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珊瑚砂大体积混凝土的配制及应用研究

2018-05-31余以明刘松吴柯徐文冰高凡

新型建筑材料 2018年3期
关键词:耐蚀砂率水胶

余以明 ,刘松 ,吴柯 ,徐文冰 ,高凡

(1.中交武汉港湾工程设计研究院有限公司,湖北 武汉 430040;2.海工结构新材料及维护加固技术湖北省重点实验室,湖北 武汉 430040)

海洋工程拌制混凝土所需的原材料匮乏,混凝土原材料均从内陆海运至工程所在地,不仅运输成本高、耗工、耗时,而且影响工程的快速建设[1]。鉴于此,本着就近取材的原则,选用工程所在地的珊瑚砂来代替全部的河砂拌制混凝土[2-3]。一方面,可节约工程成本,节约资源,绿色环保[4];另一方面,为后期大规模推广珊瑚砂混凝土的应用积累经验、提供借鉴。因此,珊瑚砂混凝土的应用具有较好的时效性及经济和社会效益。

1 试验

1.1 原材料

(1)水泥:华润红水河 P·O.42.5 水泥,密度 3.10 g/cm3,初、终凝时间分别为161、335 min,比表面积341 m2/kg,28 d抗折、抗压强度分别为7.8、47.3 MPa。

(2)粉煤灰:Ⅱ级,钦州港永佳环保有限公司。

(3)GHPC耐蚀剂:山西吕梁广厦特种建材有限公司,作为胶凝材料使用,密度29 g/cm3、初、终凝时间分别为45、356 min,水中7 d、28 d限制膨胀率分别为0.025%、0.07%。

(4)粗集料:5~20 mm连续级配碎石。

(5)外加剂:四川路加VF-2聚羧酸高性能减水剂,减水率20%,含固量11%。

(6)拌合水:淡化海水,符合JGJ 63—2006《混凝土用水标准》要求。

(7)细集料:0~4.75 mm珊瑚砂、0~4.75 mm广西北海河砂。珊瑚砂的基本物理性能指标见表1,筛分结果见表2。

表1 珊瑚砂的基本物理性能

表2 珊瑚砂级配及细度模数

从表2可以看出,珊瑚砂细度模数为2.10,颗粒较细,属于细砂的范畴,级配曲线大多数不在GB/T 14684—2011规定的范围内,级配不良。筛分后观察各级珊瑚砂的形貌,其中4.75 mm级珊瑚砂为多孔、形状不规则的珊瑚碎体,0.3~2.36 mm级珊瑚砂多为扁平的贝壳碎屑,0.075~0.15 mm级珊瑚砂细颗粒较多,为粉状物[5]。

1.2 配合比及试验方法

(1)珊瑚砂大体积混凝土结构的设计强度为C30,其配合比按照JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》的设计原则及GB 50496—2009《大体积混凝土施工规范》的要求,确定水胶比≤0.55、砂率为38%~42%、坍落度控制在140~160 mm、掺15%的Ⅱ级粉煤灰。大体积混凝土的拌制原则:选用粒型、级配良好的粗细骨料,降低混凝土浆体率;使用性能优良的高效减水剂,降低拌和水用量,降低胶凝材料用量。

由于珊瑚砂的形状不规则,多孔、扁平、粉状的颗粒较多,吸水率较大,能吸附大量的水及部分外加剂导致用水量增加,不利于大体积混凝土的配制,故确定外加剂用量占胶凝材料总量的1.5%以上;为提高该大体积混凝土的耐久性,按设计要求掺入一定量的耐蚀剂。在前期试验时提出了基准配合比(0#配比),在基准配合比的基础上开展不同砂率、水胶比、外加剂用量、耐蚀剂用量的试验来优化珊瑚砂混凝土配合比,试验配合比见表3。

(2)珊瑚砂混凝土的拌合性能及基本物理力学性能按JTJ 270—98《水运工程混凝土试验规程》进行测试。

表3 珊瑚砂大体积混凝土的试验配合比 kg/m3

2 试验结果与分析

2.1 不同龄期混凝土抗压强度发展规律

按 m(水泥)∶m(河砂)∶m(粗集料)∶m(淡化海水)∶m(减水剂)=420∶724∶1090∶160∶6.3制备普通混凝土,与 0#配比珊瑚砂混凝土进行对比,研究2种混凝土强度随龄期的变化,结果见表4。

表4 珊瑚砂混凝土与普通混凝土强度发展规律

由表4可见,珊瑚砂混凝土与普通混凝土抗压强度均随着龄期的延长而不断提高,但珊瑚砂混凝土抗压强度的增长速率逐渐降低,养护7 d以后其强度增长缓慢[6],7 d抗压强度可达其28 d抗压强度的83.6%,普通混凝土7 d抗压强度达其28 d抗压强度的75.4%。珊瑚砂混凝土各龄期抗压强度均低于普通混凝土。

2.2 耐蚀剂掺量对珊瑚砂混凝土性能的影响

经过多次试拌发现,耐蚀剂吸水率较大,掺入耐蚀剂后若不提高减水剂用量,则需要掺入大量的拌合用水,用水量过高不仅降低珊瑚砂混凝土的强度,还会增加大体积混凝土的开裂风险。耐蚀剂掺量对珊瑚砂混凝土抗压强度的影响见表5。

