張貞強(qiáng) 劉國(guó)強(qiáng) 王建林 鄭同鑫 白學(xué)偉 孫玉龍
(1甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院,甘肅 蘭州 730207;2甘肅省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司,甘肅 蘭州 730000;3蘭州新區(qū)圣夏建材有限公司,甘肅 蘭州 730314)
工程建設(shè)中常利用F-CaO、F-MgO、硫鋁酸鹽等的膨脹性能,其在水化過(guò)程中產(chǎn)生體積膨脹,來(lái)補(bǔ)償普通混凝土的收縮,是工程中防止普通混凝土收縮開(kāi)裂的較有效措施[1-3]。蘭州地區(qū)位于甘肅中部,屬于黃土高原西部,這里黃土發(fā)育最好,地層全、厚度大、分布連續(xù)、溝壑縱橫,塬、梁、峁、澗等典型的黃土地貌非常發(fā)育,是全世界地質(zhì)自然災(zāi)害最嚴(yán)重的地區(qū)之一。本課題組多年針對(duì)蘭州地區(qū)土質(zhì)進(jìn)行跟蹤研究,對(duì)土質(zhì)成分特別是土質(zhì)中的硫酸鹽、鎂鹽成分收集了大量的數(shù)據(jù),為課題研究提供了重要的研究基礎(chǔ)。針對(duì)蘭州地區(qū)干、寒、鹽的環(huán)境特點(diǎn)(鈣礬石類膨脹劑無(wú)法使用),本文針對(duì)氧化鎂膨脹劑在此類嚴(yán)酷環(huán)境中的適應(yīng)性問(wèn)題進(jìn)行有益的探索,得到該環(huán)境下氧化鎂膨脹劑對(duì)混凝土物理力學(xué)和抗侵蝕性能的相關(guān)技術(shù)指標(biāo),為解決此類嚴(yán)酷環(huán)境下混凝土的耐久性問(wèn)題提供新的思路。
1)水泥:試驗(yàn)采用甘肅祁連山P·O42.5 普通硅酸鹽水泥為膠凝材料,比表面積320m2/kg,標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量25.5%,安定性合格。
2)骨料:試驗(yàn)用粗骨料為當(dāng)?shù)啬成添耪咎峁┑乃槭畲罅?1.5mm,表觀密度2721kg/m3,現(xiàn)場(chǎng)含水率0.1%。細(xì)骨料為河砂,當(dāng)?shù)啬成添耪咎峁?,含泥?.3%,表觀密度2601kg/m3,現(xiàn)場(chǎng)含水率0.6%。骨料滿足GBT 14685-2011《建設(shè)用碎石卵石》、GBT 14684-2011《建設(shè)用砂》的要求。
3)減水劑:FDN高效減水劑,當(dāng)?shù)啬成添耪咎峁p水劑滿足GB 50119—2013《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》的要求。
4)粉煤灰:當(dāng)?shù)啬成添耪咎峁?,屬Ⅱ?jí)灰。粉煤灰滿足GBT 1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的要求。
5)外加劑:氧化鎂膨脹劑,滿足CBMF19-2017《混凝土用氧化鎂膨脹劑_征求意見(jiàn)稿》的要求。
試驗(yàn)室用基本配合比見(jiàn)表1。其中,氧化鎂膨脹劑的摻量(按照占水泥用量的百分比計(jì)算)設(shè)計(jì)為0、2.5%、5%、7.5%。減水劑的用量為2%,可根據(jù)實(shí)際的工作狀態(tài)作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,拌合物坍落度控制在(180±20)mm,且坍落度經(jīng)時(shí)損失控制在30mm以內(nèi)。
表1 試驗(yàn)室用基本配合比(Kg)
普通混凝土采用JGJ55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》進(jìn)行配合比設(shè)計(jì),同時(shí)展開(kāi)試驗(yàn),抗壓強(qiáng)度試件均為150mm×150mm×150mm立方體[4]。研究氧化鎂膨脹劑在相同摻量條件下,對(duì)不同養(yǎng)護(hù)齡期下普通混凝土力學(xué)性能、膨脹性能的影響;研究氧化鎂膨脹劑在不同摻量條件下,對(duì)相同養(yǎng)護(hù)齡期下普通混凝土的力學(xué)性能、膨脹性能的影響。從而找到氧化鎂膨脹劑的最佳試驗(yàn)室配合比,進(jìn)而通過(guò)合作企業(yè)進(jìn)行試生產(chǎn)。根據(jù)生產(chǎn)反饋的數(shù)據(jù),對(duì)比工廠化生產(chǎn)和試驗(yàn)室不同的工況條件,調(diào)整摻量,最終找到適合企業(yè)生產(chǎn)的最佳摻量。根據(jù)GBT50080-2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的要求測(cè)試坍落度以及經(jīng)時(shí)損失。
