基于不同摻合料的清水混凝土性能研究

裴 興

(遼陽市常安水利工程管理服務(wù)有限公司，遼寧 遼陽 111000)

清水混凝土是一種無需任何裝飾且一次性澆筑成型的高質(zhì)量混凝土，相較于普通混凝土相比具有氣泡少、顏色亮、表明光滑、環(huán)保美觀等特點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于水庫(kù)大壩、堤岸防護(hù)、道路橋梁等工程領(lǐng)域[1-5]。

粉煤灰是混凝土配制最常用的礦物摻合料，摻適量的粉煤灰有利于改善混凝土耐久性和工作性。然而，受燃燒工藝影響粉煤灰含有較多黑色組分，因密度較小很容易上浮到表面，從而形成色差；此外，粉煤灰品質(zhì)因產(chǎn)地不同而參差不齊，這使得混凝土外觀質(zhì)量控制難度明顯增大[6-7]。因此，必須嚴(yán)格控制清水混凝土中粉煤灰的品質(zhì)。由功能性外加劑和超細(xì)礦粉、微珠等特殊礦物摻合料復(fù)配而成的黏度改性材料和石粉，與粉煤灰相比具有減水效果好、均質(zhì)性高、顏色較淺、來源廣泛、質(zhì)量可控等優(yōu)勢(shì)，有利于增強(qiáng)混凝土強(qiáng)度，可取代粉煤灰改善混凝土性能。目前，中國(guó)許多學(xué)者深入研究了年度改性材料和石粉性能，如汪華文等[8]試驗(yàn)研究了清水混凝土的性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)摻20%石粉不會(huì)對(duì)混凝土強(qiáng)度造成不利影響，但會(huì)增大混凝土孔隙率，降低其抗氯離子滲透性；李悅等[9]認(rèn)為摻量≤10%時(shí)，石粉有利于促進(jìn)早期強(qiáng)度的提升，但摻量>10%時(shí)混凝土強(qiáng)度隨摻量的進(jìn)一步增大而減??；李超等[10]探討了清水混凝土受不同摻合料的影響，結(jié)果顯示石粉會(huì)降低混凝土黏度，改善拌合物工作性，明顯減少表面氣泡，使得硬化后的混凝土呈亮白色；黃有強(qiáng)等[11]認(rèn)為摻入黏度改性材料有利于改善拌合物性能，促進(jìn)后期抗壓強(qiáng)度的提升。

綜上分析，黏度改性材料和石粉可在一定程度上影響清水混凝土性能及外觀質(zhì)量，而研究清水混凝土受黏度改性材料以及石粉細(xì)度、摻量的影響研究還鮮有報(bào)道。鑒于此，文章復(fù)摻礦粉與黏度改性材料或石灰石配制C50清水混凝土，探討清水混凝土抗?jié)B性能、力學(xué)性能以及外觀質(zhì)量，旨在為有效控制清水混凝土性能和外觀質(zhì)量提供一定參考。

1 試驗(yàn)方案

1.1 原材料

1)水泥：禹州P·O 42.5級(jí)水泥。

2)黏度改性材料：市場(chǎng)購(gòu)買，主要成分有超細(xì)礦粉、微珠、灰粉等，可以填充混凝土孔隙，減小拌合物黏度，改善混凝土工作性能以及促進(jìn)早期強(qiáng)度的發(fā)展，黏度改性材料性能，見表1。

表1 黏度改性材料性能

3)石粉：選用細(xì)度不同的博陽SDⅠ、SDⅡ兩種石粉，其中SDⅠ的粒徑>SDⅡ，石粉的性能，見表2。

表2 石粉的性能

4)礦粉：鐵嶺金泰S95級(jí)礦渣粉，比表面積42m2/kg，需水量比95%，45μm篩余3.15%，化學(xué)組成比例，見表3。

表3 化學(xué)組成比例 %

5)粗、細(xì)骨料：渾河中砂，粒徑5-25mm連續(xù)級(jí)配天然碎石。

6)外加劑和水：蘇博特PCA?-Ⅰ聚羧酸高效減水劑，當(dāng)?shù)刈詠硭?/p>

1.2 配合比設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)C50強(qiáng)度等級(jí)膠凝材料總用量400kg/m3，水膠比0.30，砂率40%，以膠凝材料質(zhì)量的40%作為摻合料總摻量。設(shè)計(jì)6%、8%、10%三種黏度改性材料摻量，5%、10%、15%三種石粉摻量，20%、30%、40%三種礦粉產(chǎn)量，混凝土配合比設(shè)計(jì)，見表4。

