制备工艺对混凝土抗压强度影响的试验研究.pdf

2 0 1 4年 第 5期 ( 总 第 2 9 5期 ) Nu mb e r 5 i n 2 0 1 4 ( T o t a l No 2 9 5 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 PRACTI CAL TE CHN0L oGY 制备工艺对混凝土抗压强度影响的试验研究 曹源 ，郑立霞 ，张小玉 ( 1 重庆水利电力职业技术学院 ，重庆 4 0 2 1 0 6 ；2 武汉理工大学 理学院，湖北 武汉 4 3 0 0 7 0 ) 摘要： 为满足多基复合管生产及施工的需要 ， 围绕水胶比、 外加剂的掺量及蒸养参数等对 C 4 0混凝土强度的影响因素进行 了 系统的试验研究 ， 得到了满足工程需要的混凝土最佳配合比及蒸养制度。 可加快模具周转速度 ， 缩短生产周期 ， 提高生产效率 ， 节 约生产成本 ， 为多基复合管生产及施工提供可参考的依据。 关键词： 蒸养参数 ；配合比；混凝 土抗压强度 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 6 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 0 5 0 1 2 4 0 3 E x p e r i m e n t a l s t u d y o n e ffe c t s o f ma nu f a ctur e t e c h n o l o g y o n c on c r e t e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h CAO Yu a n ， ZHENG Li x i a z , ZHANGXi a o y u ( 1 C h o n g q i n g H y d r o p o w e r Vo c i o n a l a n d T e c h n i c a l C o l l e g e ， C h o n g q i n g 4 0 2 1 0 6 ， C h i n a ； 2 C o l l e g e o f S c i e n c e ， Wu h a nUn i v e r s i t yo f T e c h n o l o g y， Wu h a n4 3 0 0 7 0， C h i n a ) Abs t r ac t ： To me e t t h e n e e ds o f mu l t i ma t rix c o mpo s i t e pi p e p r o d uc t i o n a nd c o n s t r u c t i o n， t h i s t he s i s u nd e r t o o k a s ys t e ma t i c a l l y e x p e fi me n t a l s t u d y o n t h e i n flu e n c e o f c o mp r e s s i v e s e ng t h a bo u t C40 c o n c r e t e， ba s e d o n wa t e r - c e me n t r a t i o， a d mi x tur e c o n t e n t a nd t h e s t e a m c u r i n g - r e l a t e d pa r a me t e r s a n d S O o n， o pt i mu m mi x p r o po r t i o n a nd s t e a m- c u r i n g s ys t e m me e t i n g t h e e n g i ne e rin g h a ve be e n a v a i l a bl e I t C an a c c e l e r a t e t h e c i r c u l a t i o n o f mo u l d s、 S h o rte n t h e p r o d u c t i o n c y c l e 、 i mp r o v e the p r o d u c t i v i ty a n d s a v e p r o d u c t i o n c o s t ， ma k i n g i t a c o mmo n t e c h ni q u e t o p r od u c e a n d c o ns t r u c