确定MgO极限掺量压蒸试验的水泥基材料选择论文

时间:2018-10-16 材料毕业论文 我要投稿

  0引言

  在水工大体积混凝土中适当外掺特制的轻烧氧化镁(MgO),可以补偿混凝土的收缩变形,提高混凝土自身的抗裂能力,从而达到简化大体积混凝土温控措施、加快施工进度和节省工程投资的目的[1].目前,确定水工大体积混凝土中MgO极限掺量可参照的国家标准为GBNT750-1992《水泥压蒸安定性试验方法》。该方法采用水泥净浆作为压蒸试件,以压蒸膨胀率0.5%时对应的MgO掺量作为混凝土中MgO的极限掺量。由于水泥净浆不含原级配混凝土中的粗细骨料,当MgO掺率相同时,相同体积水泥净浆中MgO的绝对含量要比原级配混凝土的多得多,测出的压蒸膨胀率自然多得多,所以大多专家认为用此方法确定的MgO极限掺量偏少,或者说过于保守[2].为了提高混凝土中MgO的极限掺量,目前除《水泥砂浆安定性试验方法(试行)》[3]规定采用水泥砂浆作为压蒸试件来确定混凝土中MgO的极限掺量外,还有广东省地方标准DB44NT703-2010《外掺氧化镁混凝土不分横缝拱坝技术导则》、贵州省地方标准DB52NT720-2010《全坝外掺氧化镁混凝土拱坝技术规程》规定采用水泥砂浆或一级配混凝土作为压蒸试件来确定混凝土中MgO的极限掺量。但是,水泥砂浆和一级配混凝土这两种试件,哪种用来做压蒸试验更科学合理呢?李承木、李万军、金红伟[4-6]等专家的研究结果表明,利用水泥砂浆和一级配混凝土作为压蒸试件确定的MgO极限掺量存在差异。李承木推荐以一级配混凝土作为压蒸试件[5]

  .笔者认为,此问题的回答需要进一步研究。为此,试验研究了水泥砂浆试件和一级配混凝土试件在不同MgO掺量及不同粉煤灰掺量情况下的压蒸膨胀率,试图找出更适合做压蒸试验的水泥基材料,以期为MgO混凝土的研究及应用提供参考资料。

  1原材料与试验方法

  1.1原材料

  (1)水泥:贵州水城拉法基P·O42.5级水泥,密度2.99gNcm3,比表面积268m2Nkg,标准稠度用水量24.7%,安定性合格,其主要化学成分见表1.

  (2)MgO:辽宁省海城市东方滑镁公司生产的轻烧MgO,纯度90.2%,密度3.23gNcm3,化学成分见表1.

  (3)粉煤灰:贵州野马寨发电厂加工的II级粉煤灰,密度2.45gNcm3,细度(0.045mm筛筛余)为13.55%,需水量比90.8%,化学成分见表1.

  (4)粗细骨料:试验所用骨料为贵州某水电站工地的灰岩人工砂石料。人工砂的细度模数为3.35,颗粒级配良好,属于I区粗砂,石粉含量为14.20%.粗骨料由工地加工成直径5~20mm的小石,级配良好,满足水工混凝土用粗骨料的质量要求[7].

  (5)外加剂:试验所用外加剂为萘系高效减水剂,其品质符合现行标准[8].

  1.2试验配合比和试验方法

  1.2.1试验配合比

  水泥净浆、水泥砂浆、一级配混凝土的配合比见表2.

  1.2.2试验方法

  水泥净浆的拌制、成型、压蒸和试验数据的处理按照GBNT750-1992《水泥压蒸安定性试验方法》执行;水泥砂浆的拌制、成型、压蒸和试验数据的处理参照《水泥砂浆安定性试验方法(试行)》[3]执行,用水泥砂浆试件代替水泥净浆试件进行压蒸试验。制作一级配混凝土试件时,是扣除三级配混凝土实际配合比中的中石和大石后再称量其他各种原材料,然后进行拌制和成型。一级配混凝土试件的压蒸、试验数据处理参照贵州省地方标准DB52NT720-2010《全坝外掺氧化镁混凝土拱坝技术规程》执行。水泥净浆和水泥砂浆试件的尺寸均为25mm×25mm×280mm,一级配混凝土试件的尺寸为60mm×60mm×250mm,水泥砂浆和一级配混凝土的水灰比均采用三级配混凝土的实际水灰比。

  2试验结果及分析

  2.1试验结果

  外掺MgO水泥净浆、水泥砂浆、一级配混凝土的压蒸膨胀率结果见表2,其压蒸膨胀率随着MgO掺量变化的过程线见图1~6.

