粉體當(dāng)量體積法對機(jī)制砂混凝土和易性影響的分析

祝潤

摘 要：通過對不同水膠比下機(jī)制砂混凝土坍落度、擴(kuò)展度和抗壓強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)來研究粉體當(dāng)量體積法對機(jī)制砂混凝土配合比設(shè)計(jì)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：粉體當(dāng)量體積法下，不同水膠比機(jī)制砂的和易性和抗壓強(qiáng)度均可達(dá)到相關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。通過對實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)的分析，從理論上得出不同水膠比的最佳粉體當(dāng)量體積，為機(jī)制砂混凝土的配合比設(shè)計(jì)提供了技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：粉體當(dāng)量體積法；機(jī)制砂混凝土；和易性；影響；分析

引言

與天然砂混凝土相比，機(jī)制砂混凝土的粘聚性和保水性較差，和易性變異大，難以控制。大量的研究表明機(jī)制砂混凝土主要問題為和易性較差，并直接影響硬化后的混凝土強(qiáng)度和耐久性[1]。如何獲得性能優(yōu)良的機(jī)制砂混凝土，以及對與不同的特性的機(jī)制砂如何調(diào)整混凝土的配合比而獲得較好的和易性，對機(jī)制砂混凝土的實(shí)際應(yīng)用有著極其重要的價(jià)值。

本論文針對機(jī)制砂混凝體的特殊性及存在問題，在傳統(tǒng)的配合比設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上提出了粉體當(dāng)量體積法的配合比計(jì)算方法，通過實(shí)驗(yàn)得出不同水膠比下的粉體當(dāng)量總體積，并對其和易性和抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測試，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對粉體當(dāng)量體積法的可行性和機(jī)制砂混凝土配合比設(shè)計(jì)提供參考價(jià)值。

1 粉體當(dāng)量體積法

1.1 粉體當(dāng)量體積法的定義

粉體當(dāng)量體積法是由西南交通大學(xué)李固華教授首先提出的專門針對機(jī)制砂配合比設(shè)計(jì)的新方法。該方法是在《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55-2011）和高性能混凝土全計(jì)算法配合比設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，針對機(jī)制砂混凝土中粉體的特性而提出的。該方法通過確定各種粉體單位體積的用水量，與水泥單位體積用水量之比作為粉體的當(dāng)量系數(shù)。粉體體積乘以當(dāng)量系數(shù)的和作為粉體當(dāng)量總體積，通過實(shí)驗(yàn)再得出不同水膠比下的機(jī)制砂混凝土和易性良好、滿足抗壓強(qiáng)度的粉體當(dāng)量總體積[2]。

1.2 粉體當(dāng)量總體積配合比的計(jì)算

在JGJ55-2011《普通混凝土配比設(shè)計(jì)規(guī)程》中的配合比設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，通過實(shí)驗(yàn)測得各種粉體的需水量，與水泥的需水量相比，得到粉體體積當(dāng)量系數(shù)，采用這種方法，來研究粉漿體體體積對混凝土和易性的影響。

1.2.1 粉體當(dāng)量總體積配合比的計(jì)算步驟

（1）根據(jù)粉體體積當(dāng)量系數(shù)的定義，確定各種粉體的粉體當(dāng)量體積系數(shù)。

（2）確定水膠比、用水量。

（3）確定膠凝材料用量，并確定確定水泥用量Cb、粉體體積Vf。

（4）通過實(shí)驗(yàn)測得各種粉體的需水量，并與水泥需水量相比，得到粉體體積當(dāng)量系數(shù)。

（5）確定粉體體積Vf，并計(jì)算粉體當(dāng)量總體積Vfd。

（6）計(jì)算漿體體積Vj，并計(jì)算漿體當(dāng)量體積Vjd，并采用體積法計(jì)算骨料的體積。

（7）計(jì)算需加石粉的體積，由假定漿體體積減去水泥、礦物摻合料以及砂中石粉體積。

（8）通過實(shí)驗(yàn)機(jī)制砂混凝土的坍落度、擴(kuò)展度以及抗壓強(qiáng)度來獲得最佳粉體體積。

1.2.2 計(jì)算粉體體積當(dāng)量系數(shù)

