人工砂高性能混凝土配合比设计研究

人工砂高性能混凝土配合比设计研究黄文坚1张沂1陈昕2(1.中冶京诚工程技术有限公司,北京100176;2.桂林市建昌安装工程公司,广西桂林541002)摘要:由于天然砂资源的匮乏,人工砂作为一种较为理想和实际的替代材料,正被越来越广泛地应用于各种工程建筑中。近年来国内相继出现了以山砂、石屑等替代天然河砂。在实际工程中应用,取得了较好的经济效益和社会效益。针对人工砂的特点,将黄氏致密级配混凝土配合比设计思想应用到人工砂混凝土中去,克服人工砂粗糙度大、含粉量高、级配不良等缺点,配制出高性能混凝土,应用到工程实际,提出人工砂在高性能混凝土中应用的技术指标和应用建议。关键词:人工砂;高性能混凝土;配合比DESIGNOFMIXPROPORTIONOFHIGHPERFORMANCECONCRETEWITHARTIFICIALSANDHuangWenjian1ZhangYi1Chen2(11MCCCapitalEngineeringandResearch;21JianchangErectionEngineering,Guilin)从20世纪90年代初期到末期,机制砂混凝土的研究工作主要针对低等级普通混凝土开展,对高等级特种混凝土的研究很少。近几年一些科研工作者在机制砂高性能混凝土研究方面做了一些研究工作,但试验室内研究居多,工程试验较少;宏观研究居多,微观分析较少;机制砂河砂混合配制高性能混凝土居多,单用机制砂较少,尤其是对桥梁高标号梁板砼,目前尚未见单用机制砂配制混凝土的报道;对强度、工作性、抗渗性等性能研究较多,对机制砂混凝土收缩、碳化、钢筋锈蚀等性能研究较少,对其检测性能研究未见报道,如回弹法测强时,测试曲线有何变化?国家2002年制定了人工砂的技术规范,但机制砂混凝土的应用标准规范未制定。机制砂混凝土配合比设计均按传统的混凝土理论,未见突破。本实验针对人工砂的特点,将黄氏致密级配混凝土配合比设计思想应用到人工砂混凝土中去,克服人工砂粗糙度大、含粉量高、级配不良等缺点,配制出IndustrialConstructionVol.40,Supplement,2010高性能混凝土,应用到工程实际,提出人工砂在高性能混凝土中应用的技术指标和应用建议(见图1)。1选择材料设粉煤灰取代砂的最大单位重比例为α:收集水泥、骨材与掺料的物化性质,以供配比计算参考时使用。并求出最小空隙(最大单位重),最小空隙的原理,基本上是探讨颗粒材料最大堆积密度即最佳条件下的空隙,其推演方法如下:利用四分法取样将砂和粉煤灰混合,以粉煤灰取代砂子的方式,求出混合料的最大单位重,即是粉煤灰取代砂子和石屑的最佳比例。固定砂和粉煤灰的最佳比例,重复上述步骤,找出砂子与粉煤灰及混合粗骨材的最大单位重比例,这就是HPC骨材组成的最佳配比,当在进行上述的步骤时,若感觉只要给予少许的振动能量,第一作者:黄文坚,男,1981年出生,助理工程师。收稿日期:2010203210工业建筑2010年第40卷增刊847即能使混合料达密实壮况,已接近HPC的最佳化点的比例。1、选择材料1)料源、产能;2)品质、品管;))Vv=1-(γfly+γcs+γca)(4)3式中:Wfly,γfly分别表示单位粉煤灰用量,(kg/m),粉煤灰表观密度(kg/m3);Wca,γca分别表示粗骨料3、最大单位中求值1)各材料比率;2)粉煤灰/砂比;))4、计算浆体及骨材体积1)浆体体积Vp=n・Vv;)5、决定水胶比1)水胶比(W/B)决定强度;坍落度不正确:6、试拌±20mm坍落度→315kg/m31)调整含水量加水(保持W/B不变)±20mm坍落度→±011SP图1高密实混凝土配比设计思路重(kg/m3),粗骨料比重(kg/m3);Wcs,γcs分别表示细骨材重(kg/m3),细骨材比重(kg/m3)。