轻骨料自密实混凝土的实验研究

发表时间:2018/3/9   来源:《防护工程》2017年第31期   作者:梁浩
[导读] 近些年来,世界上已开发出许多新品种混凝土,而轻骨料自密实混凝土作为一种新型混凝土。

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摘要:近些年来,世界上已开发出许多新品种混凝土,而轻骨料自密实混凝土作为一种新型混凝土,兼备自密实和轻骨料混凝土的优点,应用前景广阔。文章在已有的关于自密实轻骨料混凝土性能研究的基础上,开展了进一步的试验研究,就其工作性能进行了验证,研究结果可为轻骨料自密实混凝土的工程应用提供参考。
关键词:混凝土;轻骨料自密实混凝土;性能;质量损失;动弹性模量

 
        混凝土是目前土木工程应用较多的建筑材料,自普通混凝土出现以来,得到快速的发展,通过改变混凝土的组成材料,越来越多的新型高性能混凝土(HPC)不断出现。其中,自密实轻骨料混凝土因具有良好的轻质、高强、隔热、保温、抗震等性能,而在减轻建筑物总体质量、节约工程造价、促进工业废弃物循环利用等方面发挥着日益重要的作用,符合节能和环保的要求,已成为重要的土木工程材料。但自密实轻骨料混凝土是通过有机结合之后而产生的新一类混凝土,目前对于自密实混凝土的研究还较少,下面,将通过实验的对比研究,探究轻骨料自密实混凝土的工作性能。
        1.轻骨料自密实混凝土发展概述
        20世纪初,美国人采用页岩陶粒作为骨料率先配制出轻骨料混凝土,由于其出色性能,轻骨料混凝土迅速被推广到世界各地,轻骨料混凝土在国内外已广泛应用于各种墙体和桥梁建设。轻骨料混凝土最大的特点是轻质性,比强度高,同时还兼具良好的保温性能。轻骨料自密实混凝土则是在轻骨料混凝土的基础上,调整其配合比,使其达到自密实效果,既轻质高强,又自动填充。目前轻骨料自密实混凝土最高的抗压强度在60MPa左右,实际工程中多采用强度等级在20MPa和30MPa之间的轻骨料自密实混凝土,轻骨料自密实混凝土在混凝土工程中的初步应用实例,说明了轻骨料自密实混凝土的可行性,并为轻骨料自密实混凝土在建筑工程中的大规模应用奠定了基础。
        目前,针对轻骨料自密实混凝土的研究较少,其主要集中在轻骨料混凝土和自密实混凝土的配合比设计、工作性能、力学性能和耐久性等几个方面。从目前自密实轻骨料混凝土的研究来看,配合比设计是目前研究最多的内容。由于自密实轻骨料胶体较多,使得流动性较差,但混凝土的自密实恰恰是依赖混凝土的流动能力。因此,自密实轻骨料混凝土自身的互斥性使得配合比设计称为研究的一个难点。轻骨料自密实混凝土其他方面性能的研究则基本处于空白阶段,这就是轻骨料自密实混凝土目前多用于非承重构件的原因。为了使轻骨料自密实混凝土结构在工程中得到大规模应用,进一步完善轻骨料自密实混凝土的工程资料,笔者通过设计3种不同密度等级的轻骨料自密实混凝土,研究其保温性能、抗压强度以及耐久性能,从而为实际工程应用中遇到的问题提供一定的指导和帮助。
        2.试验原材料及方法
        2.1原材料
        水泥:采用拉法基P?O42.5R普通硅酸盐水泥,其主要性能指标见表1。粉煤灰采用I级粉煤灰,其主要化学成分见表2。
        粗骨料:采用900级高强页岩陶粒,粒径为5mm~16mm连续级配,表观密度1660kg/m3。
        细骨料:采用700级陶砂,表观密度1760kg/m3。
        水:自来水。
        减水剂:聚羧酸系高性能减水剂,固含量4%。
        2.2试验方法
        配合比设计参考《自密实混凝土应用技术规程》(JGJ/T283-2012),《轻骨料混凝土技术规程》(JGJ51-2002)等,采用体积法进行本试验中轻骨料自密实混凝土配合比设计。本试验设计3种密度等级的轻骨料自密实混凝土,编号分别为:Q1900、Q1800、Q1700。
        3.结果与讨论
        3.1轻骨料自密实混凝土保温性能
        所设计的3种轻骨料自密实混凝土密度等级,试验测试结果见表3。轻骨料自密实混凝土导热系数采用导热系数测定仪进行测试,其测试结果见表4。
        从表4可看出,轻骨料自密实混凝土的导热系数随密度等级的增加而增加,同时,本试验中的3种轻骨料自密实混凝土的导热系数均明显低于普通混凝土的导热系数,但并未达到保温砂浆等保温材料的保温性能。即,在本试验的密度等级中,轻骨料自密实混凝土能够达到一定的保温效果,若要使轻骨料自密实混凝土达到保温材料的保温性能,可通过配合比调整进一步降低混凝土的密度等级。
        3.2轻骨料自密实混凝土抗压强度
        3种轻骨料自密实混凝土的抗压强度和比强度数据如图1和图2所示,其中比强度为抗压强度和密度的比值。
        从图1和图2可以看出,轻骨料自密实混凝土密度等级越高,抗压强度越高,同时其比强度也越高。密度等级1900kg/m3的轻骨料自密实混凝土7d到28d的抗压强度增长更加明显,而密度等级1800kg/m3和1700kg/m3抗压强度的增长主要集中在7d之间。Q1900组轻骨料自密实混凝土28d抗压强度已经达到C50强度等级要求,普通混凝土中C50容重以2400kg/m3计算,其比强度为0.021,图2中Q1900比强度为0.027,相比于普通混凝土,其比强度提高了28.6%,Q1800和Q1700两组轻骨料自密实混凝土比强度也均明显高于其相应强度等级的普通混凝土。混凝土的轻质化能够显著提高其比强度,轻质高强化的自密实混凝土更能在工程中体现优势,特别是在混凝土的结构工程中,高强轻质化能够在很大程度上增加结构的使用空间和降低材料的造价。
        3.3轻骨料自密实混凝土耐久性
        3.3.1抗冻性能
表1  水泥基本性能指标
 
