C50泵送混凝土彈性模量影響因素的試驗(yàn)研究

陳洪光，許 將

(中鐵隧道集團(tuán)有限公司工程試驗(yàn)中心，河南洛陽(yáng) 471009)

0 引言

彈性模量是混凝土重要的力學(xué)性能參數(shù)，從宏觀角度來(lái)說(shuō)，彈性模量是衡量其抵抗彈性變形能力大小的尺度。在混凝土工程中，除了主要以強(qiáng)度、坍落度和電通量等作為控制指標(biāo)外，經(jīng)常還需測(cè)定混凝土的彈性模量值，以便計(jì)算和控制構(gòu)件的變形、裂縫的擴(kuò)展及大體積混凝土的溫度應(yīng)力等。例如在預(yù)制梁的生產(chǎn)中，梁體混凝土彈性模量滿足設(shè)計(jì)要求后才能進(jìn)行終張拉［1］。對(duì)于混凝土本身而言，影響彈性模量的因素較多［2-3］，文獻(xiàn)［3］通過(guò)單一的比對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行試驗(yàn)研究，但在低水膠比、雙摻礦物摻合料的情況下，采用正交方案對(duì)多種影響因素進(jìn)行研究并區(qū)分影響次序的研究相對(duì)較少，本文主要采用正交試驗(yàn)的方法，針對(duì)C50泵送混凝土彈性模量的影響因素進(jìn)行研究。

1 試驗(yàn)方案及情況

1.1 試驗(yàn)方法

依據(jù)GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》［4］進(jìn)行靜力受壓彈性模量試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)儀器

TSY-2000電液壓力試驗(yàn)機(jī)、TM-II型混凝土彈性模量測(cè)定儀(如圖1所示)、千分表2塊、機(jī)械秒表和鋼直尺。

1.3 原材料情況

1)P·O52.5水泥。比表面積330 m2/kg;初凝135 min，終凝205 min;實(shí)測(cè)28 d抗壓強(qiáng)度55.5 MPa;安定性沸煮法合格。

2)粉煤灰。I級(jí)粉煤灰。細(xì)度6.3%，燒失量2.2%，需水量比94%。

3)礦粉。S95礦粉。比表面積430 m2/kg;密度3.0 g/cm3;流動(dòng)度比98%;燒失量2.8%;28 d活性指數(shù)100%。

4)細(xì)骨料。河砂。含泥量 1.8%，泥塊含量0.4%，云母含量0.3%，輕物質(zhì)含量0.3%，II區(qū)砂，細(xì)度模數(shù)2.9。

5)粗骨料。5～20 mm級(jí)配碎石，分別為玄武巖及花崗巖。玄武巖:壓碎指標(biāo)8%，針片狀2%，含泥量0.4%，泥塊含量0.1%，緊密孔隙率40%?；◢弾r:壓碎指標(biāo)9%，針片狀4%，含泥量0.5%，泥塊含量0.1%，緊密孔隙率39%。

6)外加劑。聚羧酸減水劑(緩凝型)。減水率29%，含氣量2.8%，泌水率比12%，7 d抗壓強(qiáng)度比152%。

圖1 TM-II型混凝土彈性模量測(cè)定儀Fig.1 TM-II elastic modulus testing device

1.4 正交試驗(yàn)方案

1.4.1 影響因素的選擇

混凝土的彈性模量是材料本身固有的性質(zhì)，因此，影響彈性模量的主要因素是混凝土的成分及其比例，也就是說(shuō)選用的原材料及配合比的參數(shù)是影響彈性模量的主要因素;同時(shí)在工程實(shí)際中，為滿足混凝土的物理力學(xué)性能、工作性能及耐久性能等，混凝土選用的原材料尤其是配合比的參數(shù)有邊界條件。基于以上2點(diǎn)，本試驗(yàn)在保持膠凝材料總量不變，拌合物坍落度為200±20 mm的條件下，選取摻合料品種(100%粉煤灰、50%粉煤灰+50%礦粉、100%礦粉)、粗骨料品種(100%花崗巖、20%玄武巖+80%花崗巖、100%玄武巖)、水膠比(0.30，0.32 和 0.34)、砂率(37%、40%、43%)和摻合料的摻量(20%、25%、30%)進(jìn)行研究;選取10 d強(qiáng)度及彈性模量和28 d強(qiáng)度及彈性模量作為考核指標(biāo)。試件均為標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。

1.4.2 正交表

作為5因素3水平的正交試驗(yàn)，選用L18(37)正交表。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

如表1所示。

2.2 結(jié)果分析

如表2和表3所示。

表1 L18(37)試驗(yàn)方案及結(jié)果Table 1 Testing results

表2 試驗(yàn)結(jié)果分析Table 2 Analysis on 10-d testing results

表3 28 d試驗(yàn)結(jié)果分析Table 3 Analysis on 28-d testing results

2.2.1 強(qiáng)度

從表1的試驗(yàn)結(jié)果及表2和表3對(duì)結(jié)果的直觀分析來(lái)看，對(duì)于10 d抗壓強(qiáng)度，當(dāng)水膠比為0.30～0.34，礦物摻合料摻量在20% ～30%，砂率在37% ～43%變化時(shí)，選用花崗巖或玄武巖，單摻粉煤灰或礦粉以及混摻的情況下，C50混凝土10 d抗壓強(qiáng)度為51.5～65.6，均已超過(guò)設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)。從極差分析來(lái)看，各因素的影響次序分別為:水膠比＞摻合料品種＞砂率＞粗骨料品種=摻合料摻量，說(shuō)明水膠比對(duì)10 d強(qiáng)度的影響最大;其次摻合料品種極差R也相對(duì)較大，為3.1，說(shuō)明礦物摻合料品種的選擇也對(duì)混凝土早期強(qiáng)度有明顯影響，摻入粉煤灰能調(diào)整混凝土的強(qiáng)度發(fā)展，早期強(qiáng)度會(huì)有所降低，礦粉的摻入則對(duì)早期強(qiáng)度有所增強(qiáng)。

