r o l l i n g t h e c o n t e n t o f s t o n e p o w d e r T h e t e s t r e s u l t s s h o w t h a t ，( a )t h e u n i t w a t e r u s e o f a b r a s i o n r e s i s t a n c e c o nc r e t e wi l l i n c r e a s e whi l e i t s c o mp r e s s i v e s t r e ng t h a n d s pl i t t i n g s t r e ng t h c h a n g e s s l i g h t l y wi t h t h e i n c r e a s e o f mi c a r i c h s t o n e p o wd e r c o n t e n t ；( b ) t h e e ff e c t o f mi c a r i c h s t o n e p o wd e r o n t h e e a r l y a g e s h r i n k a g e o f a b r a s i o n r e s i s t a nc e c o n c r e t e i s n e g l i g i bl e wh i l e i t s l o n g - a g e s h r i n ka ge v a l u e i nc r e a s e a s t h e i n c r e a s e o f mi c ar i c h s t o ne p o wd e r c o n t e n t ； a n d( C )t h e a b r a s i o n r e s i s t a n c e s t r e n g t h o f c o n c r e t e s h o ws a s t r o n g n e g a t i v e l i n e a r c o r r e l a t i o n i n t e r ms o f mi c a r i c h s t o n e p o wd e r c o n t e n t Ma i nt a i ni ng t h e c o nt e n t o f mi c a - r i c h s t o n e p o wde r i n a p r o pe r r a n g e wi l l p a r t l y c o n t r i b ut e t o i mp r o v e t h e p r o p e r t i e s o f a b r a s i o n r e s i s t a n c e c o n c r e t e Ke y W o r ds ： ma n u f a c t ur e d s a n d； mi c a r i c h s t o n e p o wd e r ； a b r a s i o n r e s i s t a nc e c o nc r e t e ； s hr i nk a g e ； a b r a s i o n r e s i s t a n c e s t r e ng t h 中图分类号 ：T V 4 3 1 文献标识码 ：A 文章编号 ：0 5 5 9 9 3 4 2 ( 2 0 1 6 ) 0 2 0 1 0 6 0 5 【 ) 月U 昌 随 着 天 然 砂 资 源 的 逐 渐 减 少 ， 目 前 大 型 水 电 工 程 建设 过程 中细 骨 料 多 采 用人 工 砂 方 案 ，但 人 工 砂 在 生产 过程 中会 不 可避 免 地 产 生 较 多 石 粉 ，这 与 天 然 砂 有 着 显 著 的 区 别 。 根 据 D L T 5 1 4 4 2 0 0 1 水 工 混 凝 土 施 工 规 范 规 定 人 工 砂 石 粉 含 量 宜 控 制 在 6 1 8 。 