石轻页岩陶粒混凝土的强度试验研究.pdf
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1、2 0 1 5年 第 3期 (总 第 3 0 5 期) Nu mb e r 3 i n 2 0 1 5 ( T o t a l No 3 0 5 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AI AND ADM I NI CLE d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 0 3 0 2 2 石轻页岩陶粒混凝土的强度试验研究 杨健辉 。徐璐 ,樊晓 , 余建雨 ( 1 河南理工大学 a 深部矿井建设重点学科开放实验室; b 土木工程学院, 河南 焦作 4 5 4 0 0 0 ; 2 河南省建设集团
2、有限公司, 河南 郑州 4 5 0 0 0 2 ) 摘要 : 为了探讨水胶比和碎石体积取代率对次轻页岩陶粒混凝土的物理力学性能影响, 通过正交试验得到了 L C 2 0最佳配合 比, 然后再通过不同水胶 t L ( o 3 0 、 O 3 5 、 0 4 0 ) 和不同碎石体积取代率 r ( 0 、 1 0 、 2 0 、 3 0 、 4 0 9 6 、 5 0 ) 进行试验, 并通过干表观密 度 、 抗压强度、 抗折强度、 劈拉强度 、 比强度和折压比, 以及断截面破坏形态, 探讨其变化规律。 结果表明, 当碎石取代率 为 3 0 , 水胶比为 0 3 O时, 次轻页岩陶粒混凝土的上述各项指
3、标除折压 比外均为最优 , 并能同步提高强度和韧性, 而且还可以有效弥补 页岩陶粒产量有限、 价格较高和施工性能较差的缺陷。 关键词: 轻质混凝土; 次轻混凝 土; 石轻页岩陶粒混凝 土; 破坏形态 中图分类号: T U 5 2 8 0 4 1 文献标志码: A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 0 3 0 0 8 2 0 5 S t r e n g t h t e s t s o f s h a le c e r a ms l t e c on c r e t e wit h p a r t g r a v e l c o a r s e a g g r
4、e g a t e s YANG J i a n hu i 。 , XU Lu , FAN Xi a o , yU J i a n yu ( 1 a O p e n i n g P r o j e c t o f Ke y La b o r a t o r y o f De e p Mi n e Co n s t r u c ti o n; b S c h o o l o f Ci v i l E n g i n e e ri n g , He n a n P o l y t e c h n i c Un i v e r s i t y , J i a o z u o 4 5 4 0 0 0
5、, C h i n a ; 2 H e n a n Pro v i n c e E n g i n e e ri n g G r o u p C o , L t d , Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 2 , C h i n a ) A b s t r a c t : T h e t e s t s w e r e a c h i e v e d f o r t h e i n fl u e n c e o f w a t e r b i n d e r r a ti o ( W B) a n d g r a v e l v o l u me r e p l a c e
6、 m e n t r a t e ( r 2 ) o n th e p h y s i c a l a n d me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f s h a l e c e r a ms i t e c o n c r e t e F i r s t l y, t he b e s t mi x p r o p o r t i o n o f LC2 0 wa s o b t a i n e d b y t h e o rth o g o n a l e x p e r i m e n t s S e c o n d l y , the s