粉體體積當(dāng)量系數(shù)是根據(jù)（GB/T1596-2005）《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中粉煤灰需水量的測定方法，分別測試出實(shí)驗(yàn)中所用的粉煤灰、花崗巖石粉、100目石粉的需水量，然后測得某種粉體的單位體積用水量，所得的結(jié)果與水泥的單位體積用水量之比為當(dāng)量系數(shù)。測得水泥的需水量為105g，密度為3.06，計(jì)算結(jié)果如表1。

表1 各種粉體體積當(dāng)量系數(shù)

2 實(shí)驗(yàn)概況

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

按照（GB/T14684-2011）《建筑用砂》中的相關(guān)方法測得細(xì)集料的表觀密度和空隙率，并按照淘洗法測得機(jī)制砂中石粉的含量。按照廣口瓶法測定粗集料的堆積密度和空隙率[3]。配制水膠比分別為0.6、0.55、0.5、0.47、0.44的機(jī)制砂混凝土，采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)拌合，攪拌時間為3min，高效減水劑采用后摻法。試件采用振動臺振動成型，時間為2min。按照（GB/T50080-2002）《普通混凝土拌合物性能實(shí)驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中的坍落度法測得該組機(jī)制砂混凝土的工作性。按照（GB/T50081-2002）《普通混凝土力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測得混凝土試件的抗壓強(qiáng)度，并測得7d、28d及56d的混凝土抗壓強(qiáng)度。計(jì)算不同水膠比下的粉體當(dāng)量總體積，并對比其坍落度、擴(kuò)展度和抗壓強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。

2.2 實(shí)驗(yàn)材料

水泥：P.O.42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥性能實(shí)驗(yàn)表明，水泥各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，密度為3.05g/cm3。

礦物摻合料：優(yōu)質(zhì)粉煤灰和?；郀t礦粉。粉煤灰密度為2.13g/cm3。礦粉密度為2.80g/cm3。

粗集料：粒徑5～16mm和16～25mm兩種粒級碎石分別按40%、60%的摻配使用，符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的Ⅱ類骨料。表觀密度為2715g/cm3、緊致堆積密度為1685g/cm3、含泥量為3%、含水率為2%。

細(xì)集料：主要成分為花崗巖，含少量的砂巖及石灰?guī)r的機(jī)制砂，表觀密度為2.68g/cm3，砂中石粉含量為12.5%，石粉密度為2.67g/cm3、需水量比為1.05。

減水劑：高性能減水劑。減水率為30%，含氣率為3%。

石粉：細(xì)度為200目的石粉，密度為2.63g/cm3、比表面積為1638g/cm3、需水量比為1.06。

水：混凝土拌合及養(yǎng)護(hù)用水均為自來水。

3 實(shí)驗(yàn)步驟

3.1 粉體當(dāng)量體積法下，不同水膠比的機(jī)制砂混凝土配合比的計(jì)算

根據(jù)粉體當(dāng)量體積的計(jì)算步驟，對不同水膠比的粉體當(dāng)量總體積和粉體當(dāng)量總體積進(jìn)行計(jì)算。在不外加石粉的情況下，計(jì)算水膠比分別為0.6、0.55、0.5、0.47、0.44時的機(jī)制砂混凝土的粉體當(dāng)量體積，并測得相應(yīng)的坍落度、擴(kuò)展度和抗壓強(qiáng)度值。首先對水膠比為0.6的混凝土的粉體當(dāng)量體積進(jìn)行計(jì)算，細(xì)集料采用機(jī)制砂，粉煤灰含量為40%。具體如下：

當(dāng)水膠比為0.6時，加入水170kg，計(jì)算膠凝材料Cb、水泥量：

Cb=170/0.6=283.33kg

由于粉煤灰含量為40%，則水泥含量為60%，水泥量=283.33×0.6=170kg。

膠凝材料漿體體積=170/3.05+283.33×0.4/2.13+170=278.9L

粉體當(dāng)量總體積=170/3.05+（283.33×0.4/2.13） ×0.837+811.37×0.125×0.996/2.68=140L

粉漿體當(dāng)量總體積=140+170=310L

按照上述計(jì)算步驟，使用粉體當(dāng)量法將五組不同水膠比的配合比進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表2。