然 而 对 于 石 粉 含 量 的 控 制 范 围 ， 尚存 在 一 定 的 争 议 。 目前 关 于 人 工 砂 石 粉 含 量 对 ? 昆凝 土 性 函W a P e r V o 1 4 2 N o 2 能 影 响 研 究 主 要 针 对 大 坝 常 态 混 凝 土 或 碾 压 混 凝 土 。 ，石 粉 含 量 对 于 抗 冲 磨 混 凝 土 性 能 影 响 研 究 较 少 。 云 母 一 般 呈 薄 片 状 ， 表 面 光 滑 ，强 度 很 低 ，且 收稿 日期 ：2 0 1 5 0 3 - 0 5 基金项 目：国家 自然科学基金青年基金资助项 目( 5 1 2 0 9 2 1 9 ) 作者简介 ：李新 宇 ( 1 9 7 8 一 ) ，男 ，湖北 石首 人 ，教授 级 高工 博士 ，主要从事 高混凝土坝结构与材料方面的研究 ， J j仪 V 1 _ 一，J 注 ：试验编号中 K C M 代表抗 冲磨混凝土 ，数字 0 6代表相应人 工砂 中高云母石粉含量为 6 。 2 试验结果 与讨论 2 1 拌 和物性 能 抗 冲磨 混凝 土 单 位 用 水 量 随 高 云母 石 粉 含量 变 化关 系 曲线如 图 3所 示 。可 以看 出 ，随 着 高 云 母 石 粉 含 量 的 增 加 ， 为 了 达 到 同 样 的 坍 落 度 控 制 范 围 ， 抗 冲 磨 混 凝 土 单 位 用 水 量 需 提 高 ，且 两 者 近 于 线 性 相 关 。 这 主 要 与 高 云 母 石 粉 颗 粒 比 表 面 积 相 对 较 大 、粒 形 较 差 、表 面 粗糙 、内部层 问结 构 特 殊 、吸 附性 强 等 特 性 密 切 相 关 ，随 着 高 云 母 石 粉 含 量 增 加 ，浸 润 表 面 所 需 水 分 增 加 ， 因 而 单 位 用 水 量 提 高 。 曲 皿 删 暖 l 3 7 1 3 5 3 3 3 1 2 9 2 7 3 6 9 1 2 1 5 1 8 2 1 石粉含量 图 3 人工砂 中高云母石粉含量对抗冲磨混凝土单位用水量影响 表 1的结 果 显 示 ，1 8 高 云母 石 粉 含 量 的抗 冲 磨混凝 土 引气 剂 掺 量 较 其余 组 有 所 提 高 ，但 拌 合 物 含气量 却仍 然 相对 较 小 ，说 明 过 高 的 高 云母 石 粉 掺 量 对 于 抗 冲 磨 混 凝 土 的 引 气 效 果 有 一 定 不 利 影 响 。 高 云 母 石 粉 颗 粒 表 面 相 对 粗 糙 、 吸 附 性 较 强 ，对 气 泡具有 一定 的 吸 附作 用 从 而 弱 化 了 引气 剂 的 引气 效 果 。 此 外 ，随 着 石 粉 含 量 的 增 加 ，人 工 砂 细 度 模 数 有 所减 小 ，因而 配 制 相应 抗 冲磨 混 凝 土 的最 优 砂 率 也稍 有 降低 。 2 2 抗 压 强度 各 龄期 抗 冲磨 混凝 土 抗压 强 度 随 高 云母 石 粉含 量 变 化 关 系 曲 线 如 图 4所 示 。 结 果 表 明 ， 高 云 母 石 粉含 量 对 同水 胶 比抗 冲磨 混凝 土抗 压 强度 有 一 定 影 响 ，但 幅度 相 对 有 限 。总 体 而 言 ，抗 冲磨 混 凝 土 抗 压 强 度 随 高 云 母 石 粉 含 量 增 加 呈 现 先 增 加 后 减 小 的 趋 势 ，9 高 云母 石 粉 含 量 的抗 冲磨 混 凝 土 各 龄 期 抗 压 强 度 相对 较 高 ，说 明控 制适 当 的高 云母 石 粉 含 量 对 于 提 高 抗 冲 磨 混 凝 土 抗 压 强 度 有 一 定 好 处 。 1 8 高 云 母石 粉 含 量抗 冲磨 混凝 土 抗压 强 度 略 有 增 加 ，这 可 能 与 其 拌 和 物 含 气 量 相 对 较 低 有 一 定 关 系 慧 6 9 1 2 1 5 l 8 石粉含量 图 4 人 工 砂 中高 云 母 石 粉 含 量对 抗 冲磨 混凝 土 抗 压 强 度 影 响 2 3 劈 拉 强度 各龄 期抗 冲磨 混凝 土劈 拉 强 度 随高 云 母 石 粉 含 量 变化关 系 曲线 如 图 5所 示 。