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寶雞市青少年科技活動中心設(shè)計... 閱讀 4663 次 自養(yǎng)護高性能混凝土的試驗研究
摘要：通過正交試驗, 研究了摻加自養(yǎng)護劑高性能混凝土在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護和自然養(yǎng)護條件下的 28d 抗壓強度, 分析了配制自養(yǎng)護高性能混凝土的可行性。在高性能混凝土中摻入含水率高的預(yù)濕輕質(zhì)骨料（本文稱之為自養(yǎng)護劑），是一種提高低水膠比高性能混凝土養(yǎng)護效果的新方法。自養(yǎng)護高性能混凝土的應(yīng)用可極大地節(jié)省混凝土的養(yǎng)護費用, 為解決混凝土自干燥問題提供了一條新思路。...
自養(yǎng)護高性能混凝土的試驗研究
張德思 陳會凡
（西北工業(yè)大學(xué) 西安 710072）
高性能混凝土的原材料與配合比，決定了它的早期水化速度快, 混凝土內(nèi)部的相對濕度顯著降低，產(chǎn)生不可忽略的自干燥效應(yīng), 同時伴隨混凝土產(chǎn)生一定的收縮，稱為自收縮。混凝土的養(yǎng)護條件不同, 早期強度發(fā)展也不相同。 低水膠比的高性能混凝土，如果早期養(yǎng)護不充分, 不但自干燥引起的體積收縮增大, 早期裂縫增多, 其早期強度也因內(nèi)部水分短缺, 水化反應(yīng)速率慢而大為降低。國內(nèi)多數(shù)學(xué)者和工程人員在高性能混凝土的研究和工程應(yīng)用中, 都以提高混凝土外部環(huán)境的養(yǎng)護溫濕度來提高混凝土的早期水化程度及早期強度。通過摻加自養(yǎng)護劑, 研制對外部養(yǎng)護條件不敏感的自養(yǎng)護混凝土, 國內(nèi)尚少見報導(dǎo)。研究生產(chǎn)自養(yǎng)護高性能混凝土, 不僅對改善施工條件, 節(jié)省混凝土養(yǎng)護費用, 推廣高性能混凝土的應(yīng)用領(lǐng)域和范圍具有重要意義, 也為研究減少高性能混凝土的收縮, 提供一種新思路。
本文通過正交試驗, 以水膠比、自養(yǎng)護劑、硅粉、減水劑摻量為變化因素, 制定方案進行試驗, 比較標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護和自然養(yǎng)護條件下自養(yǎng)護高性能混凝土28d 強度的異同, 探索配制自養(yǎng)護混凝土的最優(yōu)方案。
1、試驗研究
1.1試驗?zāi)康募霸牧?/B>
考察水膠比為0.24～0.33 的高性能混凝土摻入自養(yǎng)護劑后, 在標(biāo)養(yǎng)及自養(yǎng)護即混凝土成型后不進行任何外部養(yǎng)護條件下強度的變化特點, 探索制備自養(yǎng)護高性能混凝土的可行性和最佳配比。試驗用原材料包括: P·O 42. 5R 普通硅酸鹽水泥、硅粉、HSP 萘系高效減水劑、自養(yǎng)護劑預(yù)濕粘土陶砂輕骨料 、卵石、河砂及自來水。試驗前，自養(yǎng)護劑陶砂應(yīng)預(yù)先浸泡24h，使其充分吸水，實測24h吸水率為11.6%；實驗中實際加入的水分應(yīng)扣除輕骨料的表面水。水泥及硅灰化學(xué)成分見表 1 , 硅灰粒級見表 2。
表 1 原材料的化學(xué)成分 (%)
|
化學(xué)成份 |
SiO2 |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
Fe2O3 |
Na2O |
K2O |
燒失量 |
|
硅酸鹽水泥 |
20.7 |
6.16 |
64.0 |
1.82 |
4.41 |
0.20 |
1.2 |
1.51 |
|
硅灰 |
90.5 |
未檢出 |
2.31 |
未檢出 |
2.75 |
0.47 |
0.22 |
2.73 |
表 2 硅灰顆粒級配 (%)
|
<1 μm |
1-2 μm |
2-4 μm |
4-10 μm |
10-20 μm |
20-30 μm |
30-40 μm |
|
22.4 |
9.7 |
11.5 |
19.7 |
20.3 |
13.3 |
3.1 |
1.2正交試驗