3.2 不同水膠比時，機(jī)制砂混凝土的和易性

將以上5組機(jī)制砂混凝土拌合物按照《普通混凝土拌合物性能實(shí)驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50080-2002）中規(guī)定的坍落度和坍落擴(kuò)展度實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測試，經(jīng)測試結(jié)果如表3。

表3 不同水膠比細(xì)機(jī)制砂混凝土的坍落度和擴(kuò)展度

3.3 不同水膠比時，機(jī)制砂混凝土的抗壓強(qiáng)度

將5組編號的機(jī)制砂混凝土按照《普通混凝土力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50081-2002），試件尺寸采用100mm×100mm×100mm的立方體試件，成型后在溫度為20±2℃，相對濕度為95%以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中，分別養(yǎng)護(hù)7d、28d和56d，并測試各試塊的抗壓強(qiáng)度。經(jīng)測試，其抗壓強(qiáng)度值見表4：

表4 不同水膠比下機(jī)制砂混凝土的抗壓強(qiáng)度

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

（1）表2到表4為粉體當(dāng)量體積法下的不同水膠比機(jī)制砂的和易性和抗壓強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。該實(shí)驗(yàn)為未填加石粉的不同水膠比的機(jī)制砂混凝土拌合物的粉體當(dāng)量總體積。從表2中可以看出水膠比由0.6減小到0.43，膠凝材料漿體體積也隨之由278.9L減小到270L，實(shí)驗(yàn)結(jié)果均符合（JGJ55-2011）《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》中規(guī)定的不同水膠比時的最小膠凝材料用量規(guī)定。所需要的粉體當(dāng)量總體積由139.7L增加至161.6L，由此可以看出，當(dāng)水膠比在和粉漿體當(dāng)量體積在增加。表3為不同水膠比下機(jī)制砂混凝土的坍落度和擴(kuò)展度檢測結(jié)果，可以看出粉體當(dāng)量體積法下的不同水膠比的坍落度和擴(kuò)展度是不一樣的。不同的水膠比通過粉體當(dāng)量體積法來設(shè)計(jì)配合比的機(jī)制砂混凝土，通過其坍落度和擴(kuò)展度測試結(jié)果反映了，該配合比設(shè)計(jì)方法下的混凝土的和易性符合要求的，說明粉體當(dāng)量體積法用以進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)的可行性。由表4可知，混凝土經(jīng)過7d、28d和56d的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)抗壓強(qiáng)度可達(dá)到33.65～55.99MPa，均達(dá)到抗壓強(qiáng)度的要求。

（2）結(jié)合表2到表4可以看出，在表2的配合比下，膠凝材料用量在很低的情況下，抗壓強(qiáng)度是可以滿足規(guī)范要求的，可以作為平衡混凝土質(zhì)量、消耗和成本的重要參照因素。

（3）在配制高性能混凝土?xí)r，必須具有一定的漿體。在保持水膠比不變的情況下，水泥漿量的過多會使得混凝土拌合料出現(xiàn)崩塌現(xiàn)象，反之則會出現(xiàn)流漿和泌水現(xiàn)象，且會增加水泥的用量[4][5]。所以在混凝土強(qiáng)度滿足的條件下，滿足混凝土和易性需要達(dá)到一定的漿體體積。粉體當(dāng)量體積的提出則可以為配置機(jī)制砂混凝土提供依據(jù)。

5 結(jié)束語

通過對粉體當(dāng)量體積法下，不同水膠比機(jī)制砂混凝土的和易性和抗壓強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)和分析，可以看出粉體當(dāng)量體積法是具有可行性的，對優(yōu)化現(xiàn)有的機(jī)制砂混凝土配合比設(shè)計(jì)、合理改善機(jī)制砂混凝土和易性具有一定的參考價(jià)值。本文僅僅研究了粉體當(dāng)量體積法下，這是由于水膠比是影響混凝土強(qiáng)度和和易性的重要因素，是其可行性研究的基礎(chǔ)。除此之外，砂率、礦物摻合料及外加劑對機(jī)制砂混凝土的和易性亦具有影響，綜合考慮以上因素是繼續(xù)研究粉體當(dāng)量體積法配合比設(shè)計(jì)方法的重要方向。

參考文獻(xiàn)

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