长龄期外掺氧化镁混凝土自生体积变形分析.pdf
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1、第5 期 水利水运工程学报 N o 5 2 0 1 5年 1 0月HY D I - S aD C E A N D D 珀 R 】 口 G 0 c t 2 0 1 5 D O I :1 0 1 6 1 9 8 j c n k i 1 0 0 9 6 4 0 X 2 0 1 5 0 5 0 0 7 陈昌礼 , 赵振华, 李维维 , 等 长龄期外掺氧化镁 昆凝土 自生体积变形分析 J 水利水运工程学报, 2 0 1 5 ( 5 ) :5 4 5 9 ( C H E N C h a n g l i , Z H A O Z h e n h u a , L I We i w e i , e t a 1 A
2、 n a l y s i s o f a u t o g e n i c v o l u m e d e f o r ma t i o n o f Mg O c o n c r e t e a t l o n g a g e J H y d r o S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g , 2 0 1 5 ( 5 ) : 5 4 - 5 9 ) 长龄期外掺氧化镁混凝土 自生体积变形分析 陈昌礼 ,赵振华 ,李维维 ,李 良川 ( 1 贵州师范大学 材料与建筑工程学院,贵州 贵阳5 5 0 0 2 5 ; 2 贵州大学 土木工程学院,贵州 贵阳5 5
3、 0 0 2 5 ) 摘要 : 为进一步促进外掺 M g O混凝土的研究与应用 , 分析了是否使用湿筛方法筛除粒径大于4 0 m m粗骨料对 龄期长达 1 4 0 0 d的标准尺寸和非标准尺寸的外掺 Mg O混凝土 自生体积变形的影响。结果表明, 在相同 Mg O 掺量下 , 不管龄期长短 , 湿筛后混凝土试件 的 自生体积 变形均大 于未湿筛 的混凝土 , 且湿 筛后非标 准尺寸混凝 土试件的自生体积变形增量小于标准尺寸试件( 标准尺寸试件增大 1 5 x 1 0 左右, 非标准尺寸试件增大 1 2 x 1 0 左右) ; 不管试件尺寸标准与否, 湿筛与未湿筛混凝土试件的 自生体积变形差值相
4、对稳定, 随龄期的波动不大, 尤其是 3年以上龄期的波动更小。 关键词 : M g O混凝土;自 生体积变形; 试件尺寸; 湿筛; 长龄期 中图分类号 : T V 4 3 1 文献标志码 : A 文章编号: 1 0 0 9 - 6 4 0 X( 2 0 1 5 ) 0 5 - 0 0 5 4 - 0 6 迄今为止, 外掺氧化镁( M g O ) 混凝土筑坝技术已应用于我国5 0 多个水利水电工程。工程实践表明, 外掺 Mg O混凝土呈现良好的延迟微膨胀性能, 但实际膨胀量未达到设计所需 的膨胀量 J 。大量试验研究 表明 , 外掺 Mg O混凝土的膨胀量 , 除受 Mg O掺量影响外 , 还同
5、混合材料的种类与掺量、 环境温度等诸多因素 有关 。因此 , 在 Mg O应用于实际工程之前 , 一定要在室内进行外掺 M g O混凝土的自生体积变形试验。 室内进行混凝土的自生体积变形试验时, 按照规范 要求, 先将混凝土拌合物中粒径大于4 0 m m的骨 料筛除( 以下简称“ 湿筛” ) , 然后将筛除大骨料后 的混凝土分 3层装于直径 2 0 mm, 高度 5 0 0 6 0 0 m m用镀 锌板或橡胶板制作的试件桶内, 同时在试件中心位置埋入供量测混凝土 自生体积变形数值使用 的电阻应变 计 , 在 昆 凝土振捣密实后立即密封试件桶 , 然后按 照规定频率测试混凝土的 自生体积变形 1
6、 年。朱伯芳 院 士指出, 现场混凝土含有大骨料, 水泥用量和 Mg O含量相对较少 , 而室 内试件经过湿筛 , 剔 除了大骨料, 单位 体积混凝土内 M g O含量较高, 因此实际工程的自生体积变形将小于室内试验值。但湿筛与否究竟对混凝土 的 自生体积变形存在多大影响, 尤其是对龄期 1 年以上的混凝土的 自生体积变形存在多大影响 , 至今未见相 关报道。为此 , 本文研究 了是否使用湿筛方法筛除粒径大于 4 0 mm骨料对龄期长达 1 4 0 0 d的外掺 Mg O混 凝土 自生体积变形的影响, 旨在促进外掺 Mg O混凝土的深入研究和推广应用。 1 试验条件 1 1 原 材料 ( 1