t t he mu l t i ma t r i x c o mp os i t e p i pe Key wor ds ： s t e am c u r i n g pa r a me t e r s ； mi x p r o p o rti o n； c o nc r e t e c o mp r e s s i ve s t r e ng t h 0 引 言 随着我 国经济 的不断发展 ， 尤其是建设 资源节 约型 ， 环境友好型社会的提 出， 对各行各业产品的生产制备提 出 了更高 的要求 ， 混凝 土的生产制备亦如此一我们期望 消耗 最少的原材料 ， 占用尽量短 的时间， 生产 出符合工程需要 的混凝 土 ， 即满 足经济性 、 实 用性 和耐 久性 的要求 1 。 混凝 土是生产多基复合管 的重要材料之一 ， 对于多基复合 管的 生产来说 ， 研究其生产制备及性能 ( 强度 、 抗渗性 、 抗裂性 ) 就显得尤为重要 。 在混凝土的诸多性能当中强度常常是我 们研究 的重点 ， 原 因在 于其强度 与水 泥水化程度 、 骨料 和 水泥的界面过渡区及其 内部空隙缺陷等息息相关 ， 从而可 以间接地反映出混凝土 的其他性 能。 其 中抗压强度因其在 实 际应用 中最为普遍 、 最易检测 ， 常常被施工 和设计 人员 采用 ， 此为， 其他的强度指标如抗拉强度、 抗弯强度、 抗折 强度 、 弹性模量等通常可以用抗压强度的函数来表示 2 】 ， 加 之本工程把混凝 土各个 龄期 的抗 压强度作 为重要的控制 指标之一 。 所 以我们在研究 昆 凝 土生产制备时 ， 最基本最重 要 的工作就是研究其抗压强度 ， 包括其脱模强度 、 3 、 7 、 2 8 、 9 0 d强度 。 所见 到 的能快 速脱模 的蒸养混凝 土和易 性较 收稿 日期 ：2 0 1 3 1 1 - 1 5 基金项目：同家高技术研究发展计划8 6 3 项 目( 2 0 1 3 A A 0 3 1 3 0 6 ) 1 2 4 差 、 初凝 时间不超过 0 5 h且对后期强度没有进行深 入的 研究3 】 ， 或者蒸养耗时过长凹 ， 既能快速脱模又能满足施工 可行性的蒸养混凝土的未见报道 。 为此如何找到满足工程 需 要( 初凝 时间不少于 1 h ， 和易性 良好 ， 脱模 强度不 低于 2 0 MP a ， 脱模时间尽可能短， 后期强度稳定发展) 的最佳配 合 比和养护制度便是我们本研究的重点。 进行蒸汽养护 时 ， 升温速度不超过 2 2， I l ， 脱模温差( 脱模时混凝 土温度 与环境温度 的差 ) 控制在 2 0以内， 即满足 A WWA C 3 0 1 标准中 管芯养护制度 的要求 。 1 试样制备及测试 1 1 -试样制备 ( 1 ) 原材料 ： 湖北华新水泥公司生产的 P O 4 2 5 级水 泥 ； 细度模 数为 2 7 8的天然河砂 ； 质地坚硬 、 清洁 、 级配 良 好的碎石； 自来水 ； 江苏博特新材料有限公司生产的 P e A 聚羧 酸高性 能减水 剂 、 S T B N1 液体 低碱 速凝剂 、 S T B J M 低碱膨胀剂 。 ( 2 ) 工艺 ： 按设定的配合比或掺量( 具体配合比和掺量见 本文的“ 测试结果与讨论部分” ) 称取原材料 ， 模具均匀刷油 待用； 首先将砂、 水泥、 膨胀剂倒入搅拌缸， 在搅拌过程中加 入水和减水剂 ， 制成水泥砂浆 ； 然后将石子倒入水泥浆 中搅 拌 ， 并加入速凝剂 ， 迅速搅拌均匀后入模 ， 振动成 l O O m mx 1 0 0 mm x l 0 0 mm试块 ， 整个试样设计均参照 J T G E 3 0 - - 2 0 0 5 公路工程水泥及水泥混凝土试验规程 中水泥混凝土立方 体抗压强度试验方法进行 ， 最后进入养护阶段 ， 养护结束后 脱模 ( 具体养护方法见本文的“ 测试结果与讨论部分” ) 。 1 2测 试 将试样放在 WE 一 1 0 0 液压式万能材料试验机上 ， 试样 中心与试验 机下压板 中心对准 ， 连续而均匀地加载 ， 加载 速率为 0 5 0 8 MP a s ， 当试样接近破坏而开始迅速变形时 ， 停止调整试验机送油阀门， 直至试样破坏 ， 记录荷载 ， 计算 其抗压强度 。 2测试 结果与讨论 初选配合 比为 ： 水胶 比为 0 3 4 、 减水剂掺量 1 1 、 速凝 剂掺量 1 8 ， 使用此配合 比配制的混凝 土不满足工程规定 的初凝时间不小于 1 h的要求 ， 且流动性稍差 ， 为此需进一 步调整混凝土配合 比使其更好地为管道规模生产服务 ， 同 时根据以上规律寻找合适的蒸养制度 。 