磁铁矿混凝土早期收缩试验研究.pdf

武军录等： 磁铁矿混凝土早期收缩试验研究 3 磁铁 矿混凝土早期收缩试验研 究 武军录 ， 张津践 ( 浙江大 学建筑工程学院 ． 杭州3 1 0 0 5 8) 【 摘要】 在同比例配合比的情况下， 研究了普通混凝土和磁铁矿混凝土早期收缩， 以及聚羧酸减水剂的掺 人对普通混凝土和磁铁矿混凝土早期收缩的影响。研究结果表明， 不掺减水剂时磁铁矿混凝土由于水泥掺量较 大， 早期收缩略大于普通混凝土的早期收缩； 掺加了减水剂后普通混凝土由于其内部毛细管产生了更大的压力而 引起更大的收缩， 而磁铁矿混凝土由于骨料的化学反应先产生膨胀后产生收缩。 【 关键词】 磁铁矿混凝土； 早期收缩； 聚羧酸减水剂 【 中图分类号】 T U 5 2 8 ． 3 5 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 — 6 8 6 4 ( 2 0 1 1 ) 0 9 — 0 0 0 3 — 0 3 磁铁矿的化学成分为 F e O ， 是 F e O ， 和 F e O的复 合物， 呈黑灰色， 比重 4 ． 8—5 ． 3 ， 经过长期风化作用后 会变成赤铁矿， 用磁铁矿配制的重混凝土的表观密度 一 般为 3 2 0 0～ 3 8 0 0 k g ／ m ， 是配制防 x射线、 射线混 凝土的良好骨料 。目前国内外对重混凝土的早期 收缩研究较少， 前苏联 A ． E ．捷索夫研究得出各种混 凝土在干燥的大气 中放置 2 4 h中的收缩量 ， 其中磁 铁矿混凝 土的收缩 量为 5 0 01 0‘ 。’ 一6 0 01 0 一m ／ m， 而普通混凝土 收缩 量为 4 0 01 0 ‘ ’ ～ 5 0 01 0 一m ／ m， 略小于前者。减水剂是混凝土的第五组分 ， 它对混凝 土的早期收缩产生了影响。本文在同比例配合比条 件下 ， 研究了磁铁矿混凝土和普 通混凝 土的早期收 缩 ， 以及聚羧酸减水剂的掺入对磁铁矿混凝土和普通 混凝土早期 收缩 的影响 。 以前 国内外 对混凝 土的早期 收缩定 义很多 ， E H o t 和 M L e i v o 把混凝土从浇筑开始后的2 4 d作为早期 ， 这一时期的混凝土处在凝结硬化当中； 浙江大学钱 晓 倩教授研究发现 ， 随着水泥水化 ， 混凝土的干燥收 缩和自收缩在初凝后发展最快， 3 d以内发展较快 ， 之 后趋缓； G B ／ T 5 0 0 8 2—2 0 0 9 《 普通混凝土长期性能和 耐久性能试验方法标准》 中的早期收缩值则指混凝土 参考文献 [ 1 ] 亚当 内维尔． 纤维增强水泥与混凝土[ M] ． 北京： 中国建筑 工业出版社 ， 1 9 7 5 ． [ 2 ] 李晓民． 耐碱玻璃纤维道路混凝土的耐腐蚀性研究[ D ] ．哈 尔滨 ： 哈尔滨 工业 大学 。 2 o 0 3 ： 2 1 —2 2 ． [ 3 ] P P u m d l ， N R S h o r t ， C L P a g e ， A J M a j u m d a L M i c r o s t r u c t u r a l o b — s e r v a t i o n s i n n e w m a rx g l a s s fi b r e r e i n f o r c e d c e m e n t [ J ] ． C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 0， ( 3 0 ) ： 1 7 4 7一l 7 5 3 ． [ 4 ] Y u w a r a j M G h u g a l 。 S a n t o s h B D e s h m u k h ． P e rf o r m a n c e o f a l k a l i — r e s i s t a n t gl a s s fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e [ J ] ． J o u r n al o f R e i n f o r c e d P 1 a s t i c s a n d C o m p o s i t e s ， 2 0 0 6． 2 5 ( 6) ： 6 1 7—6 3 0 ． 初凝至 3 d龄期测试得到的收缩值。