可 以 看 出 ，与 抗 压 强 度变 化规 律类 似 ，抗 冲磨 混 凝 土 劈 拉 强 度 随 高 云 母 石粉 含量 增加 呈现 先增加 后 减小 的趋势 ，9 及 1 2 高云母 石 粉含量 的抗 冲磨 混凝 土劈 拉 强 度相 对 较 高 ， 但整 体上 劈拉 强 度 随 高 云母 石 粉 含 量 的 变化 幅 度 也 相 对 有 限 。 皇 鹱 躲 石粉含量 图 5,A- r- )中高云母石粉含 量对抗冲磨混凝土劈拉强度影响 2 4 干 缩 不 同高云母 石 粉 含 量 抗 冲磨 混 凝 土 干 缩 变形 随 ：g 如 如 加 子 l 于， 守： 八 上 司 z -x 可 口研 饥 ， 盼 E E 上 。I l土 目 E_，u l oJ 计 龄 期变 化关 系 曲线 如 图 6所 示 。 可 以 看 出 ，各 组 抗 冲磨 混 凝 土 干 缩 变 形 在 9 0 d龄 期 内 随 龄 期 变 化 较 大 ，9 0 d龄 期 之 后 则 逐 渐 趋 于 稳 定 。 高 云 母 石 粉 含 量 对 于抗 冲磨 混 凝 土 早 龄 期 干 缩 值 影 响 相 对 有 限 ， 对 于 长 龄 期 干 缩 值 却 有 较 大 幅 度 影 响 ，3 6 5 d龄 期 之 后 各组 抗 冲 磨 混 凝 土 干 缩 值 在 3 5 01 0 4 5 0 1 0 之 间 波 动 ，差 异 相 对 较 大 。 邑 婿 H _ 图 6人 工 砂 中 高 云母 石 粉含 量 抗 冲 磨 混凝 土 干 缩 随 龄 期 变 化 各 长龄 期抗 冲磨 混 凝 土 干 缩 值 随 高 云 母 石 粉 含 量 变化 关系 曲线 如 图 7所 示 。 整体 上 ，抗 冲 磨 混 凝 土 长龄 期 干 缩 值 随 高 云 母 石 粉 含 量 的增 加 而 增 加 ， 这 与人 工砂 中高 云母 石 粉 含 量 增 加 后 ，混 凝 土 单 位 用水 量 和胶 凝 材料 量 相 应 增 加 有 较 大 关 系。 一 般来 说 ，混 凝 土 干 缩 主 要 与 胶 凝 材 料 浆 体 的 收 缩 密 切 相 关 ，而 胶凝 材料 浆 体 的 收 缩 主 要 与 水 胶 比和 用 水 量 有 关 ， 通 常 情 况 下 ， 水 胶 比 越 大 、用 水 量 越 高 ， 浆 体 干缩值 越 大 。 5 o 0 4 5O 墨4 o 0 躲 H _ 3 5 0 3 0 0 6 9 1 2 1 5 1 8 21 石粉含量 图 7 人 工砂 中高 云 母 石 粉 含 量 对 抗 冲 厝 混 凝 土 干 缩 影 响 2 5 抗 冲磨 强 度 抗 冲 磨 混 凝 土 9 0 d及 1 8 0 d龄 期 抗 冲 磨 强 度 随 高 云 母 石 粉 含 量 变 化 关 系 曲 线 如 图 8所 示 。 可 以 看 出 ，随着 高 云母 石 粉 含 量 的增 加 ，水 下 钢 球 法 和 圆 环法 试验 得 到 的混 凝 土 抗 冲 磨 强 度 都 有 一 定 幅 度 下 降 ，且 两者 具有 良好 的线 性 相 关 关 系 ， 回归 方 程 如 表 2所 示 。 二 、 Jl赵 想 越 是 二 、 皇 、 、 憩 是 1 O 0 9 5 7 0 6 9 1 2 1 5 1 8 21 石粉含量 a水下钢球法 一 、 团 1 、 、 j 、 、 、 、 、 、 、 1 、 、 、 、 、 6 9 1 2 l 5 l 8 2 l 石粉含量 b 圆环法 人工砂 中高云母石粉含量对混凝土 抗冲磨强度影响 表 2 人工砂中高云母石粉含量与混凝土抗冲磨强度回归关系 注 ： 代 表混 凝 土抗 冲 磨强 度 ；C代 表人 工砂 中高 云母 石 粉 含量 。 