破碎骨料堅(jiān)固性對(duì)混凝土性能影響研究

樊 強(qiáng)

(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,烏魯木齊 830000)

0 引 言

混凝土一般是由砂子、石子、水泥和水按.照一定比例拌合而成,砂、石起骨架作用,稱為骨料,對(duì)混凝土的性能有重要影響。許多科研工作者在混凝土骨料方面做了大量的研究:黃國興從水工混凝土抗裂性的角度出發(fā)分析材料抗裂性和結(jié)構(gòu)抗裂性,認(rèn)為骨料的品質(zhì)是影響混凝土抗裂性的重要指標(biāo);張桂華等對(duì)比分析天然和人工骨料混凝土的性能得出,人工骨料混凝土的力學(xué)性能、抗裂性、抗凍性均優(yōu)于天然骨料混凝土;閆亞楠對(duì)4種巖性破碎骨料混凝土進(jìn)行了抗裂性分析,得出正長巖混凝土抗裂性最好,大理巖和砂巖混凝土次之,玄武巖混凝土抗裂性最差;張學(xué)認(rèn)為既使選用表觀密度偏小,吸水率偏大,堅(jiān)固性超標(biāo)的砂巖骨料,只要采取現(xiàn)場(chǎng)混凝土配合比優(yōu)化等措施也能保證大壩混凝土的質(zhì)量;吳葵等認(rèn)為人工骨料堅(jiān)固性對(duì)混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)、抗凍性有一定影響;代玉華探討了不摻加特殊外加劑情況下人工骨料堅(jiān)固性對(duì)混凝土性能的影響,結(jié)果表明:拌制的W10F50C40常態(tài)混凝土各項(xiàng)指標(biāo)均符合耐久性設(shè)計(jì)要求[1-4]。

然而目前對(duì)破碎骨料堅(jiān)固性方面研究較少,但在施工中時(shí)常遇見破碎骨料堅(jiān)固性超標(biāo)問題。規(guī)范中規(guī)定的骨料堅(jiān)固性指標(biāo)是針對(duì)天然骨料提出的,對(duì)破碎骨料是否完全適用還有待商榷。文章選用細(xì)骨料堅(jiān)固性值在6%～16%之間,粗骨料堅(jiān)固性值在7%～26%之間的破碎骨料配制4組混凝土,通過混凝土拌合物性能試驗(yàn)力學(xué)性能試驗(yàn)?zāi)途眯阅茉囼?yàn)初步分析混凝土性能變化,為破碎骨料在混凝土中的應(yīng)用提供參考。

1 原材料的選擇

1.1 骨料原巖巖性特征

為不影響檢測(cè)結(jié)果對(duì)其堅(jiān)固性指標(biāo)的真實(shí)判斷并減少爭(zhēng)議,現(xiàn)對(duì)骨料原巖巖性展開研究。本試驗(yàn)所用破碎骨料的原巖巖性主要有兩種,一種是弱蝕變凝灰?guī)r另一種是火山角礫巖,兩種巖石的物理力學(xué)性能見表1。弱蝕變凝灰?guī)r呈灰色,角礫凝灰結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,主要由巖屑、晶屑以及少量玻屑等組成,巖石中見多條方解石脈體斷續(xù)分布,其物理力學(xué)性能較火山角礫巖較差。

表1 破碎骨料原巖物理力學(xué)性能

1.2 不同堅(jiān)固性骨料制備

前期試驗(yàn)結(jié)果表明料場(chǎng)不同區(qū)域巖石制備的破碎骨料堅(jiān)固性差異較大,采用人工挑選的方法將巖石分為優(yōu)、中、良、差四個(gè)等級(jí),按照一定比例混合制備成堅(jiān)固性不同的骨料并進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見表2～表4。砂子堅(jiān)固性在6.3%～15.2%范圍內(nèi),細(xì)度模數(shù)在2.81～2.87之間,屬于中粗砂,級(jí)配曲線幾乎重合,除了堅(jiān)固性值超標(biāo)外其余指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。小石堅(jiān)固性在7.7%～19.3%范圍內(nèi),超出規(guī)范≤5(有抗凍要求)的要求,吸水率在1.19～1.34之間,偏大但滿足規(guī)范≤1.5的要求,其余指標(biāo)也均滿足規(guī)范要求。中石堅(jiān)固性在10.7%～25.3%范圍內(nèi),除了堅(jiān)固性值超標(biāo)外其余指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。破碎骨料堅(jiān)固性超標(biāo)的原因主要是由于料場(chǎng)弱蝕變凝灰?guī)r特性所致,細(xì)脈較發(fā)育,多裂隙,取芯時(shí)易斷裂。

表2 砂子品質(zhì)結(jié)果

表3 小石品質(zhì)結(jié)果

表4 中石品質(zhì)結(jié)果

1.3 其他原材料

水泥選用中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥P·MSR42.5,比表面積為365m2/kg,3d抗折抗壓強(qiáng)度分別為6.0MPa、29.6MPa,28d抗折抗壓強(qiáng)度分別為8.4MPa、55.2MPa。