7、p e c i fi e d d e n s i t y c o n c r e t e w a s t e s t e d b y t h e d i f f e r e n t W B( 0 3 0 、 O 3 5 、 0 4 0 ) a n d ( 0 、 1 0 、 2 0 、 3 0 、 40、 5 0 ) , an d the c ha n g e r u l e s a r e f o u n d e d by the i n d e x e s o f d r y a p pare n t d e ns i t y, c o mp r e s s i v e s tre ng
8、t h, fle x u r a l s t r e ng th , t e n s i l e s p l i Ri n g s e n g t h, s pe c i fic s tre n g t h, fl e x u r al c o m p r e s s i v e s e n g t h r a tio, a n d the b r o k e n s e c t i o n p a t t e rn s Th e r e s u l t s s h o w the a b o v e i n de x e s are the b e s t e x c e p t the f
9、le x u r al c o mp r e s s i v e s tre n g t h r a tio s wh e n r g i s 3 0a n d W B i s 0 3 0 an d t he s tr e n g t h a n d t o u gh n e s s are a l s o i m p r o v e d s i mu l t ane o u s l y Al s o, t h e s pe c i fie d d e ns i t y c o nc r e t e C an ma keu pf o rt h e d i s a d v a n t a g e
10、 s s uc h a s p r o d u c tio n s h o r t a g e, h i g h c o s t , an d p o o r c o n s t r u c ti o n p e rfor man c e, a n d S O o n K e y wor ds: l i g h t we i g h t c o n c r e t e ; s pe c i fi e d d e n s i ty c o n c r e t e ; s h a l e c e r a ms i t e c o n c r e t e w i t h g r a v e l ;
11、f a i l u r e mo d e s 0 引 言 随着我 国城镇化进程 的快速发展 , 以及钢结构和钢 一 混凝土结构 、 高层和超高层建筑、 大跨径桥梁 、 特种结构 的 发展 , 对混凝土材料性 能提 出了更高的要求 。 其 中, 材料 所 具有的轻质 、 高强特性是发展趋势 , 这也是我国 2 0 2 0年 科技发展 目标实施纲要 内容之一 。 若骨料全部 由轻质粗 、 细骨料所配制的不 同强度等级的混凝土, 则称之为全轻混 凝土 。 而次轻混凝土 则是指在 全轻骨 料 中掺入 适量普 通 粗 、 细骨料 , l 9 5 0 k g m 干表观密度 2 3 0 0 k g m 的
12、混 凝土 。 其中, 仅以部分普通石子替代轻质粗骨料的混凝 土 , 称之为石轻混凝 土; 而仅 以部 分普通砂替代 轻质细骨 料的混凝土 , 称之 为砂轻 混凝土 ; 或 同时 以部分 普通石子 和普通砂替代轻质 粗、 细骨料的混凝土 , 称之 为次轻混凝 土。 以上三种 划分 , 也可统称 为次轻混凝 土。 与 普通混凝 土和全轻混凝土相 比, 次轻混凝 土具有如下优点 : 相对全 轻混凝土来说具有更高的弹性模量和强度 , 较低 的徐变和 收缩变形 ; 同时还能 降低泵 送和施工难度 , 并能较 大幅度 地降低工程造价 ; 在满足力 学性能和施工技术 的前提下 , 材料密度减小 , 从而减轻
13、 了结构 自重。 因此 , 在需要轻 质且 又具有较大承载、 较 大跨 度 、 以及高强预应力混凝 土等性 能要求 的工程中具有很好 的经济 、 技术意义 。 尤其是轻骨 料的多孔性质 , 自蓄水能力较强 , 表现为混凝土 内部的“ 微 泵” 作用, 可提高混凝土的自养护能力, 从而可提高龄期强 度及混凝土质量, 并能明显改善高强混凝土的早期收缩开 裂 问题 o 近年来 , 次轻混凝 土在北美 和 欧洲地 区得 到较快 发 展 , 如欧洲 和美国的一些桥梁和采油平 台中均应用 了次 轻混凝土 。 国内一些学者也对次轻混凝 土开展 了一些 研究 , 但处于刚刚起步阶段。 因此 , 笔者针对石轻页