7、) 水泥。试验采用 P O 4 2 5普通硅酸盐水泥 , 比表 面积为 3 1 9 m k g , 标准稠度用水量 为 2 6 2, 安 定性合格 , 主要化学成分见表 1 。 收稿 日期 : 2 0 1 4 1 2 - 2 3 基金项 目:国家自然科学基金资助项 目( 5 1 2 6 9 0 0 3 , 5 0 9 6 9 0 0 2 ) ; 贵州省“ 1 2 5 ” 重大科技专项( 黔教合重大专项字 2 0 1 2 0 0 4号 ) 作 者简介 : 陈 昌礼 ( 1 9 6 6 一 ) , 男 , 贵州正 安人 , 教授 , 主要从事水工材料 的研究与教学 。E ma i l : c c
8、l g z n u e d u c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5期 陈昌礼,等: 长龄期外掺氧化镁混凝土 自生体积变形分析 5 5 注 : I L表示烧失量 , 以下同 。 ( 2 ) 骨料 。试验使用的骨料为贵州某水 电站工地 的灰岩人工砂和碎石 。人工砂 的细度模数为 2 4 3 , 属 中砂 , 颗粒级配属于第 区, 级配 良好 ; 粗骨料 由工地加工成小石( 5 2 0 m m) 、 中石( 2 0 4 0 m m) 、 大石( 4 0 8 0 mm) 3级 。骨料质量满足 水工混凝土施工规范( D L T 5 1 4 4 2 O 0 1
9、) 的要求。 ( 3 ) Mg O。试验所 用 的 Mg O为辽宁海 城东方 滑镁公 司生 产 的轻烧 Mg O, 活性 指数 为 2 1 9 S , 细 度为 2 6 8( 0 0 4 5 m m筛的筛余) , 密度为 3 3 9 4 g c m , 其主要化学成分为: M g O( 质量分数 9 0 1 5 ) , S iO : ( 2 0 4 ) , A 1 2 O 3 ( O 3 7 ) ,F e 2 O 3 ( 0 4 6 ) , C a O( 1 3 0 ) , S O 3 ( 0 1 0 ) , 烧失量为 5 4 6 。 ( 4 ) 外加剂。使用奈系高效减水剂 , 其品质符合现行
10、标准要求 。 1 2 混凝 土 配合 比 试验用混凝土配合 比见表 2 。其 中, Mg O的外掺量按 占水泥用量的百分数计 , 混凝土坍落度控制在 7 0 9 0 m m的范 围。 表 2 试验用混凝 土配 合比 T a b 2 Mi x p r o p o r t i o n o f c o n c r e t e f o r t e s t s 注 : A B 4 0, A B 4 0 0使用 的外加剂分别 为 F D N, G T S 1 0 3 ; A B 4 0 0 0 4 5表示“ 编号 一 Mg O外掺量一 水 灰 比” , 以此类推 , 以下 同。 1 3试件 尺 寸及成 型
11、 为便于研究是否使用湿筛方法筛除混凝 土拌合物 中粒径大于 4 0 m m 的大骨料对混凝土 自生体积变形 的影响 , 本试验设计了两种尺寸的混凝土试件 : 一种是标准尺寸 , 即现行 水工混凝土试验规程 规定 的试件 尺寸 , 直径 2 0 0 mm, 高 5 0 0 mm, 记 为 A B 4 0组试件 ; 另一种 为非标 准尺寸 , 直径 2 5 0 m m, 高 5 0 0 mm, 记 为 A B 4 0 0组试件。成型混凝土试件时 , 均按照试验规程 , 分 3层装入混凝土拌合物 , 并在混凝土中预埋 D I 一 2 5 型电阻应变计 ( 应变计垂直 固定在用镀锌板制作 的试件桶 中
12、心位置) , 同时将混凝土振捣密实 。然后 , 将试 件密封后放置于温度为( 2 0 _+ 2 ) c ( = 的环境中养护 , 并按 照试验规程规定 的时间 、 频率量测应变计 的电阻及电 阻比, 再按照规程规定的方法将这些电阻及电阻比换算为试件 的自生体积变形。 2 试验 结果及 其分 析 2 1 对标 准 和非标 准 尺寸试 件 自生体积 变 形 的影 响 以标准尺寸( 2 0 0 x 5 0 0 m m) 的 A B 4 0混凝土试件的 自生体积变形为例 , 是否使用湿筛方法成型 的混凝 土试件的长期 自生体积变形及其典型龄期的测值分别见 图 1 和表 3 。 以非标准尺寸( q b
