1、桥用C60片麻岩碎石高强混凝土的力学性能与耐久性研究桥用C60片麻岩碎石高强混凝土的力学性能与耐久性研究第28卷第2期2009年4月河南理工大学(自然科学版)JOURNALOFHENANPOLYTECHNICUNIVERSITY(NATURALSCIENCE)VOI.28NO.2Apr.2009桥用C60片麻岩碎石高强混凝土的力学性能与耐久性研究高伟光,周明凯,李北星,吴兵兵(武汉理工大学硅酸盐材料工程教育部重点实验室,湖北武汉430070)摘要:研究了片麻岩粗集料C60高强混凝土在桥梁中的应用,探讨了粉煤灰和矿粉适量掺入对片麻岩混凝土性能的影响,同时对比了同一配比下片麻岩混凝土和石灰岩混凝土
2、的各种性能,探求了片麻岩混凝土是否满足桥梁工程高性能指标要求.实验表明,掺粉煤灰和矿粉对片麻岩混凝土的影响与对其他类型混凝土影响的规律基本一致;片麻岩混凝土的抗折,劈拉强度和静弹性模量均明显低于石灰岩混凝土,但抗压强度及耐久性能基本相同;片麻岩混凝土满足桥梁工程要求.关键词:桥梁;片麻岩;高强混凝土;耐久性中图分类号:TU528.Ol文献标识码:A文章编号:16739787(2009)02023905StudyonmechanicalpropertiesanddurabilityoftheC60highstrengthconcretemadefromgneisscoarseaggregatei
3、nbridgeGAOWeiguang,ZHOUMingkai,L1Beixing,WUBingbing(KeyLabforSilicateMaterialsScienceandEngineeringofMinistryofEducation,WUT,Wuhan430070,China)Abstract:TheapplicationofgneisscoarseaggregateinC60highstrengthconcreteinbridgewasstudied.Theeffectionofproperadditionofflyashandbreezeontheperformanceoftheg
4、neisscoarseaggregateconcretewasexplored,aswellastheperformancecomparisonbetweenthegneisscoarseaggregateconcreteandthelimestonecoarseaggregateconcreteinthesamemixproportion.Themeetofgneisscoarseaggregeteconcreteinhighperformancerequirementsofbridgeengineeringwasseek.Theresultsshowsthattheinfluenceofa
5、ddingtheflyashandthebreezeongneisscoarseaggregateconcreteisthesameasitofthemOfftheothertypesofconcrete.Insteadofthatcompressivestrengthanddurabilityarethesame,flexuralandsplittingtensilestrengthandstaticelasticmodulusofthegneisscoarseaggregateconcreteareapparentlybelowthemofthelimestonecoarseaggrega
6、teconcrete.Itcanmeetrequirementsofbridgeengineering.Keywords:bridge;gneiss;highstrengthconcrete;durability0引言武汉一英山高速公路杨柳互通A匝道桥预应力箱梁混凝土设计强度等级为C60,采用满堂支架现浇,吊斗施工.坍落度160mm20mm,7d强度不小于设计强度的90%,28d弹性模量不小于4.010MPa,28d氯离子扩散系数(RCM法)不应高于4.010m/s,抗冻等级不低于F150.根据收稿日期基金项目作者简介Enlaj1.20090220湖北省交通厅科技项目片麻岩粗骨料高性能混凝土的
7、研究与应用成果高伟光(1984一),男,湖北天门人,从事混凝土性能改进研究.whut.gwg163.corn240河南理工大学(自然科学版)2009年第28卷当地资源实际情况,需要采用片麻岩碎石来配制箱梁C60混凝士.片麻岩,也称花岗变质岩,是由花岗岩经地壳变化引起风化而变质的岩石,在微观上表现为多微晶系,各向异性,在宏观上表现为压碎值普遍偏高.片麻岩作为一种低品质骨料在混凝土特别是低标号的混凝土中已有一些应用实例,但在高强混凝土中的应用却少有研究.为探讨片麻岩碎石用于C60高强混凝土的可行性,本文以设计箱梁C60片麻岩混凝土配合比为平台,通过4组不同配合比的平行实验,分析了粉煤灰和矿粉适量掺