14、岩 陶粒 收稿 日期: 2 0 1 4 0 8 1 9 基金项 目: 国家自 然科学基金项目( 4 1 1 7 2 3 1 7 ) ; 深部矿井建设省重点学科开放实验室开放基金( 2 0 1 1 K F 一 0 1 ) ; 河南省教育厅科技攻关项目( 2 0 1 0 A 5 6 0 0 1 0 ) 8 2 混凝土的强度变化规律进行 了一系列试验研究 , 以期 为相 关研究及工程应用奠定基础。 1 试验 用原材料及 配合 比 1 1 试验 原材料 水泥 : 焦作市坚 固水泥厂 P O 4 2 5级水泥 , 性能指标 符合水泥标准要求 。 粉煤灰 : 焦作电厂生产 的 级粉煤灰 , 物理 性能指标
15、 见表 1 。 表 1 粉煤灰物理性能指标 注 : 细度是指 0 0 4 5 l n n l 方孔筛的筛余量。 碎石 : 粒径 5 - 1 0 i n l n , 针 片状含量小于 1 0 , 泥含量小 于 1 0 , 堆 积密度 1 5 6 0 k g m 。 页岩陶粒: 河南美赛克科技有限公司生产的 7 0 0级碎 石型页岩陶粒 ( 以下简称为陶粒 ) , 其 陛能指标如表 2 所示。 页岩陶砂 : 河南美赛克科技有限公 司生产 的 9 0 0级页 表 2页岩陶粒性能指标 粒径含泥量硫化物和硫酸盐 ! 宣 量 5 1 0 0 02 沸煮质量 损失量, 堆积密度 ( k g m ) 细度 模
16、数 3 5 6 O4 88 0 减水剂 : 聚羧酸高效减水剂 , 减水率大 于 2 0 , 掺量为 胶凝材料 的 1 O 。 水 : 普通饮用水。 1 2试验 配合 比 试验配合比是按照轻骨料 混凝 土配合 比设计 方法进 行设计的。 这里以 L C 2 0全轻页岩陶粒混凝土配合比为 例 , 首先通过正交试验 确定 出最佳配合 比, 然后设计 三种 水胶 比( w B) 分别为 0 3 0 、 0 3 5 、 0 4 0时 , 并保持粗骨料体 积不变 , 再分别用不 同比例 ( 0 、 1 0 、 2 0 、 3 0 、 4 0 、 5 0 ) 的普通碎石等体积取代 页岩陶粒 , 以期研究不
17、同水胶 比、 碎石取代率 对石轻 页岩陶粒混 凝土 的强度性 能影 响。 其 岩陶砂 ( 以下简称为 陶砂) , 其性能指标如表 3 所示 。 中 , 配合 比及性能指标见表 4 。 表 4 L C 2 0混凝土配合 比及性能指标 注 : ( 1 ) W B表示水胶比, 是指每立方米混凝土用水量与所有胶凝材料用量的比值 , 胶凝材料为水泥和粉煤灰 ; ( 2 ) 表示碎石取代率 ; ( 3 ) P 。 表示干表观密度; ( 4 ) , c u 表示立方体抗压强度 ; ( 5 ) f o 表示抗折强度; ( 6 ) 。 表示劈裂抗拉强度 ( 简称劈拉强度) ; ( 7 ) C F为折压比, 即
18、立方体抗折强度与抗压强度的比值 ; ( 8 ) C D表示比强度, 即立方体抗压强度与干表观密度的比值。 1 3试 验 方 法 试块制作与养护制度严格按照文献 2 中的规定进行, 试验方法按照文献 1 0 中的规定进行。 为实现掺入碎石后 的页岩陶粒半轻混凝土( 以下简称之为石轻混凝土, 或次轻 混凝土) 具有 良好 的流动性和可泵性 , 采取 了掺入减水剂 、 粉煤灰以及粗集料页岩陶粒提前预湿处理等措施 “ 。 2试验 结果及 分析 2 1 W B=0 3 0时石轻混凝土的抗压强度 变化规律 由图1可知, 龄期为 3 、 7 、 1 4 、 2 8 d时, 随着碎石取代率 增大 , 石轻混凝
19、土抗压强度均较基准全轻页岩 陶粒混凝土 逐渐增大, 且当取代率为 3 0 时抗压强度最大; 但当碎石 取代率 在 4 0 5 0 时 , 石轻混凝土强度逐渐 降低并 趋于 稳定 。 当碎石取代率 3 0 时 , 因碎 石的强度 和弹性 模量 均高于页岩陶粒, 以及陶粒蓄放水分的“ 微泵” 作用能够提 高石轻混凝 土 的内部湿度 , 致使水 泥 的水 化反 应更加 完 全 , 从而可提高石轻 混凝 土的抗压 强度。 当碎 石取代 率为 4 0 5 0 时, 因页岩陶粒所 占粗骨料 的体积减少使其 “ 微 泵” 作用降低, 又因为碎石吸水率低, 蓄水能力差, 对浆体 收缩补偿作用小 ( 通过观察试
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