4计算用浆量及骨材体积骨材的用量:水泥浆体Vp由下式求得:Vp=n×Vv(5)水泥及水的用量:Vp=γw+γc+γs1(6)假设设计强度所需之水胶比为λ:W/B=W/(c+p)=λ其中P=Wfly+WslW=λ+λWsl+λWfly:(7)2确定强度和坍落度强度及坍落度56时,,fcr可由方程式(1):fcr=(8))・Cs1=ξ/(1-ξ019(kg/m3)(1)3求骨材最大单位用量根据求出的骨材最大单位重求出最小空隙Vv。α=×100%Wfly+WcsλWflyγ(9)C=()+++γwγγ1-ξγcwslλW=(c+p)・式中:W为水重;γw为水之比重;Ws1为粉煤灰单位重;γsl为粉煤灰比重。Vp-(2)5配合比计算511选择材料,确定特细砂和机制砂的混合比例及(砂子+粉煤灰)在混合骨材中所占的最大单位比例为β:β=×100%Wcs+Wfly+Wca(3)表1人工砂高密实注:s为砂;FA为粉煤灰;G为石。848利用四分法取样将砂和粉煤灰混合,以粉煤灰取代砂的方式,求出混合料的最大单位重,此就是粉煤灰取代砂的最佳比例(如图2所示)。种不同的浆体用量共12组试验来研究人工砂在高性能混凝土的工作性,同时通过对人工砂与天然砂之间的工作性和强度对比,从而确定人工砂对高性能混凝土的工作性和强度的影响。表21号机制砂高密实配合比设计表n编号R21R22R23R24R31R32R33R34R41R42R43R44W/B水泥用量粉煤灰砂石用水量112图2粉煤灰填充砂曲线113在下图中粉煤灰取代砂13%时,单位重最大在固定砂和粉煤灰的最佳比例情况下,重新用四分法混合,找出砂与粉煤灰及石的最大单位重,在本次实验中,砂与粉煤灰所占骨材总量的比例为50%(图3所示)。114注:R代表人工砂;数字代表胶凝用量不同。表3nT34W/B271306162162162砂957957957石用水量4540013011注:T代表天然砂;数字代表胶凝用量不同。图3612试验结果6实际试验配合比设计611试验方法依据表2和表3配合比,严格按照标准试验方法进行拌和物性能和混凝土强度测试,所得试验结果如表4。本试验主要研究变化4种水胶比,同时配合4表4人工砂与天然砂数据对比编号R21R22R23R24R31T31R32T32R33T33R34T34R41R42R43坍落度/mm495490395275505550455550430385465325515490480泵送剂2%3%3%3%1127%0171%3%1191%3%3%3%3153%3%3%315%和易性轻微泌水,黏聚性良轻微泌水,黏聚性好不泌水,黏聚性优不泌水,黏聚性优不泌水,黏聚性好不泌水,黏聚性好不泌水,黏聚性优轻微泌水,黏聚性好不泌水,黏聚性优轻微泌水,黏聚性好不泌水,黏聚性优不泌水,黏聚性优不泌水,黏聚性优不泌水,黏聚性优不泌水,黏聚性好抗压强度/MPa注:R代表人工砂;T代表天然砂。613混凝土新拌性能分析通过试验结果对比,我们发现在n=113人工砂这一组,它的坍落度和坍落扩展度表现最佳。在与天然砂混凝土对比时,前两组人工砂混凝土的坍落849得最佳密实堆积效果的堆积系数α=112,β=0155。2)随着水胶比的降低,在掺高效减水剂基本相同的情况下,天然砂的塌落度和和易性比人工砂要差,但从总体比较,天然砂的和易性要比人工砂要好,但早期强度没有人工砂高。3)与条件相同天然砂相比,在配比设计、其它材料、成型养护条件都相同的情况下,用人工砂配置出混凝土的特点是:塌落度减小,混凝土14天标准强度提高;如保持塌落度不变,则需水量增加;但在不增加水泥的前提下水灰比变大后,一般情况下,混凝土实测强度并不降低。4)按天然砂的规律,混凝土配比设计,人工砂的需水量大,和易性稍差,易产生泌水,特别在水泥用量少的低强度等级混凝土中表现明显。参考文献[1]黄兆龙,湛渊源.高性能混凝土制密配比法耐久性的设计策略.[2]吴中伟,廉慧珍.高性能混凝土[M].:中国铁道出版社.[3]1——].新型建筑料,2002,(6).[].机制砂混凝土性能研究[Z].鉴定资料,[6]高强混凝土结构设计与施工指南[M].北京:中国建筑工业出版图3粉煤灰填充砂曲线度比天然砂混凝土低。后两组要比天然砂混凝土高。