蒸養(yǎng)條件下膠凝材料顆粒級(jí)配對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響分析

1、蒸養(yǎng)條件下膠凝材料顆粒級(jí)配對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響分析【摘要】：混凝土結(jié)構(gòu)主要用來(lái)承受各種作用力，強(qiáng)度是混凝土最重要的力學(xué)性能。而混凝土的強(qiáng)度關(guān)系著其它性能要求，如：抗凍性、抗?jié)B性等，因此常用混凝土強(qiáng)度判定和控制混凝土的質(zhì)量。本文以固體粒料最佳堆積密度理想曲線為基礎(chǔ)，分析研究了膠凝材料顆粒分布對(duì)蒸養(yǎng)混凝土強(qiáng)度的作用機(jī)理和影響，證實(shí)了當(dāng)不同細(xì)度的粉體膠凝材料復(fù)合摻配時(shí)，不僅顆?？梢曰ハ嘌a(bǔ)充，并且當(dāng)膠凝材料顆粒的粒徑分布和緊密堆積狀態(tài)要求想接近時(shí)，水泥漿體的密實(shí)度和蒸養(yǎng)混凝土的強(qiáng)度都有著明顯的改善和提高。 【關(guān)鍵詞】：顆粒分布 顆粒堆積密度 微觀結(jié)構(gòu) 中圖分類號(hào)：O648文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 前

2、言 水泥凝膠體凝結(jié)硬化過(guò)程往往由于收縮作用、泌水等因素，不可避免的在凝膠體內(nèi)形成一些空隙和微小裂縫，降低了混凝土的耐久性和強(qiáng)度。因此為增加水泥基材料結(jié)構(gòu)的密實(shí)性、降低凝膠體內(nèi)部空隙率，研究人員非常注意粗細(xì)骨料的顆粒級(jí)配及合理搭配。但往往忽略了膠凝材料顆粒的級(jí)配問(wèn)題。隨著科技的發(fā)展，人們逐漸發(fā)現(xiàn)將不同細(xì)度的粉體顆粒合理?yè)脚浜?，?yīng)用于蒸汽養(yǎng)護(hù)混凝土預(yù)制構(gòu)件中，可有效的提高混凝土的早期和后期強(qiáng)度。因此加強(qiáng)對(duì)膠凝材料顆粒級(jí)配問(wèn)題的研究具有重要意義。 1粒度分布對(duì)水泥強(qiáng)度的影響 1.1各粒級(jí)顆粒含量對(duì)水泥性能的影響 K.Kuhlmann等人認(rèn)為波特蘭水泥的硬化速度隨比表面積的增加而加快，顆粒含量在早期提

3、高強(qiáng)度效果較為明顯。如果將粉顆粒分為4個(gè)粒級(jí)，則0-3的顆粒會(huì)有1天特別高的強(qiáng)度，3-25的顆粒會(huì)有90天很高的強(qiáng)度，這兩個(gè)粒級(jí)幾乎可獲得28天相同強(qiáng)度。并且通過(guò)研究，一些學(xué)者也提出了由于水泥中3-30的顆粒對(duì)強(qiáng)度起重要作用，因此其重量比例不應(yīng)低于65%，其中16-24的應(yīng)占大多數(shù)，3以下的不能高于10%。還有人認(rèn)為顆粒大小分布十分重要，為達(dá)到最大的堆積密度，必須嚴(yán)格控制粗細(xì)顆粒的比例。 1.2顆粒分布寬窄對(duì)水泥性能的影響 在20世紀(jì)50年代，普遍認(rèn)為由于粗顆粒水化速度慢，因此顆粒級(jí)配較窄的水泥有利于強(qiáng)度的提高。70年代通過(guò)試驗(yàn)證明，相同比表面積下，顆粒分布越窄，水化愈快，強(qiáng)度愈高。隨后Fng

4、ione用數(shù)學(xué)方法證明了在相同的比表面積時(shí)，水泥顆粒分布均勻的水化速率和強(qiáng)度總是大于非均勻體系。通過(guò)后期理論分析表明，水化過(guò)程均勻顆粒體系的比表面積要大于不均勻顆粒體系的比表面積，這就是導(dǎo)致均勻顆粒體系強(qiáng)度高、水化快的原因。 2最佳堆積密度的理想篩析曲線Fuller 曲線 歐美學(xué)者Fuller和Thompson于20世紀(jì)90年代，關(guān)于最佳堆積密度的顆粒分布提出了理想篩析曲線，最初是用來(lái)計(jì)算粗集料，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為（A%：篩析通過(guò)量，mm：篩孔尺寸，Dmm：混合集料中最大顆粒的直徑）： （公式1） Empa和Rothfuchs等公式也是用來(lái)計(jì)算集料理想篩析曲線，并且隨著理論的發(fā)展，Ulrich H