試驗固定單位用水量為 150kg/ m3 , 砂率 S P=32 %, 考慮水膠比 W/B 、硅粉 SF 摻量、粘土陶砂LWA 摻量及減水劑 HSP摻量四個因素對自養(yǎng)護高性能混凝土的影響, 在標(biāo)養(yǎng) 20 ±2 ℃, 相對濕度 95 %以上和自然養(yǎng)護室溫 22～32 ℃, 相對濕度 40 %～45 %條件下, 比較混凝土的 28d 抗壓強度, 以確定該混凝土對養(yǎng)護條件的敏感程度。試驗各因素水平的選擇見表 3, 其中自養(yǎng)護劑粘土陶砂 LWA 的摻量采用砂、石總體積的百分?jǐn)?shù)表示, 硅粉用量采用膠凝材料總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)表示,減水劑摻量為膠凝材料總量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。試驗選用L16（45） 正交表, 正交表及試驗數(shù)據(jù)見表 4。試驗數(shù)據(jù)分析及各因素趨勢見表 5。
表3 因素水平表
|
因素
水平 |
A
(W/B / %） |
B
（LWA / %） |
C
（SF / %） |
D
（HSP / %） |
|
1 |
0.24 |
15 |
6 |
1.0 |
|
2 |
0.27 |
20 |
8 |
1.5 |
|
3 |
0.30 |
25 |
10 |
2.0 |
|
4 |
0.33 |
30 |
12 |
2.5 |
表4 L16（45）正交表及試驗數(shù)據(jù)
|
試驗號 |
A
（W/B） |
B
（LWA） |
C
（SF） |
D
（HSP） |
E
(空列) |
28d 抗壓強度/MPa |
坍落度
（mm） | ||||
|
R1
(標(biāo)養(yǎng)) |
R2
（自養(yǎng)） | ||||||||||
|
1 |
1（0.24） |
1（15％） |
1（6％） |
1（1.0％） |
1 |
73.8 |
70.2 |
30 | |||
|
2 |
1（0.24） |
2（20％） |
2（8％） |
2（1.5％） |
2 |
71.5 |
80.1 |
50 | |||
|
3 |
1（0.24） |
3（25％） |
3（10％） |
3（2.0％） |
3 |
72.3 |
71.0 |
105 | |||
|
4 |
1（0.24） |
4（30％） |
4（12％） |
4（2.5％） |
4 |
62.8 |
61.5 |
205 | |||
|
5 |
2（0.27） |
1（15％） |
2（8％） |
3（2.0％） |
4 |
68.4 |
73.7 |
120 | |||
|
6 |
2（0.27） |
2（20％） |
1（6％） |
4（2.5％） |
3 |
59.5 |
63.4 |
200 | |||
|
7 |
2（0.27） |
3（25％） |
4（12％） |
1（1.0％） |
2 |
74.2 |
67.9 |
47 | |||
|
8 |
2（0.27） |
4（30％） |
3（10％） |
2（1.5％） |
1 |
62.8 |
67.1 |
193 | |||
|
9 |
3（0.30） |
1（15％） |
3（10％） |
4（2.5％） |
2 |
65.1 |
62.7 |
195 | |||
|
10 |
3（0.30） |
2（20％） |
4（12％） |
3（2.0％） |
1 |
63.9 |
67.7 |
170 | |||
|
11 |
3（0.30） |
3（25％） |
1（6％） |
2（1.5％） |
4 |
62.8 |
68.0 |
166 | |||
|
12 |
3（0.30） |
4（30％） |
2（8％） |
1（1.0％） |
3 |
65.9 |
64.3 |
133 | |||
|
13 |
4（0.33） |
1（15％） |
4（12％） |
2（1.5％） |
3 |
61.0 |
67.9 |
160 | |||
|
14 |
4（0.33） |
2（20％） |
3（10％） |
1（1.0％） |
4 |
65.3 |
66.7 |
130 | |||
|
15 |
4（0.33） |
3（25％） |
2（8％） |
4（2.5％） |
1 |
52.5 |
52.4 |
147 | |||
|
16 |
4（0.33） |
4（30％） |
1（6％） |
3（2.0％） |
2 |
54.8 |
57.7 |
166 | |||
由表 4 可以看出：（1）28d 抗壓強度最高值為第 2組自養(yǎng)護混凝土 80.1MPa。（2）從標(biāo)養(yǎng)與自養(yǎng)條件下的混凝土對比可知 , 有8 組 （第2、5、6、8、10、11、13、14組）自養(yǎng)護混凝土的 28d 強度高于標(biāo)養(yǎng)混凝土, 有5 組 （第 1、3、4、9、12 組） 與標(biāo)養(yǎng)混凝土 28d 強度十分接近 （95 %）。（3）強度值高于或不小于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護強度95 %的自養(yǎng)護混凝土組數(shù)分布在水膠比的不同水平。以上三條說明, 低水膠比高性能混凝土加入自養(yǎng)護劑, 在自然環(huán)境中不進行人工養(yǎng)護, 其 28d 抗壓強度可達到或超過標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護條件下的混凝土。