人工砂混凝土在n=112这一组我们发现在坍落度和坍落扩展度和n=113相差不大,但由于骨料含量相对较多,水泥浆量较少,整体内聚力较高,所以和易性不如n=113。如果n值小于n=112混凝土的工作性较差。在n=114时,它与n=113比较差不多,但当大于n=114,因为水泥用量增大,所以不经济。在与天然砂对比时,由于掺的减水剂多,所以天然砂的和易性有时不如人工砂,但天然砂的和易性和坍落度、坍落扩展度基本比人工砂好,从泵送要求来看,天然砂要比人工砂适合。614混凝土抗压强度分析通过试验结果发现,在同一水胶比情况下,混凝土的强度随浆体用量增加而增大。时,7结论通过以上试验可以得出以下结论:1)使用压碎指标为911%的碎石,细度模数为219的中粗砂和二级粉煤灰进行密实堆积试验,获(上接第846页)参考文献[1]孙伟1荷载与环境因素耦合作用下结构混凝土的耐久性与服役寿命[J].东南大学学报,2006,36(2):7214.[2]NguyenTQ,PetkovicJ,DanglaP,etal.ModellingofCoupledIonandMoistureTransportinPorousBuildingMaterials[J].ConstructionandBuildingMaterials,2008,22:218522195.[3]金祖权,孙伟,张云升.混凝土在硫酸盐、氯盐溶液中的损伤过社,2001[7]高强与高性能混凝土委员会.高强混凝土工程应用[M].北京:清华大学出版社,1998.[8]朱宏军,程海,姜德民.特种混凝土和新型混凝土[M].北京:化学工业出版社,2004.[9]冯乃谦.实用混凝土大全[M].北京:科学出版社,2001.sionandLiquidPushOutofTheMaterialCapillariesinCementComposites[J].CementandConcreteResearch,2005,35(3):5202526.[8]KuhlD,BangertF,MeschkeG.CoupledChemo2MechanicalDeteriorationofCementitiousMaterials.PartI:Modeling[J].InternationalJournalofSolidsandStructures,2004,41:15240.[9]陆栋,蒋平,徐至中.固体物理学[M].上海:上海科学技术出版程[J].硅酸盐学报,2006,34(5):13218.[4]BasistaM,WeglewskiW.MicromechanicalModelingofSul2phateCorrosioninConcrete:InfluenceofEttringiteFormingReaction[J].TheoreticalandAppliedMechanics,2008,35(123):29252.[5]刘芳,宋志刚.用Fick第二定律描述混凝土中氯离子浓度分布的适用性[J].混凝土与水泥制品,2005(8):7210.[6]MarchandJ,SamsonE,MaltaisY,etal.TheoreticalAnalysisoftheEffectofWeakSodiumSulfateSolutionsontheDurabilityofConcrete[J].CementandConcreteComposites,2002,24(324):3172329.[7]GospodinovPN.NumericalSimulationof3DSulfateIonDiffu2社,2003:91292.[10]DormieuxL,KondoD,UlmF2J.Microporomechanics[M].JohnWiley&Sons,Ltd,TheAtrium,SouthernGate,Chich2ester,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