對(duì)于28 d抗壓強(qiáng)度，影響因素變?yōu)樗z比＞摻合料摻量＞砂率＞粗骨料品種＞摻合料品種，水膠比因素的極差為6.6，明顯大于其他因素，其他因素極差相差不大，這說(shuō)明混凝土28 d抗壓強(qiáng)度也主要受水膠比影響。

2.2.2 彈性模量

對(duì)于10 d和28 d彈性模量，因素的影響次序?yàn)?粗骨料品種＞水膠比＞摻合料摻量＞摻合料品種＞砂率以及粗骨料品種＞摻合料摻量＞水膠比＞摻合料品種＞砂率，兩者的粗骨料因素的極差明顯大于其他因素，說(shuō)明粗骨料的品種是影響混凝土彈性模量的主要因素，從圖2可以看出，隨著玄武巖比例的提高(0—20%—100%)，混凝土彈性模量變大。

圖2 粗骨料品種的彈性模量極差曲線Fig.2 Coarse aggregate types vs elastic modulus

3 粗骨料品種對(duì)彈性模量影響的驗(yàn)證試驗(yàn)

通過(guò)第2部分的試驗(yàn)分析，得出粗骨料的品種是影響C50泵送混凝土彈性模量的主要因素。為了進(jìn)一步研究粗骨料品種的影響，設(shè)計(jì)了一組比對(duì)試驗(yàn)，增加了石灰?guī)r，并調(diào)整了玄武巖摻量，試驗(yàn)配合比及結(jié)果如表4所示。

從表4可以看出:花崗巖配制的C50混凝土無(wú)論是10 d還是28 d彈性模量均明顯小于玄武巖和石灰?guī)r，而將花崗巖與玄武巖對(duì)半混摻后對(duì)彈性模量有明顯的改善，不同品種的粗骨料配制的混凝土彈性模量各有差異，但是花崗巖的結(jié)果同期比較都偏低。這也與正交試驗(yàn)的結(jié)果相符。

表4 比對(duì)試驗(yàn)及結(jié)果Table 4 Testing results

4 結(jié)論與討論

1)當(dāng)水膠比為0.30～0.34，礦物摻合料摻量在20% ～30%，砂率在37% ～43%變化時(shí)，選用花崗巖或玄武巖，單摻粉煤灰或礦粉以及混摻的情況下，C50泵送混凝土的10 d及28 d抗壓強(qiáng)度主要影響因素是水膠比。

2)當(dāng)水膠比在0.30～0.34，礦物摻合料摻量在20% ～30%，砂率在 37% ～43%變化時(shí)，選用花崗巖或玄武巖，單摻粉煤灰或礦粉以及混摻的情況下，C50泵送混凝土的10 d彈性模量的影響因素順序是:粗骨料品種＞水膠比＞摻合料摻量＞摻合料品種＞砂率;28 d彈性模量的影響因素順序是:粗骨料品種＞摻合料摻量＞水膠比＞摻合料品種＞砂率。粗骨料的品種是影響混凝土彈性模量的主要因素。

3)對(duì)于C50泵送混凝土而言，不同品種的粗骨料配制的混凝土彈性模量各有差異，其中花崗巖的結(jié)果相對(duì)較低。但在花崗巖中混摻入玄武巖可有效改善C50混凝土的彈性模量。

至于為什么不同品種的粗骨料導(dǎo)致混凝土彈性模量的差別，是由于花崗巖與玄武巖及石灰?guī)r本身的彈性模量還是由于巖石的微觀結(jié)構(gòu)等有差別，或者是其他原因，有待于從力學(xué)、地質(zhì)和混凝土材料學(xué)等方面做進(jìn)一步理論研究。在工程實(shí)踐中，本文的研究結(jié)果對(duì)配制有彈性模量要求的混凝土以及料源選定等可以起到良好的參考作用。

［1］ 鐵建設(shè)［2010］241號(hào) 高速鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2010.

［2］ 韓衛(wèi)國(guó)，賈靖，顧大偉，等.對(duì)混凝土彈性模量影響因素的探討［J］.山東建材，2002，22(1):23-24.(HAN Weiguo，JIA Jing，GU Dawei，et al.Discussion of the factors to influence concrete elasticity modulus［J］.Shandong Building Materials，2002，22(1):23-24.(in Chinese))

［3］ 劉尚，文翠翠.高性能混凝土彈性模量試驗(yàn)研究［J］.商品混凝土，2009(4):36-37.(LIU Shang，WEN Cuicui.Experiment research on elastic modulus of high performance concrete［J］.Ready-mixed Concrete，2009(4):36-37.(in Chinese))

［4］ GB/T 50081—2002普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中華人民共和國(guó)建設(shè)部，2002.