表 5 極差分析及方差分析表
|
考核指標(biāo) |
因子 |
T1 |
T2 |
T3 |
T4 |
極差 |
平方和 |
自由度 |
均方和 |
F值 |
顯著性 |
|
坍落度 |
A(W/B) |
97.5 |
140.0 |
166.0 |
150.7 |
68.50 |
10163.44 |
3 |
3387.81 |
2.79 |
|
|
B(LWA) |
126.25 |
137.5 |
116.3 |
174.3 |
58.0 |
7348.44 |
3 |
2449.48 |
2.01 |
| |
|
C(SF) |
140.5 |
112.5 |
155.8 |
145.5 |
43.25 |
3815.44 |
3 |
1271.81 |
1.05 |
| |
|
D(HSP) |
85.0 |
142.3 |
140.3 |
186.8 |
101.8 |
20456.44 |
3 |
6818.81 |
5.61 |
* | |
|
空列 |
135.0 |
114.5 |
149.5 |
155.25 |
40.75 |
3648.94 |
3 |
1216.31 |
- |
| |
|
標(biāo)準(zhǔn)
養(yǎng)護
R28 |
A(W/B) |
70.10 |
66.23 |
64.42 |
59.39 |
10.71 |
233.25 |
3 |
77.75 |
9.01 |
** |
|
B(LWA) |
67.05 |
65.55 |
65.04 |
62.60 |
4.45 |
40.61 |
3 |
13.54 |
1.57 |
| |
|
C(SF) |
63.70 |
64.60 |
66.40 |
65.50 |
2.70 |
15.69 |
3 |
8.63 |
1.0 |
| |
|
D(HSP) |
69.79 |
64.52 |
65.86 |
59.97 |
9.82 |
197.13 |
3 |
65.71 |
7.62 |
** | |
|
空列 |
63.23 |
67.40 |
64.69 |
64.81 |
4.17 |
36.08 |
3 |
8.63 |
- |
| |
|
自
養(yǎng)護
R28 |
A(W/B) |
70.71 |
68.03 |
65.69 |
58.55 |
12.16 |
326.60 |
3 |
108.87 |
9.64 |
** |
|
B(LWA) |
68.62 |
69.47 |
62.94 |
61.93 |
7.54 |
178.30 |
3 |
59.42 |
5.26 |
** | |
|
C(SF) |
64.10 |
65.7 |
66.9 |
66.2 |
2.79 |
17.0 |
3 |
11.3 |
1.0 |
| |
|
D(HSP) |
67.28 |
70.77 |
66.80 |
58.11 |
12.66 |
348.0 |
3 |
116.0 |
10.3 |
*** | |
|
空列 |
62.44 |
66.39 |
66.64 |
67.49 |
4.20 |
60.79 |
3 |
11.3 |
- |
|
注：F檢驗臨界值為：Ｆ０．０１（３，３）＝２９.５；Ｆ０.０５（３，３）＝９.２８；
Ｆ０.１（３，３）＝５.３９；
1.3試驗結(jié)果分析
由表 5 可知: （1） 對混凝土拌合物坍落度的影響主要來自 HSP萘系減水劑, 且隨著減水劑摻量增加坍落度相應(yīng)增大, 影響顯著。 （2） 影響標(biāo)養(yǎng)混凝土強度的順序為 A （水膠比） →D （減水劑摻量） →B （自養(yǎng)護劑摻量） →C(硅粉摻量) , 其中水膠比與減水劑摻量對混凝土 28d 抗壓強度的影響非常顯著; 影響自養(yǎng)護混凝土強度的順序為 D→A →B →C, 其中減水劑摻量對 28d抗壓強度的影響十分顯著, 水膠比與自養(yǎng)護劑的影響亦非常顯著。自養(yǎng)護劑僅在自然養(yǎng)護條件下對強度影響顯著, 這說明當(dāng)混凝土水化水分出現(xiàn)不足時, 自養(yǎng)護劑中的蓄水為混凝土提供了后備水源, 使水化反應(yīng)得以繼續(xù)進行, 混凝土內(nèi)水化產(chǎn)物增多, 密實度提高, 強度增大。