  2.2试验结果分析

  (1)从图1~6看到,以压蒸膨胀率不大于0.5%确定的MgO极限掺量均大于以压蒸膨胀率随MgO掺量变化曲线的拐点确定的MgO极限掺量。但是,对应于这两种判定标准,采用水泥砂浆试件和一级配混凝土试件确定的MgO极限掺量均比采用水泥净浆试件确定的MgO极限掺量高。例如,以压蒸膨胀率不大于0.5%作为混凝土中MgO极限掺量的判定标准,图2显示的未掺粉煤灰的水泥砂浆试件和一级配混凝土试件确定的MgO极限掺量分别为5.2%、6.2%,均比图1显示的水泥净浆试件测得的MgO极限掺量2.2%高;以压蒸膨胀率随MgO掺量变化曲线的拐点作为混凝土中MgO极限掺量的判定标准,图2显示的未掺粉煤灰的水泥砂浆试件和一级配混凝土试件确定的MgO极限掺量分别为4.0%、5.0%,均比图1显示的水泥净浆试件测得的MgO极限掺量2.0%高。这是因为,试件的压蒸膨胀率除了与MgO的掺量有关外,还与单位体积内MgO的绝对含量有关[9].显然,相同的MgO掺量,由于水泥砂浆试件和一级配混凝土试件中含有骨料,单位体积中MgO的绝对含量比水泥净浆试件的少,压蒸膨胀率减小,导致利用水泥砂浆试件和一级配混凝土试件确定的MgO极限掺量增大。这再次说明,按照GBNT750-1992《水泥压蒸安定性试验方法》,以水泥净浆作为压蒸试件来确定混凝土中MgO的极限掺量显得保守。相比之下,以水泥砂浆或一级配混凝土作为压蒸试件来确定外掺MgO混凝土中MgO的极限掺量更接近工程实际。

  (2)掺入粉煤灰后,对外掺MgO水泥砂浆试件和一级配混凝土试件的压蒸膨胀变形均有抑制作用,且随着粉煤灰掺量的增加,其抑制压蒸膨胀变形的能力增强,导致采用掺入粉煤灰的水泥基材料作为压蒸试件确定的MgO极限掺量增大。如图5和图6所示,若以压蒸膨胀率不大于0.5%作为混凝土中MgO极限掺量的判定标准,采用未掺粉煤灰的水泥砂浆试件和一级配混凝土试件确定的MgO极限掺量为5.2%和6.2%,而当掺入20%、40%的粉煤灰时,采用水泥砂浆试件和一级配混凝土试件确定的MgO极限掺量则分别增加到6.8%、10%和8.0%、10%.

  同时,随着粉煤灰掺量的增大,粉煤灰对不同水泥基材料压蒸膨胀变形的抑制能力有所差异。粉煤灰掺量较低时,粉煤灰对水泥砂浆试件和一级配混凝土试件压蒸膨胀变形的抑制能力基本相同;粉煤灰掺量较高时,粉煤灰对水泥砂浆试件压蒸膨胀变形的抑制能力大于一级配混凝土试件。即随着粉煤灰掺量的增大,利用水泥砂浆试件确定的MgO极限掺量的增速高于利用一级配混凝土试件确定的MgO极限掺量的增速。例如,同样以压蒸膨胀率不大于0.5%作为混凝土中MgO极限掺量的判定标准,当粉煤灰掺量为20%时,利用水泥砂浆试件和一级配混凝土试件确定的MgO极限掺量分别比未掺粉煤灰时提高了30.77%和29.03%,粉煤灰对这两种水泥基材料压蒸膨胀变形的抑制能力基本相同;当粉煤灰掺量为40%时,利用水泥砂浆试件和一级配混凝土试件确定的MgO极限掺量分别比未掺粉煤灰时提高了92.31%和61.29%,粉煤灰对水泥砂浆试件压蒸膨胀变形的抑制能力明显大于对一级配混凝土试件的。初步分析,可能是因为粉煤灰掺量相同时,单位体积水泥砂浆试件中粉煤灰的绝对含量要比一级配混凝土试件多(如表2所示)引起。当粉煤灰掺量较低时,二者的差值不明显,不足以导致粉煤灰对这两种试件压蒸膨胀变形的抑制能力产生明显差异;当粉煤灰掺量较高时,这种差值增大,导致粉煤灰对水泥砂浆试件压蒸膨胀变形的抑制能力大于一级配混凝土试件。

  (3)由图2~4可见,不论是以压蒸膨胀率不大于0.5%作为混凝土中MgO极限掺量的判定标准,还是以压蒸膨胀率随MgO掺量变化曲线的拐点作为混凝土中MgO极限掺量的判定标准,当未掺粉煤灰和粉煤灰掺量为20%时,利用一级配混凝土作为压蒸试件确定的MgO极限掺量均比利用水泥砂浆作为压蒸试件确定的MgO极限掺量高约1个百分点,这与李承木得出的结论一致[5];当粉煤灰掺量为40%时,利用水泥砂浆和一级配混凝土作为压蒸试件确定的MgO极限掺量基本相同。即利用水泥砂浆作为压蒸试件确定的MgO极限掺量小于或接近于利用一级配混凝土作为压蒸试件确定的MgO极限掺量。