13、2 5 0 x 5 0 0 m m) 的 A B 4 0 0混凝土试件的 自生体积变形为例 , 是否使用湿筛方法成型的混 凝土试件的长期 自生体积变形及其典型龄期 的测值分别见 图 2和表 4 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 6 水 利 水 运 工 程 学 报 2 0 1 5年 l 0月 A B 4 0 - 0 - O 4 5的变形值( 湿筛成 级配) 一 2 7 8 5 - 3 7 3 5 4 2 5 3 5 l _ 5 4 5 8 5 5 6 6 5 5 A B 4 0 - 5 - 0 4 5 的变形值( 未湿筛) 一 1 6 6 7 - 2 4 2
14、 4 - 2 5 2 3 - 3 2 6 7 3 8 8 3 3 8 4 7 A B 4 0 5 0 4 5的变形值( 湿筛成 级配) 一 5 3 6 1 3 o 4 1 3 3 1 - 1 3 5 4 1 6 4 3 2 2 8 3 湿筛后掺 与不掺 Mg O的变形差 ( = 一 ) 2 2 4 9 2 4 3 1 2 9 2 2 3 8 0 0 4 2 1 2 4 3 7 2 掺 5 M g O后湿筛与未湿筛的变形差( = 一 ) 1 1 3 1 1 1 2 0 1 1 9 2 1 9 1 3 2 2 4 0 l 5 6 4 龄 期 d 图 1 A B 4 0混凝土的长龄期 自生体积变形过
15、程曲线 F i g 1 Au t o g e n i c v o l u me c h a n g e c u r v e s o f AB 4 0 c o n c r e t e t h r o ug h l o n g a g e 龄 期 d 图2 A B 4 0 0混凝土长龄期 自生体积变形过程曲线 Fi g 2 Au t o g e n i c v o l u me c ha ng e C H I V E S o f AB 40 0 c o n c r e t e t hr o u g h l o ng a g e 表 4 A B 4 0 0混凝 土典型龄期 的自生体积变形测值 T a
16、 b 4 Me a r s u r e d v a l u e s o f a u t o g e n i c v o l u me c h a n g e o f AB 4 0 0 c o n c r e t e a t t y p i c a l a g e 1 0 一 2 2 湿筛后标准与非标准尺寸混凝土试件掺 Mg O引起的 自生体积变形 从表 3和 4可见 , 不管是标准试件 , 还是非标准试件 , 掺 Mg O混凝土试件的 自生体积变形值减去对应的 _【 刊 皿 H 、 血 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5期 陈昌礼 , 等 : 长龄期外掺氧化
17、镁混凝 土 自生体 积变形分析 5 7 未掺 Mg O混凝土试件 的 自生体积变形值 的差值均为 正值 , 该值体现 了混凝土 因掺人 Mg O而引起 的 自生 体积膨胀量 。图 3绘制 了湿筛后标准尺寸 和非标 准 尺寸 的 Mg O 昆凝 土试 件 的 自生 体 积 膨 胀 变 形 过 程 线 。 2 3 试验结果分析 2 3 1 掺与不掺 Mg O的混凝土 自生体积 变形情况 从 图 1的标准试件 、 图 2的非标准试件所反映的结果 看 , 不掺 Mg O的混凝土 的 自生体积变形均呈 收缩状 态 , 但图 1 后期的趋于稳定的收缩量 比图 2大。图 1 、 图 2分别使用的是第 1 批
18、 、 第 2批 P 0 4 2 5水 泥 , 对 宝 刊 皿 5 4 。 O 2 0 搿 件 O 2 0 0 4 0 0 6 0 o 8 0 0 1 O oo 1 2 0 0 l 4 0 0 1 6 o 0 图 3 掺 Mg O引起的混凝土自生体积膨胀量随龄期的变化 Fi g 3 Cu r v e s o f c o nc r e t e s a u t o g e ni c v o l ume e x p a ns i o n wi t h a g e a f t e r a dmi x i n g Mg O 应的 Mg O含量的平均检测结果为 1 3 8 和 2 4 7 。袁美栖等 指出,