（3） 比較同一因素, 不同 T 值不同水平指標(biāo)在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護和自然養(yǎng)護條件下的變化情況可知: （a） 水膠比為 0.24～0.30 , 自養(yǎng)護混凝土的強度高于標(biāo)養(yǎng)混凝土, 水膠比為0.33的自養(yǎng)護混凝土強度是標(biāo)養(yǎng)混凝土強度的 98 %。（b）標(biāo)養(yǎng)混凝土隨自養(yǎng)護劑摻量增大強度相應(yīng)降低, 但摻量在 20 %～30 %時, 對強度的影響很小; 自養(yǎng)混凝土中自養(yǎng)護劑摻量從 15 %增大到 20 %, 強度反而有所增加, 摻量繼續(xù)增大, 強度相應(yīng)降低。(c) 在自養(yǎng)混凝土中, 硅粉在自然養(yǎng)護條件下增強效應(yīng)比標(biāo)養(yǎng)條件下好, 硅粉摻量在 10 %增強效應(yīng)最好。 (d) 減水劑摻量在 1. 5 %左右增強效果最明顯。
綜上所述, 水膠比在 0.24～0.33 時配制自養(yǎng)高強混凝土是完全可行的。從強度和坍落度兩方面綜合考慮, 本試驗的最優(yōu)方案取水膠比 0.24 , 自養(yǎng)護劑摻量20 %, 硅粉摻量10 %, 減水劑摻量1.8 %， 單位用水量150 kg/ m3 , 砂率 Sp =32 % 。
1.4重復(fù)性驗證試驗
為驗證上述結(jié)論的穩(wěn)定性、可靠性, 取最優(yōu)配比方案進行了5 組重復(fù)性試驗, 試驗結(jié)果見表6。
表 6 重復(fù)性試驗數(shù)據(jù)
|
試驗組號 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
坍落度/ mm |
122 |
118 |
126 |
115 |
116 |
|
標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護28d抗壓強度/ MPa |
81.6 |
84.8 |
85.4 |
82.4 |
82.1 |
|
自養(yǎng)護28d抗壓強度/ MPa |
79.1 |
82.7 |
83.7 |
81.2 |
80.3 |
由表6的試驗結(jié)果可知, 摻入自養(yǎng)護劑可配制出坍落度不低于 110mm , 混凝土28d抗壓強度達 80MPa 的高性能自養(yǎng)護混凝土。
2、結(jié)論
試驗表明摻入自養(yǎng)護劑后, 水膠比為0.24～0.33的低水膠比高性能混凝土對養(yǎng)護環(huán)境條件的敏感性大大降低, 在自然環(huán)境下無需人工養(yǎng)護, 其28d 抗壓強度和相應(yīng)的標(biāo)養(yǎng)混凝土相同。在高性能混凝土中摻入含水率高的預(yù)濕輕質(zhì)骨料（本文稱之為自養(yǎng)護劑），是一種提高低水膠比高性能混凝土養(yǎng)護效果的新方法。輕質(zhì)骨料均勻的分散在整個膠凝材料中，起內(nèi)部蓄水池的作用，只要水化過程中出現(xiàn)水分不足，就有濕度梯度存在，輕骨料中的水分首先依靠毛細管吸力傳送至水泥漿體，然后通過水蒸汽擴散作用向四周擴散，接著是毛細冷凝作用為水化反應(yīng)供給所需水分，從而支持水化反應(yīng)繼續(xù)進行。新的水化產(chǎn)物填充混凝土中的空隙或者是由于干燥作用產(chǎn)生的微裂縫，使混凝土對養(yǎng)護缺陷不再敏感，硬化水泥漿體結(jié)構(gòu)更加密實，微裂縫更少。由于該方法依靠混凝土骨料蓄水對混凝土自身進行養(yǎng)護，形成混凝土內(nèi)部的密實結(jié)構(gòu)，因此可以形象地稱其為自養(yǎng)護HPC。自養(yǎng)護高性能混凝土應(yīng)用于工程實際中無需人工養(yǎng)護, 節(jié)省了混凝土的養(yǎng)護費用。本試驗中自養(yǎng)護劑的摻量以骨料總體積的20 %為宜。在實際應(yīng)用中, 自養(yǎng)護劑的摻量與其吸水率有一定的關(guān)系, 摻入自養(yǎng)護劑的硅灰高性能混凝土，其微觀結(jié)構(gòu)中附加養(yǎng)護水的分布情況以及自養(yǎng)護劑的養(yǎng)護效率和機理還有待于進一步的深入研究。
參考文獻：
[1] 劉紅宇.養(yǎng)護方法對高強混凝土強度的影響[J ]. 山西建筑,2001(6)
[2] 于韻,蔣正武,唐曉淘. 養(yǎng)護條件對混凝土早期內(nèi)部相對濕度的影響研究[J ].江西建材,2003 (1)
(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會 文徑網(wǎng)絡(luò)：文徑 楊葉 編輯 劉真 審核)
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