破碎骨料堅固性對混凝土性能影響研究

樊 強

(新疆水利水電勘測設計研究院有限責任公司,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,認為骨料的品質(zhì)是影響混凝土抗裂性的重要指標;張桂華等對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性能、抗裂性、抗凍性均優(yōu)于天然骨料混凝土;閆亞楠對4種巖性破碎骨料混凝土進行了抗裂性分析,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;張學認為既使選用表觀密度偏小,吸水率偏大,堅固性超標的砂巖骨料,只要采取現(xiàn)場混凝土配合比優(yōu)化等措施也能保證大壩混凝土的質(zhì)量;吳葵等認為人工骨料堅固性對混凝土氯離子擴散系數(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固性對混凝土性能的影響,結(jié)果表明:拌制的W10F50C40常態(tài)混凝土各項指標均符合耐久性設計要求[1-4]。

然而目前對破碎骨料堅固性方面研究較少,但在施工中時常遇見破碎骨料堅固性超標問題。規(guī)范中規(guī)定的骨料堅固性指標是針對天然骨料提出的,對破碎骨料是否完全適用還有待商榷。文章選用細骨料堅固性值在6%～16%之間,粗骨料堅固性值在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力學性能試驗耐久性能試驗初步分析混凝土性能變化,為破碎骨料在混凝土中的應用提供參考。

1 原材料的選擇

1.1 骨料原巖巖性特征

為不影響檢測結(jié)果對其堅固性指標的真實判斷并減少爭議,現(xiàn)對骨料原巖巖性展開研究。本試驗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,其物理力學性能較火山角礫巖較差。

表1 破碎骨料原巖物理力學性能

1.2 不同堅固性骨料制備

前期試驗結(jié)果表明料場不同區(qū)域巖石制備的破碎骨料堅固性差異較大,采用人工挑選的方法將巖石分為優(yōu)、中、良、差四個等級,按照一定比例混合制備成堅固性不同的骨料并進行試驗,試驗結(jié)果見表2～表4。砂子堅固性在6.3%～15.2%范圍內(nèi),細度模數(shù)在2.81～2.87之間,屬于中粗砂,級配曲線幾乎重合,除了堅固性值超標外其余指標均滿足規(guī)范要求。小石堅固性在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,其余指標也均滿足規(guī)范要求。中石堅固性在10.7%～25.3%范圍內(nèi),除了堅固性值超標外其余指標均滿足規(guī)范要求。破碎骨料堅固性超標的原因主要是由于料場弱蝕變凝灰?guī)r特性所致,細脈較發(fā)育,多裂隙,取芯時易斷裂。

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抗折抗壓強度分別為6.0MPa、29.6MPa,28d抗折抗壓強度分別為8.4MPa、55.2MPa。

粉煤灰選用Ⅰ級F類,含水量為0.1%,細度為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 試驗方法及結(jié)果分析

采用上述原材料按照骨料堅固性不同制備四種C35F300W10普通混凝土,編號為H1～H4,所用骨料搭配見表5。分別進行抗壓試驗、軸向抗拉試驗、抗?jié)B試驗、抗凍試驗、抗硫酸鹽侵蝕試驗及氯離子擴散系數(shù)試驗,對比分析骨料堅固性對混凝土力學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%,適當調(diào)整外加劑的摻量配制混凝土拌合物并測其性能,見表6。由拌合物性能試驗結(jié)果可知,混凝土粗、細骨料的堅固性值在一定范圍內(nèi)變化對其塌落度、含氣量、初終凝時間幾乎沒有影響,均能配制出滿足施工流動性、和易性要求的混凝土。

表6 混凝土拌合物性能

2.2 力學性能

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

圖1 混凝土抗壓強度

隨著骨料堅固性值的增大,混凝土的抗壓強度和抗拉強度沒有呈規(guī)律性的變化。可能因為破碎骨料使用的兩種原巖本身抗壓強度較高均在60MPa以上,配制的C35混凝土28d抗壓強度均達到了42.4MPa配制強度要求,說明骨料的堅固性值不是影響混凝土強度的主要因素。由于骨料在破碎的過程中本身就會產(chǎn)生微裂紋,在堅固性試驗時經(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,從而測得堅固性值較大。但在配制混凝土時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骨料本身的微裂紋,使得堅固性較差的骨料在混凝土中被保護,從而對混凝土強度影響不明顯。

2.3 耐久性能

參照《水工混凝土試驗規(guī)程》和《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》中的試驗方法進行混凝土抗?jié)B、抗凍、氯離子擴散系數(shù)及抗硫酸鹽侵蝕試驗,結(jié)果見表7。由試驗結(jié)果可知:4組混凝土抗?jié)B等級均>W10;抗凍等級均達到F300,經(jīng)過300次凍融循環(huán)試驗后相對動彈模量相當,均>86%,遠超規(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較差,擴散系數(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>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

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

1)骨料堅固性值在試驗范圍內(nèi)波動對混凝土拌合物性能基本沒有影響,流動性、和易性良好。

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

3)4組混凝土的抗?jié)B等級>W10,抗凍等級>F300,抗硫酸等級>KS150,骨料堅固性值不同,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。