本文研究的早期 收缩即是从混凝土初凝开始至龄期 3 d的收缩值。 1 原 材料 水泥 ： P O 4 2 ． 5普通硅酸盐水泥， 杭州美亚水泥 厂生产 。 磁铁矿细骨料 ： 安徽铜陵产磁铁矿砂 ， 细度模数 3 ． 1 ， 粗砂， 表观密度 4 0 1 0 k g ／ m ， 磁铁矿细骨料及级配 曲线见图 l ； 磁铁矿细骨料化学成分 主要为 F e+ 3 0 ( O H) 、 F e S 和 S i O 2 。 磁铁 矿粗 骨料： 安徽 铜 陵产磁 铁矿 碎石 ， 5～ 3 1 ． 5 m m连续 粒级， 堆 积密度 2 4 2 0 k g ／ m ， 表观密 度 4t 2 0k g ／ m 。 普通 细 骨 料： 河 砂， 细 度模 数 2 ． 8 ， 表 观 密 度 2 58 0k g ／ m 。 普通粗骨料： 石灰岩碎石， 最大粒径 3 1 ． 5 m m， 表 观 密 度 2 6 3 0 k g ／ m ； 普 通 粗 骨 料 化 学 成 分 主 要 C a 2 C O 3 等。 减水剂 ： Z WL—P C (I ) 型绿色聚羧酸高性能减水 剂， 减水率 2 0 ％， 推荐掺量为胶凝材料用量的0 ． 6 ％， 生产厂家为浙江五龙化工股份有限公司。 2 试 验方法 [ 5 ] 邓宗才 ．高性能合成纤维混凝土 [ M] ．北京： 科学 出版 社 ， 2 0 0 3 ． [ 6 ] 唐朝生， 施斌 ， 王宝军 ．基于 S E M土体微观结构研究中的影 响因素分析[ J ] ． 岩土工程学报， 2 0 0 8 ， ( 4 ) ： 5 6 0 — 5 6 5 ． 1 7 ] P u me l l a P， S h o r t N R。 P a g e C L P r e l i mi n a r y i n v e s t i g a t i o n s of t h e d i me n s i o n a l s t a b i l i t y o f S u p e r - c r i t i c a l l y c a r b o n a t e d g l a s s fi b e r r e i n f o r c e d c e m e n t [ J ] ． C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 2 ， ( 1 0 ) ． [ 收稿日期] 2 0 1 I 一 0 6— 2 4 [ 作者简介] 赵品( 1 9 6 4一) ， 女 ， 黑龙江齐齐哈尔人， 博士 教授 ， 主要从事 土术工程材料教学及科研工作 。 4 低温建筑技术 2 0 1 1年第 9期 ( 总第 1 5 9期 ) 薄 按 ： 礞 ／ ／ ／ 。 ／／ ’瓮 -曲 ， ／ ／／， ， ／ ／ 筛孔尺寸／ ram 图1 磁铁矿细骨料及级配曲线 2 ． 1 试验仪器 C A B R—N E S型非接触式混凝土收缩变形测定仪 是中国建筑科学研究院和博远科技开发有限公 司依 据 G B ／ T 5 0 0 8 2— 2 0 0 9 (( 普通混凝土长期性能和耐久性 能试验方法标准》 联合研制的非接触式混凝土收缩变 形测定仪， 其适用于测定自成型后任意时段的自由收 缩变形， 量程 2 ． 0 m m， 精度不劣于5 ． 0 m。 2 ． 2 试验方法 混凝土早期收缩测试装置由混凝土试模、 位移传 感器和记录系统三大部分组成。为减少试模对混凝 土收缩的约束作用， 在试模内底和四周各衬一块 3 m m 厚的聚四氟乙烯板， 并粘贴一层塑料薄膜。成型后混 凝土试模放在温度2 0土1 ℃、 相对湿度为( 6 0 5 ) ％的 环境养护， 初凝前抽去四周的聚四氟乙烯板， 使混凝 土试件与模壁 脱离 ， 混凝 土初凝时开始测试至龄期 3 d 。每组成型 3 个试件， 凝结时间按照 G B ／ T 5 0 0 8 0— 2 0 0 2 ( ( 普通混凝土拌合物性能试验方法标准》 方法进 行。试验中试模上表面一直敞开。 3试验研究 3 ． 1 磁铁矿混凝土配合比设计 ( 1 ) 水灰比： 对于富磁铁矿混凝土( 水泥浆： 骨 料 >1 ： 8 ) ， 其水灰比按下式计算： =0 ． 4 5 厂 k ( c ／ 形 一0 ． 6 ) 式中 为混凝土强度等级 ， l ~l P a 为水泥标号 ， M P a ； C ／ I V为灰水 比。 ( 2 ) 用水量： 磁铁矿混凝土粗骨料密度较大 ， 为 了避免产生分层离析现象 ， 采用坍落度 1 0～3 0 m m的 低流动性拌和物。 用水量根据资料⋯选用2 3 0 k g ／ m 。 ( 3 ) 水泥用量 ： 按 C o= ， ／ ( W ／ C )求得 。 ( 4 ) 骨料用量 ： 按规定的混凝土表观密度计算 骨料用量 ， 每立方米混凝 土粗细骨料用 量按 下式计算 ： S 0+G 0=’ ， 一 r0一C 0 式 中， 为细骨料用 量 ， k g ； G 。 为粗骨 料用 量 ， k g ； 。 为混凝土规定 的表观密度 ， k g ／ m ； W o为用水量， k g ； C o 为水泥用量 ， k g 。 ( 5 ) 砂率： 先按△ G=( 1一y ／ p )X 1 0 0 ％计算 骨料的空隙率 ， 然后计算砂率： ．s P=K △ G‘ y s ／ ( y +△ G‘ y s ) 式中， ．s 为砂率 ， ％； 为拔开系数 ， 取 1 ． 1—1 ． 3 ； 为砂子堆积密度； 7 为石子堆积密度 为石子表 观密度 。 ( 6 ) 粗细骨料用量： 细骨料S 。=( S o + ) S ； 粗骨料 G o=( S 。+G 0 )一S 。 。 ( 7 ) 配合比： 采用以上粗细骨料， P 0 4 2 ． 5普 通水泥配制强度等级 C 3 0 、 表观密度 3 2 0 0 k g ／ m 的重 混凝土。同时配制相同比例的普通混凝土( 表观密度 2 4 0 0 k g ／ m ) 。 配合比及坍落度见表 1 ， Z表示磁铁矿混凝土， P 表示普通混凝土， J 表示掺加了减水剂。 表 1 混凝土配合比及坍落度 3 ． 2 试验结果及分析 3 ． 2 ． 1 不掺减水剂 时 ， 磁 铁矿 混凝 土 和普通 混 凝土 的早期收缩对比 1 2 0 言8 0 4 o O 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 时问， l I 图2 磁铁矿混凝土和普通混凝土的早期收缩 从图2可以看出， 磁铁矿混凝土和普通混凝土在 此阶段都呈收缩状态 ， 但差异不甚明显， 磁铁矿混凝 土的收缩略大于普通混凝土的收缩。从绝对值上看 ， 7 2 h时磁铁矿混凝土的收缩值为 1 2 4 X 1 0 一 m ／ m， 普通 混凝土的收缩值为 1 0 8 1 0 一m ／ m， 磁铁矿混凝土的收 武军录等 ： 磁铁矿混凝土早期收缩试验研究 5 缩仅比普通混凝土的收缩大 1 5 ％。在此阶段 ， 外界环 境温度变化很小， 水灰 比为 0 ． 4 6 ， 收缩可以认 为是化 学收缩和干燥收缩之和。化学收缩是水泥熟料与水 发生化学反应， 使固相体积逐渐增加而水泥 一 水体系 的绝对体积较小导致 ， 所有的胶凝材料水化以后都有 这种减缩作用。水泥水化反应 的主要产物是 c—s— H( 水化硅酸钙) 凝胶 ， 其体积小于水泥与水的体积之 和， 大部分硅酸盐水泥浆体完全水化后 ， 理论上体积 减缩为 7 ％ 一 9 ％， 而化学收缩和水泥用量有关， 水泥 用量越大， 混凝土的收缩越大 。干燥收缩也和水泥 用量有关 ， 在原材料一致的情况下 ， 水泥用量较多， 单 方用 水量 少 ， 水 胶 比低 ， 由毛细管 压力 引起 的表 面颗 粒之间的毛细管压力就越大， 更易出现塑性收缩。磁 铁矿混凝土中水泥用量大于普通混凝土的用量， 所以 早期收缩略大 。 3 ． 2 ． 2 掺加减水剂后 ， 磁铁矿混凝土和普通混凝土 的早期收缩对 比 0 l O 2 O 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 时间， h 图3 磁铁矿混凝土和普通混凝土的早期收缩 从图2 ， 图 3看出， 减水剂的掺入对普通混凝土和 磁铁矿混凝土的早期收缩影响不同。 对 于普 通混凝 土 ， 掺 加减水 剂后 早期 收缩大 大增 加， 前 4 h 增幅较快 ， 而后变缓 ， 从绝对值上看， 4 h时的 收缩值为 1 4 7 X 1 0 ～m ／ m， 远大于不掺减水剂时的收缩 值 1 41 0 一 m ／ m， 7 2 h时的收缩值为 3 1 71 0 ～m ／ m， 比不掺减水剂时收缩值 1 0 81 0 m ／ m大近两倍。