19、 水泥 自身所含的、 低于 1 8 2 0 的 Mg O固溶在熟料的矿物相 中, 不会使水泥硬化浆体产生膨胀 , 而当 Mg O含量较多时, 就会形成水化缓慢 的方镁石晶体 , 在水泥浆体硬化后生成 Mg ( O H) , 造成水泥硬化浆体 的体积膨胀。所 以, 图 1所用水泥的 Mg O含量 比图 2少 , 造成了图 1的不掺 Mg O混凝土的 自生体积收缩变形 比图 2多。也正是这样 的原 因, 造 成相同的 Mg O外掺量引起的混凝土膨胀量补偿收缩量后 的宏 观效果不 同, 即图 1 呈现收缩状态 , 图 2呈现 膨胀状态 。并且 , 从 图 3看 出, 不管是标准试件 , 还是非标准试
20、件 , 掺 Mg O与对应的不掺 Mg O混凝土试件 的 自生体积变形的差值为正增量 , 并随龄期 的增长呈微膨胀状态 。即虽然 图 1 、 图 2中掺 Mg O混凝土 自生体积 变形的宏观效果不同, 但外掺 Mg O混凝土的微膨胀特性仍然客观存在 , 不会因试件尺寸的改变而改变。 从图 3还看出, 虽然都外掺 5 的 Mg O, 但非标准试件因掺 Mg O引起的混凝土 自生体积膨胀量 比标准试 件增大约 8 1 O 1 2 X1 0 。这主要 由二者水灰 比的差异造 成。A B 4 0和 A B 4 0 0组试件 的水 灰 比分别 为 0 4 5和 0 5 0 。李维维等 指出 , 掺 M
21、g O混凝土的 自生体积膨胀量随水灰比的增大而增大 。 另外 , 从图 1 3中可见 , 外掺 Mg O混凝土的初期膨胀反应明显 , 与以往 的延迟性微膨胀存在差异_ 1 3 。 这是 由于早期恒温室的温控效果不理想所致 。试件成 型时正值暑期 , 气温高达 ( 2 8 3 4 ) 左右 , 而当时扩建 的 、 用 于存放试件 的恒温室的隔热性差 , 造成温控效果不理想 。李红彦 指出 , M g O混凝土的 自生体积膨胀 量随环境温度的增高而增大。后期将试件转到原温控效果好 的恒温室后 , 自生体积变形的波幅明显变小。 2 3 2 湿筛与未湿 筛的 Mg O混凝土 自生体积 变形比较分析图
22、1 和表 3 、 图 2和表 4可知 , 无论是标准尺寸 试件 , 还是非标准尺寸试件 , 在相同 Mg O掺量 、 相 同水灰 比情况下 , 使用湿筛方法成型的混凝土试件 的长龄 期自生体积变形, 均大于未湿筛混凝土的长龄期 自生体积变形, 且湿筛和未湿筛的掺 M g O混凝土的自生体 积变形均大于未掺 Mg O的混凝土 , 这与是否湿筛对混凝 土短龄期 自生体积变形 的影 响结果一致 卜 。对 于标准尺寸试件 的混凝土 自生体积变形 , 在 1年龄期 内和 1年以上龄期 , 湿筛 比未湿筛分别增大约 1 1 2 x 1 0 I ” 2 2 4 1 0 ( 平均增加 1 5 2 7 1 0
23、) 和 1 4 2 1 X 1 0 1 7 4 9 x 1 0 ( 平均增加 1 5 7 1 1 0 ) ; 对于非标准尺 寸试件的混凝土 自生体积 变形 , 在 1年龄期 内和 1年 以上龄期 , 湿筛 比未 湿筛分别增 大约 1 0 4 2 X1 0 一 1 4 9 9 x 1 0 ( 平均增加 1 2 4 4 x 1 0 咱) 和 1 0 7 4 x 1 0 一l 2 9 7 X 1 0 ( 平均增加 1 1 9 2 x 1 0 ) 。总体而言 , 在相同 Mg O掺量下, 不管是在 1 年龄期 内, 还是 1 年 以上龄期 , 湿筛后非标准尺寸混凝土试件的 自生体积变形增量 小于标准尺
24、寸试件 ; 不管是标准尺寸还是非标准尺寸试件 , 湿筛与未湿筛混凝土试件的 自生体积变形差值相 对稳定 , 随龄期的波动不大 , 尤其是 3年以上龄期的波动更小 。 若忽略混凝 土试件成型时湿筛筛除的粒径大于 4 0 mm骨料所 黏附灰浆量 的影响, 则标准尺寸 的 A B 4 0 原状三级配混凝土和湿筛 后混凝 土的胶骨质量 比( 胶凝材料 骨料 ) 分别为 0 1 5和 0 1 8 , 非标准 尺寸的 A B 4 0 0 原状三级配混凝土和湿筛后混凝土的胶骨质量比分别为0 1 3和0 1 6 , 即湿筛后标准尺寸和非标准 尺寸混凝土试件 的胶骨质量 比分别增大 2 0 和 2 3 。而外掺
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