  这是因为,一方面,水泥砂浆试件比一级配混凝土试件的尺寸小且不含小石,单位体积中MgO的绝对含量多(当MgO掺量相同时),且试件均匀性好、灵敏度高,导致利用水泥砂浆试件确定的MgO极限掺量低于利用一级配混凝土试件确定的MgO极限掺量。另一方面,如前所述,当粉煤灰掺量较高时,粉煤灰对水泥砂浆试件压蒸膨胀变形的抑制能力大于一级配混凝土试件,导致此时利用水泥砂浆试件确定的MgO极限掺量高于一级配混凝土试件。

  因此,当未掺粉煤灰时,只有第一方面的因素起作用;当粉煤灰掺量为20%时,粉煤灰掺量较低,第一方面的因素起主导作用;当粉煤灰掺量为40%时,两方面的因素共同导致了这两种水泥基材料确定的MgO极限掺量基本相同。

  本试验采用的水泥砂浆试件和一级配混凝土试件均能保持和原级配混凝土相同的灰砂比和水灰比。但从试件成型的难易度看,因水泥砂浆试件比一级配混凝土试件的尺寸小且不含小石,所以水泥砂浆试件比一级配混凝土试件更易成型;从试件的匀质性看,水泥砂浆试件因尺寸小,均匀性更好,揭示的压蒸膨胀变形随氧化镁和粉煤灰掺量变化的灵敏度更高。另外,一级配混凝土试件中含有粗骨料,因粗骨料与水泥石的热膨胀系数存在差异,其压蒸膨胀变形有可能被夸大,所反应的真实性不如水泥砂浆试件。因此,利用水泥砂浆作为压蒸试件确定MgO的极限掺量应更加科学合理,确定出的MgO掺量也符合安全原则。

  3结论

  (1)与水泥净浆相比,利用水泥砂浆和一级配混凝土作为压蒸试件均可提高混凝土中MgO的极限掺量。但从试件成型的难易性、试件的匀质性、MgO极限掺量的安全性等分析,利用水泥砂浆作为压蒸试件来确定MgO的极限掺量应更加科学合理。

  (2)粉煤灰对外掺MgO水泥砂浆试件和一级配混凝土试件的压蒸膨胀变形均有抑制作用。当粉煤灰掺量较低时,粉煤灰对水泥砂浆试件和一级配混凝土试件压蒸膨胀变形的抑制能力基本相同;当粉煤灰掺量较高时,粉煤灰对水泥砂浆试件压蒸膨胀变形的抑制能力大于一级配混凝土试件。当未掺粉煤灰和粉煤灰掺量为20%时,利用一级配混凝土作为压蒸试件确定的MgO极限掺量均比利用水泥砂浆作为压蒸试件确定的MgO极限掺量高约1个百分点;当粉煤灰掺量为40%时,利用水泥砂浆和一级配混凝土作为压蒸试件确定的MgO极限掺量基本相同。

  (3)以压蒸膨胀率不大于0.5%确定的MgO极限掺量均大于以压蒸膨胀率随MgO掺量变化曲线的拐点确定的MgO极限掺量。使用哪一种判定标准更能反应混凝土的实际情况,还需要结合混凝土的自生体积变形和微观结构进行进一步的研究。

  参考文献

  [1]陈昌礼,陈学茂。氧化镁膨胀剂及其在大体积混凝土中的应用[J].新型建筑材料,2007(4):60-64.

  [2]陈昌礼。氧化镁混凝土筑坝技术的应用情况分析[J].贵州水力发电,2005(2):51-53.

  [3]曹泽生,徐锦华。氧化镁混凝土筑坝技术[M].北京:中国电力出版社,2003.

  [4]李万军,李承木,等。外掺MgO混凝土压蒸安定性试验方法的探讨[J].水电站设计,2010,26(1):67-71.

  [5]李承木,陈学茂,李晓勇。关于外掺MgO混凝土压蒸安定性试验的几个问题[J].广东水利水电,2009(6):1-4.

  [6]金红伟。混凝土中外掺氧化镁安定掺量的研究[J].混凝土,2001(7):30-33.

  [7]DLNT5144-2001,水工混凝土施工规范[S].

  [8]DLNT5100-1999,水工混凝土外加剂技术规程[S].

  [9]李承木,李万军,陈学茂。混凝土级配与集料粒径对压蒸膨胀率的影响[J].水力发电,2009,35(4):38-41.

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