减 水剂的减水作用是通过吸附来实现的 ， 减水剂吸附 于水泥颗粒表面， 改变了水泥 一水体系固液界面的性 质( 比如降低水泥和水之间的固液界面能、 改变水泥 颗粒表面的电荷分布 、 改变水泥颗粒之间的空间位阻 力等) ， 分散水泥颗粒 以及在水中的分散状态， 并改变 水化产物的形态， 从而改善混凝土性能。对于普通混 凝 士 ， 主要是 改 变 了混凝 土 的连通 孔道 ， 使得 失 水率 加快 ， 进而在毛细管产生了更大的压力 ， 引起 了更大 的收缩 引。 而掺入减水剂后磁铁矿混凝土先短暂收缩后持 续膨胀 ， 在 2 9 h时达到最大膨胀值8 21 0 ～ m ／ m， 然后 再收缩， 7 2 h时仍为膨胀状态， 膨胀值为 l 11 0 ～ m ／ m， 这是由于骨料参与了某 种化学反应， 生成了新物 质 ， 出现体积膨胀现象。在来掺入减水剂时， 虽然骨 料也参与了化学反应 ， 但水泥的水化占主要部分， 体 现为混凝土收缩， 掺人减水剂后， 这种化学反应 占主 导地位， 体现为混凝土膨胀 ， 随着时间的推移 ， 骨料的 化学反应速度减慢 ， 混凝土又体现为收缩。 4结语 ( 1 ) 不掺减水剂时， 水泥水化 占主要部分， 骨料 化学反应速度很慢 ， 混凝 土体现为收缩， 所以磁铁矿 混凝土和普通} 昆 凝土的早期收缩基本相同， 只是磁铁 矿混凝土收缩幅度较大， 这是水泥用量不同产生的。 ( 2 ) 掺人减水剂后 ， 磁铁矿混凝土和普通混凝 土的早期变形出现不同的形态 ， 主要是磁铁矿骨料参 与了某种化学反应造成的。 参考文献 [ 1 ] 李继业．新型混凝土技术与施工工艺[ M ] ． 北京： 中国建材出 版社 ， 2 0 0 2： 2 0 6—2 1 2 ． [ 2 ] M H K h a r i t a ， S Y o u s e f ， M A I N a s s a r ． T h e e ff e c t o f c a r b o n p o w d e r a d dit i o n O F t t h e p r o p e r t i e s o f h e ma t i t e r a d i a t i o n s h i e l d i n g c o n c r e t e [ j ] ． P ro g r e s s i n N u c l e a r E n e r g y ， 2 0 0 9 ， ( 5 1 ) ： 3 8 8 — 3 9 2 ． [ 3 ] A E捷索夫 ． 重混凝土与水化混凝土[ M ] ． 北京： 中国工业出 版社 ， 1 9 6 2： 5 3— 5 8 ． [ 4 j E H o l t ， M L e i v o ． C r a c k i n g r i s k s a s s o c i a t e d w i th e a r l y a g e s h r i n k a g e [ J ] ． C e m e n t & C o n c re t e C o m p o s i t es， 2 0 0 4 ． [ 5 ] 钱晓倩， 詹树林， 等 ． 减水剂对混凝士早期收缩和总收缩的影 响[ J ] ． 混凝土， 2 0 0 4 ， ( 5 ) ： 1 7— 1 9 ． [ 6 ] 钱晓倩， 詹树林， 金南国． 土木工程材料[ M ] ． 杭州： 浙江大学 出版社 ， 2 0 0 3 ： 7 7 ． [ 7 ] A N D E R S E N P J ． T h e e ff e c t o f a d s o r p t i o n o f s u p e r p l ast i e i z e r s o n th e s u r f a c e o f c e m e n t [ J ] ． C e m e n t a n d C o n c re t e R e s e a r c h ， 1 9 8 7 ， l 7 ( 5 ) ： 8 0 5—8 1 3 ． [ 8 ] 周富荣 ． 养护对混凝土早期收缩和开裂的影响[ D ] ． 杭州： 浙 江大学． 2 0 0 6 ： 3 1— 3 5 ． [ 收稿日期】 2 0 1 I 一 0 5— 1 0 [ 作者简介] 武军录( 1 9 7 6一) ， 男， 陕西蒲城人， 研究生， 研究 方 向： 结构 工程 ( 建材 ) 方 向。 ％ 《《 毽《 《 劫 ∞ ∞ ∞ O ∞ 3 2 l l g ． ≈ 0 _【 x 婿