8、人对片麻岩混凝土的影响,对比了同一配比下片麻岩混凝土和石灰岩混凝土的性能差异,验证了片麻岩高强混凝土是否满足箱梁施工.1混凝土配合比试验1.1原材料水泥:湖北华新水泥厂P.052.5级水泥,其物理力学性能指标见表1.粉煤灰:武汉阳逻电厂I级粉煤灰,其物理力学性能指标见表2.矿粉:武钢超磨细矿渣粉,其物理力学性能指标见表2.细集料:上巴河砂,细度模数为2.77,级配良好.粗集料:武英十二标玉龙碎石,520(510:1020=30:70)连续双级配,压碎值14.9%;鄂东石灰岩,520连续单级配,压碎值11.6%(<12%),sika3410c聚羧酸盐高效减水剂.1.2混凝土配合比实验所用配
9、合比如表3所示,Y2掺人粉煤灰,掺量l5%,超量取代系数1.25;Y3掺入矿粉,掺量15%;Y4与Y2相同,粗集料用鄂东石灰石.实验中测试了工作性,混凝土抗压抗折劈拉强度和弹性模量,氯离子扩散系数,抗冻性.级酉曲线见图1.夕力口齐0:楼士醛26.5199.54.752.36筛孔尺寸/mm图1粗集料级配曲线Fig.1Gradationcurveofcoarseaggregate表1水泥物理力学性能Tab.1Physicalmachanicsperformanceofcement表2矿物掺和料的物理性能Tab.2Physicalperformanceofmineraladultrant表3混凝土实
10、验配比及其工作性Tab.3Experimntalmixandworkingofconcrete1.3实验方法混凝土拌合物性能与力学性能按照公路水泥混凝土试验规程(JTGE302005)进行测试.抗压强度,抗折强度,劈拉强度和弹性模量试件尺寸分别为150mm150mm150mm,100mm如o第2期高伟光等:桥用C60片麻岩碎石高强混凝土的力学性能与耐久性研究241100mm400mm,150HIIn150mill150mm和150mmx150mill300mm.试验机采用意大利controis公司生产的5DC8822型多功能动态液压伺服万能试验机(3000kN).混凝土氯离子扩散系数采用北京首
11、瑞公司提供的RCMD型全自动混凝土氯离子扩散系数快速测定仪,试件尺寸为6100mmx50mII1,按混凝土结构耐久性设计与施工指南(CCES012004)附录Bl混凝土氯离子扩散系数快速测定的RCM法进行测试.混凝土抗冻性依照JIGE302005中的快冻法进行,试件尺寸100HimX100illm400Illm.氯离子扩散系数与抗冻性试验的龄期均为28d.2实验结果及分析2.1工作性与抗压强度2.1.1工作性掺粉煤灰对混凝土工作性影响显着(对比Y2和Y1),在相同减水剂用量的情况下,坍落度增大了15mm,而且保坍效果也有增强,这是因为1h后混凝土里自由水的减少使得玻璃球状的粉煤灰充当轴承的作用
12、更加突出.掺矿粉(对比Y3和Y1)并没有增大混凝土坍落度,这是由于矿粉较大需水比的负效应抵消了它作为细集料的正效应,但是掺矿粉提高了混凝土保坍的能力,可能是矿粉表面的初始吸附的水逐步向混凝土反馈使混凝土内部自由水由于水泥水化减少的速率减小.对比Y4和Y2,两组工作性基本一致,这是由于工作性与粗集料的级配相关,而与集料的岩性无关.2.1.2抗压强度从图2可以看出,各组混凝土28d强度均高于73MPa,满足工程要求.内掺粉煤灰的Y2和内掺矿粉的Y3早期及28d强度均低于未掺矿物掺合料的YI,但随着时间的增加,Y2,Y3的强度增长速度均快于Y1.至90d时,Y2的强度为89.2MPa,高于Y1的86
13、.7MPa,Y3的强度为85.9MPa,略低于Y1.这是因为,粉煤灰替代部分水泥后,体系中水泥熟料矿物比例减少,控制水泥水化速度的有效水灰比相对增大,溶液中Ca质量浓度降低,水泥一粉煤灰体系中总的水化速度减慢,生成的水化主嘿372890龄期,d图2抗压强度变化曲线Fig.2Movementcurveofcompressivestrength产物颗粒之间连接不够紧密,相应地降低了早期强度.至90d时,由于粉煤灰的火山灰反应的进行以及粉煤灰颗粒的填充效应和微集料效应的发挥,使浆体的结构趋于致密,水化产物之间的相互交叉,连接程度趋好,混凝土强度增强.矿粉与粉煤灰作用相似.从图2中还可以看出,选用片麻