粉煤灰選用Ⅰ級(jí)F類,含水量為0.1%,細(xì)度為8%,需水量比為89%。

外加劑選用聚羧酸高性能減水劑和引氣劑。

2 試驗(yàn)方法及結(jié)果分析

采用上述原材料按照骨料堅(jiān)固性不同制備四種C35F300W10普通混凝土,編號(hào)為H1～H4,所用骨料搭配見表5。分別進(jìn)行抗壓試驗(yàn)、軸向抗拉試驗(yàn)、抗?jié)B試驗(yàn)、抗凍試驗(yàn)、抗硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)及氯離子擴(kuò)散系數(shù)試驗(yàn),對(duì)比分析骨料堅(jiān)固性對(duì)混凝土力學(xué)性能和耐久性能的影響。

表5 混凝土骨料搭配表

2.1 拌合物性能

采用水膠比為0.4,砂率為45%,粉煤灰摻量為25%,適當(dāng)調(diào)整外加劑的摻量配制混凝土拌合物并測(cè)其性能,見表6。由拌合物性能試驗(yàn)結(jié)果可知,混凝土粗、細(xì)骨料的堅(jiān)固性值在一定范圍內(nèi)變化對(duì)其塌落度、含氣量、初終凝時(shí)間幾乎沒有影響,均能配制出滿足施工流動(dòng)性、和易性要求的混凝土。

表6 混凝土拌合物性能

2.2 力學(xué)性能

采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)并按照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》中的方法進(jìn)行抗壓試驗(yàn)、軸向抗拉試驗(yàn),結(jié)果如圖1、圖2所示?？芍?4組混凝土28d抗壓強(qiáng)度在43.8MPa～51.0MPa范圍內(nèi),H1的抗壓強(qiáng)度最大為51.0MPa,其余三組相當(dāng)且都>C35混凝土的配制強(qiáng)度42.4MPa。28d軸向抗拉強(qiáng)度在3.17MPa～3.64MPa范圍內(nèi),H2的軸向抗拉強(qiáng)度最大為3.64MPa,H3和H4的軸向抗拉強(qiáng)度幾乎相同。

圖1 混凝土抗壓強(qiáng)度

隨著骨料堅(jiān)固性值的增大,混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度沒有呈規(guī)律性的變化?？赡芤?yàn)槠扑楣橇鲜褂玫膬煞N原巖本身抗壓強(qiáng)度較高均在60MPa以上,配制的C35混凝土28d抗壓強(qiáng)度均達(dá)到了42.4MPa配制強(qiáng)度要求,說明骨料的堅(jiān)固性值不是影響混凝土強(qiáng)度的主要因素。由于骨料在破碎的過程中本身就會(huì)產(chǎn)生微裂紋,在堅(jiān)固性試驗(yàn)時(shí)經(jīng)受硫酸鈉浸泡以及冷熱交替循環(huán)的過程可能使骨料破碎,從而測(cè)得堅(jiān)固性值較大。但在配制混凝土?xí)r骨料表面被水泥漿包裹形成一層水泥漿膜很好的填充和保護(hù)骨料本身的微裂紋,使得堅(jiān)固性較差的骨料在混凝土中被保護(hù),從而對(duì)混凝土強(qiáng)度影響不明顯。

2.3 耐久性能

參照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》和《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中的試驗(yàn)方法進(jìn)行混凝土抗?jié)B、抗凍、氯離子擴(kuò)散系數(shù)及抗硫酸鹽侵蝕試驗(yàn),結(jié)果見表7。由試驗(yàn)結(jié)果可知:4組混凝土抗?jié)B等級(jí)均>W10;抗凍等級(jí)均達(dá)到F300,經(jīng)過300次凍融循環(huán)試驗(yàn)后相對(duì)動(dòng)彈模量相當(dāng),均>86%,遠(yuǎn)超規(guī)范60%的要求,具有良好的抗凍性能;4組混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)在3.20×10-12m2/s～5.62×10-12m2/s之間,H1、H4混凝土的抗氯離子滲透性能相對(duì)較差,擴(kuò)散系數(shù)是H2混凝土的1.7倍之多;經(jīng)過150次硫酸鹽侵蝕循環(huán)后,4組混凝土的耐蝕系數(shù)均>80%,滿足規(guī)范75%的要求,抗硫酸等級(jí)>KS150,具有良好的抗硫酸鹽侵蝕能力。

表7 混凝土耐久性能

3 結(jié) 論

通過對(duì)同一料場(chǎng)選取原巖加工、破碎、摻和得到堅(jiān)固性值不同的骨料,經(jīng)品質(zhì)檢測(cè),除了堅(jiān)固性值以外其余各項(xiàng)指標(biāo)相當(dāng),具備一定的可比性。在試驗(yàn)范圍內(nèi),可以得到如下結(jié)論:

1)骨料堅(jiān)固性值在試驗(yàn)范圍內(nèi)波動(dòng)對(duì)混凝土拌合物性能基本沒有影響,流動(dòng)性、和易性良好。

2)4組骨料均能配制出C35 的混凝土,28d抗壓強(qiáng)度在43.8MPa～51.0MPa之間,抗拉強(qiáng)度在3.17MPa～3.64MPa之間。隨著骨料堅(jiān)固性值增加,混凝土的力學(xué)性能沒有規(guī)律性變化。

3)4組混凝土的抗?jié)B等級(jí)>W10,抗凍等級(jí)>F300,抗硫酸等級(jí)>KS150,骨料堅(jiān)固性值不同,混凝土抗氯離子侵蝕性能變化較大,但都能滿足耐久性能要求。