流动性差 的主要原 因是混凝土 中水分相对用量少 ， 但不能单纯通过加水来改 变其 和易性 ， 可以通过改变水胶 比 、 外加剂掺量及调整砂 率等措施来改善其和易性圈 。 2 1 砂 率的调整 试验方案如表 1 所示。 表 1 砂率调整方案 由表 1 可知： 砂率在3 2 4 2 之间变化时， 砂率为 3 7 、 3 5 时 ， 满足和易性 的要求 ， 砂率为 3 7 时脱模强度较大 ， 混凝土脱模强度随着砂率的增大而降低， 流动性随着砂率 的减小而增 大， 但砂率过小 ， 会产生流浆现象 。 原 因分析 ： 砂率增大时 ， 混凝土 中砂子 的用量相对增 多 ， 砂子的 比表面积较石子大 ， 所以需水量增多 ， 在用水量 不变的情况下 ， 搅拌成型的混凝 土中游离水减小 ， 混凝 土 的流动性变小 ， 其强度就会相应的提高 。 若砂率过小 ， 混凝 土中游离水分过多就会产生流浆现象 ， 同样地会影响混凝 土的工作性能 ， 也会相应降低混凝土强度旧 。 所以砂率不是 越大越好 ， 也不是越小越好 ， 存在一个合理砂率 ， 就是既能 使混凝土的工作性 能良好 ， 又不过大削弱其强度。 综合 以上各因素考虑砂率选为 3 7 较为合适 。 2 2 蒸养制度 的调 整 砂 率选 为 3 7 时 ， 混 凝土 和易 性 良好 ， 但 强 度不 满 足工程要 求 ， 参考 A WWA C 3 0 1 标准 中 管 芯养 护制度 的要求及文献 3 4 ， l 1 的研究成 果 ， 调整 蒸养制度 如表2 所示 。 表 2 蒸养制度调整方案 由表 2可知 ， 降温方式的选择对混凝土的强度影响很 大 ， 尤其是后期强度 ， 所 以不能单纯通过缩短降温时间来 达到快速脱模的要求 ， 如果时间允许尽量延 长降温时间。 表 2中第 5 、 6组数据均可满足调整配合 比后混凝 土脱 模 强度的要求， 但各龄期强度与 自然降温相比均有所降低， 如果时间允许最好采用自然降温( 约为 1 h ) 。 综合考虑 ， 本工程蒸养制度选为序号 7中的方案。 2 3 外加 剂的调 整 2 3 1 速凝剂掺量的调整 为 了节 约成本 ，在 以上配合比及蒸养制度基础上 ， 调 整速凝剂 、 减水剂的掺量 ， 试验方案如表 3 、 4 所示 。 表 3 速凝剂调整方案 由表 3 可知 ： 速凝剂掺量在 0 1 7 5 变化时 ， 混凝土的 脱模强度、 3 、 7 d强度均随着速凝剂掺量的增大而提高 ， 2 8 、 9 0 d 强度均随速凝剂掺量的增加而降低， 和易性随掺量 的增加而变差 ， 不掺加速凝剂 ， 混凝 土各龄期 的强度及 和 1 25 易性均满足工程需要。 原 因分析 ： 混凝土中掺人液体低碱速凝剂后浆体 中Al 和S O d - 浓度大幅度提高 ， 与硅酸钙水化产生的氢氧化钙及 水泥组分 中的石膏反应生成钙矾石 ( A F t ) ， 使延缓 C A 水 化 的石膏失去作用 ， 由于生成钙矾石的过程消耗 了 c ， S的 水化产物氢氧化钙 ， 促进 C S的水化 ， 达到速凝 的效果 。 同 时 A l 和S 0 通过化学反应 迅速形成大量短柱状钙矾 石 并且随机无序分布于水泥浆体 中， 这些钙矾石相互交错搭 接形成骨架结构再 与 c s H凝胶相结合 ， 导致水泥浆失去 流动性而快速凝结 ， 提高其早期强度 ， 但掺量过大， 致使 混凝土在 尚未振捣成型就开始凝结 ， 对其早期强度造成不 利影 响。 加入速凝剂 ， 使得混凝土在水化早期 ， 水化产物及 钙矾石的生成加快， 过多产物的生成在其表面形成了一层 保护膜， 致使其后期强度增长缓慢； 再者速凝剂尽管是低 碱型的 ， 但仍会带来一定的碱含量 ， 会导致其发生碱集料反 应 ， 这也可能是掺量多时混凝土后期强度降低的一个原因。 综合考虑 ， 可不掺加速凝剂 。 2 3 2 减水剂掺量 的调整 在以上基础上调整混凝土配合比， 试验方案如表 4 所示。 表 4 减水剂调整方案 由表 4 可知 ： 减水剂掺量在 0 1 1 之间变化 时 ， 混凝 土的各龄期强度均满足工程要求 ， 但减水剂掺量为 0 、 l 时 和易性不 良， 掺量为 0 5 时和易性和强度均满足要求。 原因分析 ： 在混凝土中加入减水剂能使混凝土空间网 状水化物包裹 的多余水分释放出来 。 所 以在水胶 比及水泥 用量不变的情况下 ， 可 以增 大混凝土 的流动性 q 。 但掺量 过 多易产生流浆现象 ， 且混凝土蒸养时多余水分易产生气 体 ， 产生热胀力， 在混凝土中留下气体通道， 产生裂缝， 降 低其早期及后期强度 。 