表5 耐蚀剂掺量对珊瑚砂混凝土抗压强度的影响

由表5可知,掺入一定量的耐蚀剂以后,珊瑚砂混凝土的7 d、28 d抗压强度显著提高,但当耐蚀剂的掺量超过5%后,强度增长明显减缓;当耐蚀剂掺量达到胶凝材料总量的10%时,不改变其它材料用量则减水剂用量需提高到3%,这样拌制出来的混凝土不仅黏度过大、易泌水且极不经济。因此,珊瑚砂混凝土中耐蚀剂的掺量确定为5%。

2.3 砂率对珊瑚砂混凝土工作性及抗压强度的影响

在其它材料用量不变的情况下,改变珊瑚砂混凝土的用砂量及用水量,研究砂率对珊瑚砂混凝土工作性及抗压强度的影响,结果见表6。

表6 砂率对珊瑚砂混凝土工作性及抗压强度的影响

由表6可知,当珊瑚砂混凝土中砂率低于35%时,其浆体量较少,混凝土的包裹性较差,试拌混凝土时出现了离析泌水现象;增大砂率,混凝土的工作性变好,但其强度有所降低,原因在于珊瑚砂本身吸水量较大,砂率增大时其用水量增大,导致混凝土抗压强度降低;当砂率为38%时,浆体量适中,混凝土的包裹性好,满足大体积混凝土的拌制原则。

2.4 水胶比对珊瑚砂混凝土工作性及抗压强度的影响(见表7)

表7 水胶比对珊瑚砂混凝土工作性及抗压强度的影响

由表7可见,随着水胶比增大,混凝土的坍落度变大,工作性变好,但其抗压强度有所下降。水胶比为0.50时,不仅满足皮带机浇筑的施工要求,用水量和抗压强度适中,满足大体积混凝土的拌制要求。

通过上述试验,选用0.50水胶比、38%砂率、减水剂掺量2%、掺5%耐蚀剂及15%粉煤灰的优化配合比(见表8),按此配比配制的珊瑚砂混凝土工作性能优良,坍落度为150 mm;力学性能较好,28d抗压强度可达48.3MPa;抗离子渗透性较好,28 d电通量为987 C,满足海工大体积混凝土的施工要求。

表8 珊瑚砂大体积混凝土的优化配合比 kg/m3

3 试验段应用情况

采用皮带机工艺浇筑珊瑚砂大体积混凝土结构试验段,浇筑时珊瑚砂混凝土的坍落度控制在(140±20)mm,现场施工性能良好,无泌水离析现象,匀质性良好。试验段脱模后外观质量良好,无砂线、蜂窝和麻面。拆模后,采用土工布覆盖,定期洒水养护,3个多月后观察该珊瑚砂大体积混凝土结构,未发现肉眼可见裂纹,表明其体积稳定性较好。

4 结论

(1)珊瑚砂混凝土的抗压强度随着龄期的延长而不断提高,但其增长速率逐渐降低,早期强度增长较快,后期强度增长缓慢,7 d抗压强度达其28 d抗压强度的83.6%。

(2)耐蚀剂的吸水率较大,掺入耐蚀剂后若不提高减水剂掺量,则需掺入大量的拌合用水,提高外加剂掺量后,掺一定量耐蚀剂,珊瑚砂混凝土的抗压强度显著提高,但当耐蚀剂掺量超5%时,抗压强度增长明显减缓,故耐蚀剂的最佳掺量为5%。

(3)珊瑚砂混凝土砂率低于35%时其工作性不良,增大砂率后混凝土工作性变好,但其强度有所降低,砂率为38%时,浆体量适中,混凝土的包裹性好,满足大体积混凝土的拌制要求。

(4)随着水胶比增大,珊瑚砂混凝土的流动性增加,工作性较好,但其抗压强度会有所下降。选用0.50的水胶比不仅满足皮带机浇筑的施工要求,而且用水量和抗压强度适中,满足大体积混凝土的拌制要求。

(5)通过配合比的优化设计,选用0.5的水胶比、38%的砂率、减水剂掺量2%、掺5%耐蚀剂及15%粉煤灰配制的珊瑚砂混凝土的工作性能优良,坍落度为150 mm;力学性能较好,28 d抗压强度为48.3 MPa;抗离子渗透性较好,28 d电通量为987 C,可满足海工大体积混凝土的施工要求。

[1] 陈兆林,孙国峰,唐筱宁,等.岛礁工程海水拌养珊瑚礁、砂混凝土修补与应用研究[J].海岸工程,2008,27(4):60-69.

[2] 陈飞翔,张国志,丁沙,等.珊瑚砂混凝土性能试验研究[J].混凝土与水泥制品,2006(7):16-21.

[3] 丁沙,张国志,陈飞翔,等.珊瑚砂混凝土配制技术研究[J].建材世界,2016,37(2):15-20.

[4] 李刊.碎卵石配制高性能混凝土试验研究[D].兰州:兰州交通大学,2012.

[5] 紫民,刘旷怡,刘松,等.珊瑚礁砂细骨料基本性能研究[J].建材世界,2015,36(5):11-14.

[6] 王磊,赵艳林,吕海波.珊瑚骨料混凝土的基础性能及研究应用前景[J].混凝土,2012(2):99-101.

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