試驗(yàn)采用表1中混凝土配合比,經(jīng)拌和成型強(qiáng)度試塊,測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2-表5??v向分析,由表中可以看出,普通混凝土試塊的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)都有所增加,且后期增長(zhǎng)略顯緩慢。氧化鎂膨脹劑在0摻量時(shí),不同養(yǎng)護(hù)齡期的沒(méi)有發(fā)生膨脹變化,而氧化鎂膨脹劑在2.5%、5.0%、7.5%摻量時(shí),普通混凝土試塊都發(fā)生了不同程度的膨脹變化,且在三個(gè)摻量條件下,氧化鎂膨脹劑發(fā)生水化都是在水泥水化之后,即發(fā)生在28d齡期之后。從表中可以看出氧化鎂膨脹劑的膨脹率基本在0.1%~0.2%,對(duì)于普通混凝土試塊這種體積變化可以忽略,可以認(rèn)為氧化鎂膨脹劑的摻入并沒(méi)有對(duì)水泥性能產(chǎn)生重大影響。
表2 不同養(yǎng)護(hù)齡期下氧化鎂0摻量普通混凝土力學(xué)性能、膨脹性能
表3 不同養(yǎng)護(hù)齡期下氧化鎂2.5%摻量普通混凝土力學(xué)性能、膨脹性能
表4 不同養(yǎng)護(hù)齡期下氧化鎂5.0%摻量普通混凝土力學(xué)性能、膨脹性能
表5 不同養(yǎng)護(hù)齡期下氧化鎂7.5%摻量普通混凝土力學(xué)性能、膨脹性能
試驗(yàn)試塊橫向比較,相同養(yǎng)護(hù)齡期條件下,氧化鎂不同摻量的力學(xué)性能及膨脹性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表6-表8。從表可見(jiàn),隨著氧化鎂膨脹劑摻量的增加,普通混凝土試塊抗壓強(qiáng)度均有不同程度的降低,尤其養(yǎng)護(hù)3個(gè)月齡期普通混凝土試塊較基準(zhǔn)試塊強(qiáng)度降低8.3MPa,養(yǎng)護(hù)6個(gè)月齡期普通混凝土試塊較基準(zhǔn)試塊強(qiáng)度降低9.8MPa。普通混凝土的膨脹性能隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)都發(fā)生了體積膨脹,但其膨脹率基本在0.1%~0.2%,不會(huì)對(duì)普通混凝土的性能造成危害。
表6 相同養(yǎng)護(hù)齡期(1個(gè)月)下普通混凝土力學(xué)性能、膨脹性能
表7 相同養(yǎng)護(hù)齡期(3個(gè)月)下普通混凝土力學(xué)性能、膨脹性能
表8 相同養(yǎng)護(hù)齡期(6個(gè)月)下普通混凝土力學(xué)性能、膨脹性能
課題組采用排水法分別測(cè)得氧化鎂膨脹劑在0、2.5%、5%、7.5%四個(gè)摻量條件下,養(yǎng)護(hù)6個(gè)月齡期普通混凝土試塊的吸水率,由此推測(cè)不同摻量普通混凝土試塊的孔隙率,測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表9。從表中可見(jiàn),隨著氧化鎂膨脹劑摻量的增加,普通混凝土試塊的吸水率都有所降低。由此推測(cè),氧化鎂膨脹劑在水泥水化之后發(fā)生了水化反應(yīng),體積膨脹填充了一部分試塊內(nèi)部的孔隙,從而降低了普通混凝土的孔隙率,改善了其孔結(jié)構(gòu),從而提高普通混凝土密實(shí)性,為下一階段項(xiàng)目組進(jìn)行相同濃度不同離子(SO42-、Mg2+)的浸泡試驗(yàn),研究不同養(yǎng)護(hù)齡期下普通混凝土力學(xué)性能、膨脹性能的影響奠定了基礎(chǔ)。
表9 相同養(yǎng)護(hù)齡期(6個(gè)月)下普通混凝土吸水率測(cè)試結(jié)果
1)氧化鎂膨脹劑在相同摻量條件下,不同養(yǎng)護(hù)齡期下普通混凝土試塊的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)都有所增加,且后期增長(zhǎng)略顯緩慢。氧化鎂膨脹劑的膨脹率基本在0.1%~0.2%,對(duì)于普通混凝土試塊這種體積變化可以忽略,可以認(rèn)為氧化鎂膨脹劑的摻入并沒(méi)有對(duì)水泥性能產(chǎn)生重大影響。
2)氧化鎂膨脹劑在不同摻量條件下,在相同養(yǎng)護(hù)齡期下,摻加氧化鎂膨脹劑的普通混凝土試塊的吸水率,隨著氧化鎂摻量的增加,都有所降低。
3)通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比,與本課題提出的摻加氧化鎂膨脹劑可以降低普通混凝土的孔隙率,改善孔結(jié)構(gòu),提高其密實(shí)度恰好相符。