综上所述 ， 为 了规模生产 ， 混凝土配合 比及蒸养 制度 如下 ： ( 1 ) 配合 比为 ： 水胶 比0 3 4 ， 砂率 3 7 ， 减水剂掺量 0 5 ， 膨胀剂掺量 1 0 ； ( 2 ) 基于此配合 比的蒸养 制度为 ： 静养 1 h ， 升温速度 2 0 l 1 ， 恒温温度为 6 5， 恒温时间为 3 5 h ， 自然降温。 蒸 养总时间约为 7 5 h 。 ( 3结 论 ( 1 ) 降温方式的选择对混凝土的强度影响很大， 尤其是 后期强度 ， 如果时间允许最好采用 自然降温 ( 本试验约 1 h 左右 ) 。 ( 2 ) 砂率不是越大越好 ， 也不是越小越好， 存在一个合 理砂率 ， 合理砂率为 3 7 。 ( 3 ) 速凝剂掺量在 0 1 7 5 变化 时 ， 混凝土 的脱 模强 度 、 3 、 7 d 强 度均随着 速凝剂掺 量的增 大而 提高 ， 2 8 d 及 9 0 d 强度均随速凝剂掺量的增加而降低 ， 和易性随掺量的增 加 而变差 ， 不掺加速凝剂 ， 混凝 土各龄期 的强度及 和易性 均满足工程需要 ； 减水剂掺量在 0 1 1 之间变化时 ， 混凝 土的各龄期强度均满足工程要求， 但减水剂掺量为 0 、 1 时 和易性不 良， 掺量为 0 5 时和易性和强度均满足要求。 ( 4 ) 规模生产 时混凝土最佳配合 比为 ： 水胶 比 O 3 4 ， 砂 率 3 7 ， 不掺加速凝剂 ， 减 水剂掺量为 0 5 ， 膨胀剂掺量 为 1 0 。 蒸养制度为 ： 静养 1 h ， 升温速度 2 0 h ， 恒温温度 为 6 5 ， 恒温时 间为 3 5 h ， 自然降温 ( 时间大概 为 l 1 5 h ) ， 蒸养 总时间约为 7 5 8 h 。 参考文献 ： 1 黄政宇 土木工程材料 M E 京 ： 高等教育出版社， 2 0 0 2 2 池远东复掺矿物掺合料混凝土抗裂性能试验研究及理论分析 ) 1 杭州 ： 浙江大学 ， 2 0 0 7 3 3 郑立霞， 曹源， 李卓球 早强混凝土脱模强度的试验研究【 J I _武汉 大学学报工学版， 2 0 1 2 ， 4 5 ( 1 ) ： 8 0 8 3 【 4 】彭波 蒸养制度对 高强混凝土性能的影响【 D 】 武汉 ： 武汉理工大 学 ， 2 0 0 7 【 5 】姜志青道路建筑材料【 M 】 北京 ： 人民交通出版社， 2 0 0 9 【 6 赵志曼 ， 张建平土木工程材料 M 】 北京 ： 北京大学出版社， 2 0 1 2 7 李琼 1 氏碱液体 混凝土速凝剂的研究 D 北京 ： 北京工业大学 ， 2 0o 3 8 王晓丽 ， 宋学锋 速凝剂与水泥的适应性及速凝剂的作用机理 研究 J 1 _ 西安建筑科技大 学学报 ： 自然科学版 ， 2 0 1 0 ( 5 ) ： 7 4 5 7 50 9 瞿金东， 彭家惠， 陈明凤， 等 减水剂在水泥颗粒表面的吸附特 性研究进展 建筑材料学报， 2 0 0 5 ( 4 ) ： 4 1 0 4 1 6 【 l 0 贾祥道水 泥主要特性对水泥与减水剂适应性影响的研究f D J _ 京 ： 中国建筑材料科学研究院 ， 2 0 0 2 【 1 1 Ra mi Kh a t i b Hi g h - s t r e n g t h ， s t e a m c u r e d s e l f - c o n s o l i d a t i n g c o n c r e t e f o r p r e c a s t ， p r e s t r e s s e d e l e m e n t s D S h e r b r o o k e ( Q u e b e c ) ， C a n a d a ， 2 0 0 9 作者简介： 联系地址 ： 联系电话 ： 曹源( 1 9 8 7 一 ) ， 女 ， 助教 ， 主要研究方向 ： 混凝土及其 结构 。 重庆永川区昌州大道东段 8 0 1 号( 4 0 2 1 0 6 ) 1 33 6 8 2 7 71 0 2 0 _ 重 堡 盈 四 北京 建 委要求 施 工单 位应 加强 对预 拌混 凝土 分包 单位 管理 为确保建设工程混凝土结构质量 ， 严厉打击非法生产预拌混凝 土行为 ， 北京市监督总站在安全质量测评平台上发布 提示通知， 要求施工单位应当进一步加强对预拌预拌混凝土分包单位资质及质量管理， 并要求施工单位在预拌混凝土买 卖合同中增加预拌混凝土企业调度联系人及方式、 混凝土供应单位签发人姓名， 以及预拌商品混凝土企业运输预拌混凝 土的车辆车牌号等信息 ， 确保使用有资质企业生产 的预拌混凝土。 对使用无 资质企业生产的预拌混凝土 的施工单位 ， 北京市监督总站将加大处罚力度 。 】 26