冬施商品混凝土強(qiáng)度增長規(guī)律探索研究

張 巖 殷春云 黃善文

1 概述

隨著建筑業(yè)整體施工水平和工業(yè)化程度的普遍提高,摻入粉煤灰的商品混凝土(以下簡稱商品混凝土)已成為基本城市建設(shè)不可缺少的建筑材料。工程實(shí)踐表明不同于普通人工拌制混凝土,商品混凝土中粉煤灰的摻量多少對混凝土早期和最終強(qiáng)度影響很大,但現(xiàn)行大部分規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)都是基于不摻粉煤灰的基準(zhǔn)混凝土而制定的,因此與工地實(shí)際情況存在一定差別,而且在冬季施工階段由于混凝土的配比、氣候條件和養(yǎng)護(hù)條件等諸多不同情況,其強(qiáng)度增長規(guī)律也存在較大差異。因此對冬季施工混凝土強(qiáng)度增長規(guī)律進(jìn)行探索研究是十分必要的。

本文通過模擬實(shí)驗(yàn)研究,最大程度模擬工程現(xiàn)場的實(shí)際情況,通過大量數(shù)據(jù)間的比對,探索以下規(guī)律:1)不同粉煤灰摻量對商品混凝土強(qiáng)度的影響;2)冬施條件下混凝土強(qiáng)度的增長規(guī)律;3)回彈法和鉆芯法在同條件下檢測數(shù)據(jù)的差異關(guān)系。

2 原材料和實(shí)驗(yàn)方案

2.1 實(shí)驗(yàn)原材料選擇

1)水泥:采用P.O42.5盾石牌普通硅酸鹽水泥;2)粉煤灰:采用Ⅱ級粉煤灰;3)砂:含水率為10%的中砂,表觀密度為2 680 kg/m3;4)石:粒徑為5 mm～25 mm的碎石;5)外加劑:采用恒基牌防凍劑,摻量為3.0%;采用恒基牌泵送劑,摻量為2.5%;6)水為普通飲用水。

2.2 實(shí)驗(yàn)方案

2.2.1 原材料配合比

為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可比性,計算水泥用量取402 kg,混凝土中摻用粉煤灰采用超量取代法,因粉煤灰等級為Ⅱ級,取超量系數(shù)1.3。即計算水泥用量=實(shí)際水泥用量+粉煤灰用量/超量系數(shù),水灰比為0.46,防凍劑摻量為計算水泥用量的3%,泵送減水劑為計算水泥用量的2.5%。具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 不同粉煤灰摻量混凝土配合比參數(shù) kg

2.2.2 實(shí)驗(yàn)過程

為盡量創(chuàng)造符合北方冬季實(shí)際施工條件,本實(shí)驗(yàn)選擇在2009年嚴(yán)冬階段進(jìn)行,試驗(yàn)墻體及試件成型日期是2009年12月24日,屬于北京的嚴(yán)冬階段。室外平均溫度為-8.0℃,相對濕度為10%;操作間溫度控制在18.0℃左右,相對濕度50%,標(biāo)養(yǎng)試塊養(yǎng)護(hù)符合標(biāo)養(yǎng)環(huán)境條件(20±2)℃要求。粉煤灰混凝土基本力學(xué)性能:將水泥、粉煤灰、砂、石、外加劑、水按照設(shè)計的配合比均勻拌和在一起,在攪拌機(jī)中攪拌10 min后,做成 100 mm×100 mm×100 mm的試塊,每種配合比按表3制作不同齡期試件。同時每種配合比各制作一面1 200 mm×600 mm×300 mm的混凝土墻,用棉被等進(jìn)行保溫,防止混凝土達(dá)到臨界強(qiáng)度前被凍壞,5 d以后撤除保溫,同時在相應(yīng)齡期對三種不同配比的墻體進(jìn)行回彈檢測和鉆芯取樣檢測,對數(shù)據(jù)進(jìn)行縱橫向?qū)Ρ确治?利用曲線確定規(guī)律。

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及理論分析總結(jié)