5、inze等學(xué)者認(rèn)為Fuller曲線也可以用來(lái)反映細(xì)粉部分顆粒分布規(guī)律。并綜合考慮了顆粒形狀和表面特性，A. Hummel等學(xué)者將此表達(dá)式修改為（d：各分級(jí)篩孔尺寸或分級(jí)粒徑，m：集料顆粒特性指數(shù)）： （公式2） 在德國(guó)水泥廠協(xié)會(huì)的研究報(bào)告中，取礫石類集料指數(shù)為0.4，帶入公式2得公式3： （公式3） 公式3用作水泥顆粒分布篩析的理想曲線，同時(shí)也作為水泥、砂漿及混凝土的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)外探討水泥最佳堆積密度的顆粒分布時(shí)，通常劃分為膠凝材料：063；混凝土細(xì)粉：0125；水泥標(biāo)準(zhǔn)試體砂漿或混凝土細(xì)砂：02000。通過(guò)公式3計(jì)算各級(jí)顆粒如表1，并繪制Fuller理想篩析曲線如圖1. 表1顆粒累計(jì)含量 圖

6、10125m 粒徑的 Fuller 曲線 3原材料及試驗(yàn)方法 3.1原材料 原材料包括PO52.5 級(jí)水泥、S95級(jí)礦粉、級(jí)粉煤灰、級(jí)微硅粉、級(jí)漂珠、石膏粉等，原材料化學(xué)組成見(jiàn)表2。 表2原材料的化學(xué)組成 3.2配合比 為考察不同級(jí)配膠凝材料在蒸養(yǎng)條件下對(duì)混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度的影響，對(duì)混凝土進(jìn)行配合比，具體如表3。并在成型后，靜停2小時(shí)，然后在0.100.15MPa壓力下，90溫度6小時(shí)內(nèi)進(jìn)行常壓蒸汽養(yǎng)護(hù)。然后測(cè)試1d、3d、28d 抗壓強(qiáng)度。 表3混凝土配合比kg/m3 4試驗(yàn)結(jié)果與討論 4.1粉體樣品粒度分布實(shí)測(cè)值與 Fuller 曲線計(jì)算值對(duì)比分析 通過(guò)激光粒度儀對(duì)膠凝材料進(jìn)行顆粒粒徑

7、分布分析，如圖2。通過(guò)曲線可看出明顯區(qū)別于Fuller 曲線，并且石膏與水泥試樣中粗粉含量較多，細(xì)粉含量偏少，為了更接近Fuller曲線，需重新?lián)胶驼{(diào)節(jié)。 圖2原材料顆粒粒徑分布曲線 4.2膠凝材料顆粒級(jí)配的優(yōu)化調(diào)整 為調(diào)整的粒徑分布曲線，設(shè)計(jì)了如表4的四種方案。按照方案配比的粒徑分布曲線和對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響如圖3、圖4。從圖中可看出當(dāng)顆粒級(jí)配分布曲線無(wú)限接近富勒曲線時(shí)，蒸養(yǎng)混凝土的抗壓強(qiáng)度有了顯著的提高，尤其是在前期提高效果更為明顯。其中方案1對(duì)于早期強(qiáng)度提高效果較為明顯，但當(dāng)28d時(shí)，強(qiáng)度有所下降。通過(guò)分析抗壓強(qiáng)度在大于90MPa時(shí)，骨料破碎嚴(yán)重導(dǎo)致了強(qiáng)度偏離。 表4膠凝材料優(yōu)化調(diào)整方案

8、圖3優(yōu)化調(diào)整后的粒徑分布曲線 圖4顆粒級(jí)配對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響 結(jié)語(yǔ) 本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析，關(guān)于膠凝材料顆粒級(jí)配對(duì)蒸養(yǎng)條件下水泥強(qiáng)度的影響得出以下結(jié)論： a）由于最緊密堆積理論的要求較高，水泥顆粒的粒徑分布還無(wú)法滿足其要求，因此，為改善膠凝材料顆粒級(jí)配作用，可摻入比水泥顆粒更細(xì)的礦物摻合料； b）由于不同細(xì)度分析膠凝材料在復(fù)合摻配時(shí)顆?？梢韵嗷パa(bǔ)充，當(dāng)其粒徑分布與緊密堆積狀態(tài)的要求相接近時(shí)，水泥漿體的強(qiáng)度有著顯著的提高； c）當(dāng)膠凝材料的顆粒分布曲線接近固體粒料最佳堆積密度理想曲線時(shí)，混凝土強(qiáng)度、水泥膠凝體的微觀結(jié)構(gòu)都有了明顯的改善。 參考文獻(xiàn)： 【1】李瀅. 礦物摻合料的顆粒級(jí)配對(duì)水泥砂漿性能的影響J.青島大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版, 2007(2): 48-52. 【2】胡如進(jìn) , 李琳 , 王善拔. 水泥顆粒級(jí)配的優(yōu)化 J. 水泥 ,2005(8):