一 方 面 ，在 混 凝 土 中 ，骨 料 的抗 冲耐 磨 性 能 比 硬 化水 泥浆 体 高得 多 ， 因而 水 泥 浆 体 与 骨料 含量 的 比例对 于混 凝 土抗 冲磨 强 度 有 着 重 要 影 响 ；另一 方 面 ，混 凝土 的抗 冲 磨 强 度 又 与 其 表层 强度 及 硬 度 直 接 相关 。一般 而 言 ， 昆凝 土 坍 落度 一 定 时 ，降低 水 泥用 量有 利 于减 少 混 凝 土表 面 浮 浆 ，有 利 于提 高 混 凝土 的抗 冲磨 强度 。随 着 人 工 砂 中 高 云母 石粉 含 量 的增 加 ，混凝 土 单 位 用 水 量 和 胶 凝 材料 量 相应 都 有 所 增 加 ， 同 时 由 于 云 母 颗 粒 多 呈 薄 片 状 、 密 度 相 对 较 小 而 易 在 浆 体 中 悬 浮 ， 因 而 人 工 砂 中 高 云 母 石 粉 含量 的增 加也 加剧 了混 凝土 表层 浆 体 的 富集 程度 ， 这 些都 使得 混凝 土 的抗 冲磨强 度 随之下 降 。 值 得注 意 的 是 ，本 试 验 石 粉 含 量 控 制 在 6 1 8 之 间 ，因而 并 不 意 味 着 石 粉 含 量 越低 就 一定 对 混凝 土 的抗 冲磨 强 度 有 利 。 当石 粉含 量 过 低 时 ，新 拌 混凝 土容 易 离 析 与 泌水 ，骨 料 与 浆 体 的 界 面 过渡 区 域 相 对 疏 松 继 而 有 可 能 会 影 响 到 混 凝 土 的 抗 冲 磨 W a te r P o V o L 4 2 N o 2 四 0 8 6 4 2 0 8 6 4 2 O 7 6 6 6 6 6 5 5 5 5 5 姗栅栅姗姗珈瑚 啪如。 特性 ，而这些 有待 在将来 作进 一步 研究 。 4 结 论 ( 1 ) 同 坍 落 度 控 制 条 件 下 ，抗 冲 磨 混 凝 土 单 位 用 水量 随着人 工砂 中高 云母 石粉含 量 的增加 而增 加 。 ( 2 ) 抗 冲磨 混凝 土抗 压 强 度 及 劈 拉 强 度 随 人 工 砂 中高 云母 石粉含 量增 加呈 现先 增加 后 减小 的趋 势 ， 但 整体 上影 响幅度 相对 有 限 。 ( 3 ) 人工 砂 高 云母 石 粉 含 量 对 于 抗 冲磨 混 凝 土 早 龄期 干缩 值影 响相 对 较 小 ，对 于长 龄 期 干 缩 值 却 有 较 大 幅 度 影 响 。 ( 4 ) 人 工 砂 高 云 母 石 粉 含 量 对 于 抗 冲 磨 混 凝 土 抗 冲 磨 强 度 有 着 较 大 影 响 。 在 一 定 范 围 内 ， 随 着 高 云母石 粉含 量 的增加 ，混凝 土抗 冲磨 强度 逐渐 下 降 ， 且 两 者 具 有 良好 的 线 性 相 关 关 系 。 ( 5) 适 当 控 制 人 工 砂 中 高 云 母 石 粉 含 量 有 利 于 提 高 抗 冲 磨 混 凝 土 综 合 性 能 。 参考文献 ： 1 肖延亮 ， 杨忠义 ，李光伟 人工砂石粉含量对水工混凝土性 能的 影响 J 水电站设计 ， 2 0 0 8 ( 3 ) ： 2 4 2 7 2 方坤河碾压混凝 土材料 、 结构 与性能 M 武汉 ： 武 汉大学 出 夺 夺 - 4 夺 牛 寺 - 4 夺 - 4 夺 夺 夺 ( 上 接 第 4 8页 ) 表 2 模态 参数识别结果 各 个 测 试 组 得 出 的 大 坝 基 频 比 较 接 近 ，表 明 大 坝 的 基 频 比 较 容 易 测 试 且 可 靠 度 较 高 。 通 过 试 验 可 知拱 坝顺 河 向 ( 径 向 ) 基 频 为 4 0 5 Hz 。