14、岩为骨料的Y2无论是早期强度还是后期强度,都与石灰岩为骨料的Y4差距不大,特别是90d强度,仅相差0.2MPa,这可能是由于片麻岩表面粗糙,界面过渡区一部分填充在片麻岩表面的凹处,相当于减小了界面过渡区厚度,同时粗集料与水泥石接触面积更大,增大了相互之间的啮合力,从而提高了片麻岩混凝土的整体强度,在一定程度上弥补了片麻岩强度不及石灰岩的缺点.2.1.3抗折强度与劈拉强度本试验通过抗折强度及劈拉强度对片麻岩C60混凝土的抗弯能力进行分析.从图3和图4可以看出,掺粉煤灰的试样Y2的7d抗折强度和劈拉强度明显低于空白样Y1,28d时抗折强度基本与Y1持平,劈拉强度略低于Y1;掺矿粉的Y3的7d,28
15、d抗折强度和劈拉强度均高于Y1.从图3和图4中还可以看出,片麻岩混凝土的抗折强度和劈拉强度分别低于石灰岩混凝土5%和11%.这是因为片麻岩是变质岩,结构上呈现片状,在受到拉力时更容易沿薄弱层剥离,从而导致抗折强度和劈拉强度下降一.2.1.4弹性模量从图5可以看出,各组混凝土28d弹性模量均高于40GPa,满足工程要求.掺入粉煤灰和矿粉使得片麻岩混凝土7d和28d静弹性模量(后简称弹模)有小幅度增长.这是由于掺人的粉煤灰和矿鲫加=3如242河南理T大学(自然科学版)2009年第28卷山唾赵疆图37d和28d抗折强度图47d和28d劈扎强度Fig.3Flexuralstrengthof7daysa
16、nd28daysFig.4S粉颗粒填充于水泥石的孑L隙中,能提高水泥石的60致密度,从而提高弹模;另外,粉煤灰和矿粉是n刚性小颗粒,填充于混凝土中也在一定程度上提高了弹模.从图5还可以看出,石灰石混凝土的蓦静弹性模量比片麻岩混凝土高20%.这是由于豢30混凝土的弹性模量是水泥浆和集料弹性模量的综20合,而石灰石的弹模高于片麻岩弹模,因此,石.灰石混凝土的静弹性模量高于片麻岩混凝士.表4混凝土耐久性结果Tab.4Durabilityresultsofconcrete表4中28d混凝土抗冻性能结果显示,各组混凝土的抗冻等级均远远超过F300,抗冻性优良.这是由于混凝土标号高,水灰比小,混凝土结构致
17、密,保水时水很难进入内部,同时水灰比小使得混凝土内部孔隙分布均匀,也细化了毛细孔,降低了毛细孔水冰点.实验过程表明,混凝土在经过150次冻融循环后基本没有质量损失,边角及棱处有少量14CITI窄小裂纹,经过200次循环后质量损失仍在99%以上,裂纹有所扩展,局部有网状裂纹,经过300次循环后质量损失均在95%以上,混凝土表面有少数细集料外露.从表4还可以看出,掺粉煤灰并未改善混凝土的抗冻性能,而掺入矿粉在一定程度上改善了混凝土的抗冻性能;片麻岩混凝土和石灰岩混凝土的抗冻性能也基本一致,这可能765432O第2期高伟光等:桥用C60片麻岩碎石高强混凝土的力学性能与耐久性研究243是由于水泥石内部
18、的0.020.1m的孔隙分布及数量比粗集料强度对混凝土抗冻性影响大得多.3结论(1)掺人粉煤灰和矿粉对片麻岩混凝土的力学性能及耐久性影响与石灰岩,花岗岩等岩性粗集料混凝土影响基本相同.(2)片麻岩混凝土的抗折强度,劈拉强度,静弹性模量分别比石灰岩混凝土低5%,11%.20%,但是两者抗压强度基本相同,耐久性能也基本一致.(3)合适的混凝土配合比,良好的粗集料级配,片麻岩粗集料适用于高强混凝土,混凝土满足工程力学要求并且耐久性良好.参考文献:LUDY,ZHOUXL,XUZZ,eta1.Evaluationoflaboratorytestmethodfordeterminingthepotenti
19、alalkalicontributionfromaggregateandtheASRsafetyoftheThreeGorgesdamconereteJ.CEMENTANDCONCRETERESEARCH,2006(36):11571165.魏风艳,吕忆农,兰祥辉,等.粉煤灰水泥基材料的水化产物J.硅酸盐,2005,33(1):5256.马保,高英力,王信刚,等.无细观界面过渡区水泥基材料的设计及其性能J.硅酸盐,2007,35(7):886892.王稷良,李勇,宁琰,等.集料对混凝土强度及界面特性影响的研究J.混凝土,2006(11):3941.王振军,沙爱民.水泥混凝土浆体一集料界面过渡区
20、结构与性能实验技术J.南昌大学,2007,29(2):175180.李益进,周士琼,尹健,等.超细粉煤灰高性能混凝土的力学性能J.建筑材料,2005,8(1):2429.钱觉时,宋开伟,杨冉富,等.粗集料强度对混凝土抗折强度的影响J.建筑材料,2006,9(4):468471.杨雷,管学茂.超细矿物粉对C70混凝土性能的影响J.焦作工学院:自然科学版,2004,23(1):4649.张金善,张建华,王德志.关于低品质集料抗冻性研究J.混凝土,2005(8):l115.李北星,周明凯,王稷良.巴东长江大桥主梁C60高性能混凝土的研究和应用J.世界桥梁,2008(2):5】一54(责任编辑李文清)j23456789l_l