表4 混凝土配合比設(shè)計(jì) kg/m3

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)時(shí)參照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》、《水工混凝土耐久性技術(shù)規(guī)范》等推薦的方法，依次測(cè)定清水混凝土抗壓強(qiáng)度、氯離子擴(kuò)散系數(shù)和電通量。

2 結(jié)果與分析

2.1 抗壓強(qiáng)度

清水混凝土抗壓強(qiáng)度受黏度改性材料和石粉的影響，清水混凝土抗壓強(qiáng)度，見圖1。由圖1可知，單摻礦粉條件下，隨礦粉摻量的增大各齡期清水混凝土抗壓強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，這是由于礦粉活性難以彌補(bǔ)替代水泥的水化活性，從而使得抗壓強(qiáng)度有所下降。控制總摻量40%不變時(shí)，礦粉與黏度改性材料復(fù)摻組的抗壓強(qiáng)度均高于各齡期單摻40%礦粉組，黏度改性材料摻量為6%、8%、10%時(shí)28d抗壓強(qiáng)度依次為59.1MPa、63.2MPa、58.2MPa，較單摻40%礦分組提高19.2%、27.4%、17.3%，表明總摻量相同情況下，單摻礦粉對(duì)促進(jìn)清水混凝土強(qiáng)度的發(fā)展作用不如礦粉與黏度改性材料復(fù)摻。

對(duì)于礦粉與石粉復(fù)摻體系，除35%礦粉與5%石粉復(fù)摻組的7d抗壓強(qiáng)度外，其它試驗(yàn)組各齡期抗壓強(qiáng)度均高于單摻40%礦粉組，表明單摻礦粉對(duì)促進(jìn)清水混凝土強(qiáng)度的發(fā)展作用不如礦粉與石粉復(fù)摻。另外，摻粒徑大的SDⅠ石粉組各齡期抗壓強(qiáng)度略低于摻粒徑小的SDⅠ石粉組。

清水混凝土抗壓強(qiáng)度受黏度改性材料摻量的影響，不同黏度改性材料摻量組的抗壓強(qiáng)度，見圖2。由圖2可知，總摻量相同情況下，隨黏度改性材料摻量的增大清水混凝土抗壓強(qiáng)度表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)，摻8%黏度改性材料組的抗壓強(qiáng)度最高。清水混凝土中摻8%黏度改性材料的7d、28d、56d抗壓強(qiáng)度依次為57.3MPa、63.2MPa、72.8MPa，較單摻40%礦粉組28d抗壓強(qiáng)度提高了27.4%。

圖1 清水混凝土抗壓強(qiáng)度

圖2 不同黏度改性材料摻量組的抗壓強(qiáng)度

清水混凝土抗壓強(qiáng)度受不同石粉摻量的影響，不同石粉摻量組的抗壓強(qiáng)度，見圖3。由圖3可知，總摻量相同情況下，隨石粉摻量的增加清水混凝土抗壓強(qiáng)度表現(xiàn)出逐漸增大趨勢(shì)，摻15%石粉組的抗壓強(qiáng)度最高。清水混凝土中摻15%SDⅠ、SDⅡ石粉的28d抗壓強(qiáng)度依次為60.2MPa、62.8MPa，較單摻40%礦粉組28d抗壓強(qiáng)度分別提高了21.4%、26.6%。另外，7d-28d齡期清水混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)率較高，不同石粉摻量組之間的抗壓強(qiáng)度差值隨齡期的延長(zhǎng)逐漸減小[12]。

(a)SDⅠ石粉 (b)SDⅡ石粉

2.2 電通量測(cè)試

石粉或黏度改性材料復(fù)摻清水混凝土56d電通量，清水混凝土電通量值，見圖4。由圖4可知，單摻礦粉條件下，隨礦粉摻量的增加清水混凝土電通量逐漸減??；總摻量相同情況下，單摻礦粉組的電通量高于石粉或黏度改性材料復(fù)摻組，復(fù)摻8%黏度改性材料組的56d電通量達(dá)到最小值291C，較單摻40%礦分組減小35.7%，不同黏度改性材料摻量組的電通量相差不大；隨石粉摻量的增加復(fù)摻不同粒徑石粉組的電通量逐漸減小，復(fù)摻15%SDⅠ、SDⅡ石粉的56d電通量最小依次為405C、382C，較單摻40%礦分組減少了10.4%、15.5%。

