水胶比下水泥-矿渣-粉煤灰-硅灰多元混料的强度和渗透效应研究.docx

水胶比下水泥-矿渣-粉煤灰-硅灰多元混料的强度和渗透效应研究 0 混料设计与问题的提出 近年来，随着混凝土技术的快速设计和巨大化，当前混凝土预制量的增加，泵送混凝土得到了长期发展。目前，中国泵送混凝土中的混合成分用量相当大。许多混凝土和工程专家研究了混合材料对混凝土强度和耐久性的影响，但在相同的水平比下，混合材料的强度和耐久性的影响仍不够。 为深入探索同一水胶比下混凝土中水泥-矿渣-粉煤灰-硅灰多元掺合料对强度和耐久性的混料效应,本文通过混料设计,研究了同一水胶比下混凝土水泥、矿渣、粉煤灰和硅灰混料因子对7、28 d抗压强度和28 d电通量的影响。除对试验结果直接分析外,按多元混料回归设计的方法建立了相应的回归方程,通过约束条件下绘制出三角坐标混料等高线图,描述混料因子间的相互影响。通过SEM结果分析三元矿物掺合料对混凝土材料的显微结构的改善。 1 原材料、试验方法和试验设计 1.1 岩石材料和矿渣粉的制备 (1)水泥:选用冀东牌P·O 42.5水泥,其化学成分见表1,性能指标见表2。 (2)细集料:按现行行业标准JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》的相关规定检验,细集料为第二级配区中砂。 (3)石:采用5~25 mm连续级配的苏家屯区康家山花岗岩碎石。 (4)粉煤灰:选用沈海热电厂I级粉煤灰,需水量比为90%,45μm筛筛余量为11.7%,符合国家现行标准GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中I级粉煤灰的技术性能指标要求,如表3。 (5)粒化高炉矿渣粉:选用鞍钢11#炉前水淬渣,颜色呈黄白色,密度2.87 g/cm3,主要矿物成分为钙铝黄长石(2Ca O·Al2O3·Si O2)、镁黄长石(2Ca O·Mg O·2Si O2)、硅酸二钙(2Ca O·Si O2)等矿物。玻璃体含量为95%,质量系数1.2,其主要化学成分见表4。 (6)硅灰:沈阳市建恺特种工程材料有限公司生产,灰白色粉末,平均粒径在0.15μm。其化学成分及细度如表5所示。 (7)减水剂:沈阳市依力达建筑外加剂厂生产的WJF聚羧酸高效减水剂,减水率为30%。 (8)拌合水:满足标准要求的自来水。 1.2 混凝土性能测试 新拌混凝土坍落度控制在120~150 mm。按照国家标准GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能测试方法》测定混凝土7、28 d强度,本试验试块规格为100 mm×100 mm×100 mm。 混凝土渗透性试验采用ASTM C1202直流电量法,对混凝土电通量进行测试。测试仪器为武汉尚品科技公司产LRNY-1型多功能氯离子渗透测量仪,测试试样为养护28 d的准100 mm×50 mm圆柱形混凝土试件。试验设备如图1所示。 1.3 模型的建立和约束 为探索粉煤灰(F)、矿渣(S)和硅灰(SF)掺合料对混凝土强度以及抗氯离子渗透性的影响,确定的考核指标为7、28 d抗压强度和28 d电通量。采用四分量混料设计,约束条件如下: 模型的混料设计谱点见图2。 相应的多项式混料模型为: 根据混料设计谱点,计算的实际配合比见表6。 2 试验结果与分析 2.1 试验结果分析 同一水胶比下各混料因素对7、28 d抗压强度和电通量影响的测试结果见表7。 从表7的试验结果可以看出,单掺硅灰的抗压强度最高,电通量最低,且随着掺量增大,性能更好,但工程中较高的硅灰掺量会增加混凝土的成本。在28 d抗压强度满足设计要求的情况下,粉煤灰掺量和矿渣掺量分别在50%时的电通量和三元掺合料的电通量值也非常好。 2.2 应用回归方程的方差分析 表7的试验结果经统计分析,得到7、28 d抗压强度和28 d电通量的混料数学模型如式(3)~(5)。 式中:R7———混凝土7 d抗压强度,MPa; R28——混凝土28 d抗压强度,MPa; Q——混凝土28 d电通量,C; xc——水泥的混料比率; xs———矿渣的混料比率; xf———粉煤灰的混料比率; xsf———硅灰的混料比率。 回归方程(3)的相关系数r=0.976,方程(4)的相关系数r=0.982,方程(5)的相关系数r=0.999表明3个回归方程相关性非常好。回归方程及交互作用回归系数的方差分析见表8。 由方差分析可知,3个回归方程都是非常显著的,在交互作用因素中,水泥混料比率和矿渣混料比率的交互作用因子(xcxs)对混凝土7 d抗压强度影响显著,矿渣混料比率和粉煤灰混料比率的交互作用因子(xsxf)对混凝土28 d抗压强度的影响非常显著,水泥混料比率和矿渣混料比率(xcxs)、水泥混料比率和硅灰混料比率(xcxsf)、矿渣混料比率和粉煤灰混料比率(xsxf)的交互作用因子对混凝土28 d电通量影响非常显著。回归方程的拟合结果见表9。由表9可知,拟合的精度良好。 2