各 个 测 试 组 各 个通 道 的 阻 尼并 不 相 同 ，差别 也 比较 大 ，说 明测 日 咽 W a P o V o L 4 2 N o 2 版社 ， 2 0 0 4 ： 5 4 5 7 3 王赢华 ，刘佳 ， 詹镇峰人工砂 中石粉含量对碾 压混 凝土性能 的 影响 J 混凝土 ， 2 0 1 4 ( 4) ： 1 1 5 1 1 8 4 黄绪通 ，韩正江人工砂石粉含量对混凝土性 能影 响的研究 与应 用 J 水力发 电，1 9 9 5 ( 1 ) ： 3 2 - 3 5 5 D E WAR J D E f f e c t o f m i c a i n t h e f i n e a g g r e g a t e o n t h e w a t e r r e q u i r e m e n t a n d s t r e n g t h o f c o n c r e t e R T e c h n i c a l R e p o T R A 3 7 0 ， Ce me n t Co n c r e t e As s o c i a t i o n Lo n d o n，1 9 6 3 6 刘数华 ，冷发光 ， 李新宇等译混凝 土的性 能 M 北京 ：中国 建筑工业 出版社 ， 2 0 1 1 7 付文 勇三峡古树岭石屑砂 混凝土性能研 究及应用 J 云南水 力发 电， 2 0 0 2 ，1 8 ( 1 ) ： 5 9 6 2 8 李家正 ， 句广东三峡工程 古树 岭石屑砂 混凝 土性能 研究 J ， 长江科学 院院报 ， 2 0 0 1 ，1 8 ( 3 ) ： 5 3 5 6 9 李新 宇 ， 任金 明，陈永 红高云母含量石粉混凝土性能试 验研究 J 水 力 发 电 学 报 ， 2 0 1 2 ， 3 1 ( 4 ) ：2 1 1 - 2 1 5 1 O黄国兴 ，惠荣炎 ，王秀军 混凝土徐变与收缩 M 北京 ：中国 电力出版社 ， 2 0 1 2： 1 7 6 1 7 9 1 1 L I B e i x i n g ，WA NG J i l i a n g ，Z HO U Mi n g k a i E f f e c t o f l i me s t o n e f i n e s c o n t e n t i n ma n u f a c t u r e d s a n d o n d u r a b i l i t y o f l o w a n d h i g h - s t r e n g t h c o n c r e t e s J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i a l s ，2 0 0 9 ( 8)：2 8 4 6 - 2 8 5 0 ( 责 任编辑王 琪 ) 牵 夺 + 夺 牵 + 夺 牛 夺 夺 夺 试 出 的 大 坝 阻 尼 并 不 理 想 ， 只 能 作 为 计 算 的参 考 。 3 结论 环 境 振 动 的 试 验 方 法 得 到 的 拱 坝 顺 河 向基 频 比 较一 致 ，用来 进 行 动 态 参 数模 态 识 别是 可 行 的 。通 过 试 验 可 知 拱 坝 顺 河 向 ( 径 向 ) 基 频 为 4 0 5 Hz 。 根 据 大 坝 混 凝 土 设 计 参 数 计 算 得 到 的 大 坝 顺 河 向 ( 径 向 ) 基 频 是 3 3 5 Hz ， 大 坝 试 验 基 频 高 于 用 设 计 参 数计 算得 出 的 基 频 值 ，从 基 频 与 刚度 的 关 系分 析 ， 大坝 处于 安全 状态 。试 验识别 的阻尼 变 化 范 围较 大 ， 在 5 1 0 左 右浮 动 。如何更 有效 的识 别 阻尼 ，有 待 进 一 步 的 研 究 。 参考文献 ： 1 寇立夯基于性 能的高坝抗震 设计若 干关键 问题研 究 D 北 京 ：清华 大学 ， 2 0 0 9 2 孙建刚基于环境振动 的实验模态 分析方 法研究 D 哈尔滨 ： 哈尔滨工业大学 ， 2 0 0 6 3 李德葆振动模 态分 析及应用 M 北京 ：宇 航出版 社 ，1 9 8 9 ： 1 O 2 1 1 8 4 彭涛基于环境激励 的大跨度桥梁模态分析与应 用研究 D 长 沙 ：长沙理工 大学 ， 2 0 0 7 5 胡晓沙牌拱坝抗震性能计算分析报告 R 北 京 ：中国水利水 电科学研究院 ， 2 0 0 9 ( 责 任编 辑王 琪 )