圖4 清水混凝土電通量值

2.3 氯離子擴(kuò)散系數(shù)

石粉或黏度改性材料復(fù)摻清水混凝土56d氯離子擴(kuò)散系數(shù)，清水混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)，見圖5。由圖5可知，單摻礦粉條件下，隨礦粉摻量的增加清水混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)逐漸減小，但相差不明顯，說明混凝土抗氯離子侵蝕性受礦粉摻量的影響較低[13]；單摻礦粉組的氯離子擴(kuò)散系數(shù)均高于石粉或黏度改性材料復(fù)摻組；隨黏度改性材料摻量的增大清水混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)表現(xiàn)出先下降后上升的變化趨勢(shì)摻8%黏度改性材料組的56d氯離子擴(kuò)散系數(shù)最小達(dá)到57×10-14m2/s，較單摻40%礦分組減少了38%，總體上隨黏度改性材料的增加混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)變幅減小；隨石粉摻量的增加清水混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)逐漸減小，復(fù)摻15%SDⅠ、SDⅡ石粉的氯離子擴(kuò)散系數(shù)最小依次為71×10-14m2/s、60×10-14m2/s，較單摻40%礦粉組減少了22.8%、34.8%，并且摻SDⅠ石粉組的氯離子擴(kuò)散系數(shù)高于摻SDⅡ石粉組。

圖5 清水混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)

2.4 外觀質(zhì)量

結(jié)合前文試驗(yàn)數(shù)據(jù)，選用K32M8、K25SDⅡ15組配合比成型試樣，養(yǎng)護(hù)成型后觀察清水混凝土外觀形貌。礦粉復(fù)摻黏度改性材料的拌合物和易性良好，經(jīng)測(cè)試擴(kuò)展度630mm，坍落度330mm，流出倒桶的時(shí)間2d；礦粉復(fù)摻石灰石粉的拌合物和易性也良好，經(jīng)測(cè)試擴(kuò)展度520mm，坍落度220mm，流出倒桶的時(shí)間5s。試驗(yàn)選用水性脫模劑和不銹鋼模板，經(jīng)噴涂、面干后分層澆筑清水混凝土，控制每層澆筑厚度約40cm，以附壁式振搗器為輔，以振動(dòng)棒振搗為主，以表面不再沉降且平坦泛漿為準(zhǔn)二次振搗[14]。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，礦粉復(fù)摻石粉或黏度改性材料的清水混凝土表面光滑、外觀偏亮，無氣泡[15-16]。

3 結(jié) 論

1)對(duì)于礦粉與黏度改性材料復(fù)摻體系，摻8%黏度改性材料組的抗?jié)B性能和抗壓強(qiáng)度最高，28d抗壓強(qiáng)度63.2MPa，較單摻40%礦粉組28d抗壓強(qiáng)度提高了27.4%，56d氯離子擴(kuò)散系數(shù)和電通量為57×10-14m2/s、291C。

2)對(duì)于礦粉與石粉復(fù)摻體系，摻15%石粉組的抗?jié)B性能和抗壓強(qiáng)度最優(yōu)，石粉粒徑越小對(duì)增強(qiáng)混凝土強(qiáng)度的作用越好，摻較小粒徑SDⅡ石粉的28d抗壓強(qiáng)度依次為62.8MPa，較單摻40%礦粉組28d抗壓強(qiáng)度提高了26.6%，56d氯離子擴(kuò)散系數(shù)和電通量為60×10-14m2/sm2/s、382C。

3)對(duì)比礦粉復(fù)摻石粉或黏度改性材料混凝土，結(jié)果顯示礦粉復(fù)摻石粉對(duì)抗?jié)B性和抗壓強(qiáng)度的改善效果不如礦粉復(fù)摻黏度改性材料組，并且黏度改性材料摻量對(duì)清水混凝土性能的影響較小，而石粉摻量對(duì)其性能影響較大。摻石粉或黏度改性材料有利于減少清水混凝土氣泡，提高其外觀質(zhì)量和均質(zhì)性。