3.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.1.1 粉煤灰摻量15%

表2 商品混凝土(粉煤灰摻量為15%)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果 MPa

粉煤灰摻量為15%的商品混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表2。

3.1.2 粉煤灰摻量30%

粉煤灰摻量為30%的商品混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 商品混凝土(粉煤灰摻量為30%)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果 MPa

3.1.3 粉煤灰摻量45%

粉煤灰摻量為45%的商品混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 商品混凝土(粉煤灰摻量為45%)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果 MPa

3.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

1)為研究不同粉煤灰摻量對商品混凝土強(qiáng)度的影響,我們選擇不同摻量的標(biāo)養(yǎng)試塊強(qiáng)度進(jìn)行分析。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出的折線圖見圖1。a.由圖1可以得出如下結(jié)論:在同一水膠比的條件下,粉煤灰的摻入量越大,混凝土早期強(qiáng)度值越低。粉煤灰摻量大于30%后或達(dá)到最大限量時,對混凝土早期強(qiáng)度影響特別大。隨著齡期的增長,粉煤灰混凝土后期強(qiáng)度增長良好,45%摻量混凝土后期強(qiáng)度增長尤為明顯。粉煤灰摻量小的混凝土早期強(qiáng)度增長最快,但成本偏高;粉煤灰摻量過高,對混凝土早期強(qiáng)度影響太大,影響工程進(jìn)度和質(zhì)量。粉煤灰最佳摻量約在15%～30%之間,既保證了混凝土早期強(qiáng)度要求,又最大程度上節(jié)約了成本。總體上講養(yǎng)護(hù)60 d,不同粉煤灰摻量的混凝土最后強(qiáng)度基本相同,區(qū)別不大,標(biāo)養(yǎng)條件下60 d后強(qiáng)度基本不再增長。b.根據(jù)以上結(jié)論,進(jìn)行如下理論分析:粉煤灰混凝土早期強(qiáng)度直接取決于水泥的摻量,粉煤灰的加入延緩了水化速度,使其早期的水泥水化產(chǎn)物減少,從而影響了其早期強(qiáng)度的增長。由于加入了粉煤灰,后期生成了較多的C-S-H凝膠,增強(qiáng)了水泥與骨料的粘結(jié)力,使粉煤灰強(qiáng)度后期明顯增強(qiáng)。摻合料摻量過大時,膠凝材料總量中的水泥熟料含量相對較少,熟料水化生成的Ca(OH)2量較少,減少了摻合料水化反應(yīng)生成C2S2H的比例,有些摻合料顆粒沒有參與反應(yīng),難以有足夠的生成物填充周圍的空隙,所以摻合料摻量超過一定范圍時,混凝土強(qiáng)度會隨摻合料摻量的增大(水泥用量減少)呈明顯下降趨勢,試驗(yàn)結(jié)果與理論分析基本吻合,故單純地用粉煤灰高比例取代水泥是不可行的。2)為分析冬施條件下?lián)饺敕纼鰟┗炷翉?qiáng)度的增長規(guī)律和回彈法及鉆芯法在各種不同條件下檢測數(shù)據(jù)的差異關(guān)系,我們選取摻量為30%同條件試塊強(qiáng)度數(shù)據(jù),同時結(jié)合回彈數(shù)據(jù)和鉆芯取樣強(qiáng)度進(jìn)行比較分析。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出的折線圖見圖2。a.由圖2可以得出如下結(jié)論:混凝土強(qiáng)度的增長受到溫度影響巨大,同條件養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度明顯低于標(biāo)養(yǎng)強(qiáng)度;同時同條件試塊強(qiáng)度也明顯低于回彈強(qiáng)度推定值和鉆芯強(qiáng)度值(實(shí)體實(shí)際強(qiáng)度),用同條件試塊強(qiáng)度推定實(shí)體強(qiáng)度有較大差距。完全在負(fù)溫條件下(即實(shí)體養(yǎng)護(hù)完全在-8℃以下),冬施混凝土達(dá)到臨界強(qiáng)度后,混凝土強(qiáng)度也呈一定增長趨勢,而且28 d內(nèi)增長幅度還較大,28 d以后增長趨緩?；貜棌?qiáng)度和鉆芯強(qiáng)度高于同條件養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度,表面回彈強(qiáng)度低于鉆芯強(qiáng)度。在28 d齡期前,表面回彈強(qiáng)度與鉆芯強(qiáng)度的差距較大,后期差距稍小。b.根據(jù)以上結(jié)論,進(jìn)行如下理論分析:由于冬季溫度偏低以及冰凍、干燥、多風(fēng)等環(huán)境影響,冬季同條件養(yǎng)護(hù)試件強(qiáng)度隨齡期增長緩慢,且規(guī)律性不強(qiáng)。同條件試塊由于體量小的特點(diǎn),缺少自身水化熱和濕度等養(yǎng)護(hù)條件,其抗壓強(qiáng)度值低于混凝土實(shí)體的真實(shí)強(qiáng)度。冬季同條件養(yǎng)護(hù)試塊即使在累積溫度相同的情況下,仍低于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度,這是因?yàn)槎緫敉猸h(huán)境惡劣的原因,特別是冬季氣候干燥,濕度條件遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于標(biāo)養(yǎng)室環(huán)境。表面回彈強(qiáng)度低于鉆芯強(qiáng)度的原因可能是混凝土中摻加了粉煤灰。

4 結(jié)語

1)使用粉煤灰混凝土不僅可以節(jié)約水泥,降低混凝土成本,具有一定的經(jīng)濟(jì)效益,而且還可以減少污染,改善環(huán)境。但粉煤灰摻量過高又會影響混凝土的早期強(qiáng)度增長,故粉煤灰摻量應(yīng)該保持在一個最佳比例,本文推斷最佳摻量宜為20%～30%。2)由于冬季氣候變化難以預(yù)測,且變化不規(guī)律,因此反映結(jié)構(gòu)實(shí)體強(qiáng)度的同條件養(yǎng)護(hù)試件不能完全反映混凝土實(shí)際強(qiáng)度,因此只能作為拆模和判定臨界強(qiáng)度等參考使用。3)完全負(fù)溫條件下混凝土強(qiáng)度仍有一定幅度的增長,到28 d后增長幅度減緩。4)冬季施工條件下,混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)除制作28 d標(biāo)養(yǎng)試件,還應(yīng)制作60 d標(biāo)養(yǎng)備用試件。因粉煤灰摻量較大的混凝土28 d后強(qiáng)度繼續(xù)增長且增長幅度大,標(biāo)養(yǎng)條件下60 d后強(qiáng)度基本不再增長。因此60 d強(qiáng)度比較接近混凝土的最終強(qiáng)度。5)冬施轉(zhuǎn)常溫后,對混凝土實(shí)體強(qiáng)度進(jìn)行檢測,在冬施地區(qū)務(wù)必考慮后期混凝土強(qiáng)度的增長空間,最好轉(zhuǎn)常溫后2個月再進(jìn)行檢測,以避免出現(xiàn)強(qiáng)度值不能反映最終強(qiáng)度的情況。6)通過對混凝土的現(xiàn)場檢測,包括表面回彈試驗(yàn)和鉆芯試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)表面回彈強(qiáng)度均低于鉆芯強(qiáng)度,偏差較大,回彈強(qiáng)度推定值比鉆芯取樣強(qiáng)度值(即實(shí)際強(qiáng)度值)低15%～20%,故在今后對混凝土現(xiàn)場檢測時,要充分結(jié)合表面回彈檢測和鉆芯法檢測對混凝土強(qiáng)度進(jìn)行評定。

[1] 陳 萌,張興昌.商品混凝土早期強(qiáng)度隨齡期增長規(guī)律的試驗(yàn)研究[J].建筑科學(xué),2007,23(9):66-69.

[2] 杜玉民,徐 勇,余 釗.高溫快硬水泥灌漿混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)研究[J].山西建筑,2009,35(7):177-179.