  
        本试验采用快速冻融法进行轻骨料自密实混凝土的抗冻性试验,试验试件尺寸采用100mm×100mm×400mm的立方体,试件标养至24d后,清水浸泡4d开始进行试验。冻融循环每25次测量试件的质量损失和动弹性模量,其最终的抗冻等级以动弹性模量不低于60%或者质量损失5%的最大循环次数为准。
        三组轻骨料自密实混凝土抗冻性数据如图3和图4所示,图3和图4分别为三组试件的质量损失和动弹性模量。从图3中可以看出,Q1900和Q1800两组试件的质量损失曲线类似,并且质量损失接近,在冻融循环125次后开始出现明显的质量损失,在冻融循环300次后,其质量损失分别为1.7%和1.5%;Q1700组试件的质量损失则是明显大于Q1900和Q1800两组,在冻融循环75次时开始出现明显的质量损失,在冻融循环300次后质量损失达到4.4%。
        从图4中可以看出,Q1900和Q1800两组试件的动弹性模量同样存在类似规律的曲线,并且动弹性模量变化差别不大,在冻融循环300次后分别是94.6%和93.8%;Q1700组试件动弹性模量损失明显,在冻融循环175次后开始出现急剧下降,冻融循环300次后降至78.2%。综合质量损失和动弹性模量数据,Q1900和Q1800两组试件的抗冻性显著优于Q1700,主要在于轻骨料自密实混凝土的密度等级越低,其内部的孔隙越多,大量的孔隙为混凝土中的水分结冰提供了更多的空间,从而造成更加严重的膨胀开裂和内部的微裂纹,则越容易造成混凝土抗冻性的降低。
        3.3.2渗透性能
        本试验采用抗氯离子渗透方法进行评价轻骨料自密实混凝土的渗透性能,通过电通量测量试件的氯离子渗透,试件采用直径100mm,高50mm的圆柱体进行渗透试验,试件标准养护至28d真空饱水后进行试验。电通量结果如图5所示。
        从图5可以看出,三组轻骨料自密实混凝土的电通量并不呈线性变化规律,并不随密度等级的变化而变化,同时渗透性与其抗压强度大小没有直接的对应关系。三组轻骨料自密实混凝土试件的电通量范围在500C/m2~800C/m2之间,均明显小于普通混凝土的电通量,表明自密实的轻骨料自密实混凝土具有良好的抗氯离子渗透性能。主要在于轻骨料自密实混凝土的自密实性,使轻骨料自密实混凝土的内部结构填充的更加致密,免除由于振捣施工带来的振捣不均引起的内部结构疏松。同时,轻骨料自密实混凝土中的轻骨料具有较大的吸水性,成型和养护期间轻骨料所吸水分有助于轻骨料自密实混凝土的后期自养护,从而保证轻骨料自密实混凝土内部结构的致密性,有利于轻骨料自密实混凝土的长期性能的发展和保持。
 
  
图2比强度
 
  
图5电通量
        4.结论
        综上,轻骨料自密实混凝土作为原材料种类和施工工艺两方面创新的新型土木工程材料,
        相比于普通混凝土,工作性能良好,具有更好的保温性能、比强度和良好的耐久性能,应用前景广阔。然而,轻骨料自密实混凝土除了这些基本性能之外还包括许多其它方面重要的性能,在实际工程应用推广之前还需要对它的性能进行更全面、深入的研究,为实际工程提供更丰富的应用基础与理论依据。
参考文献:
[1]朱峰.浅谈自密实轻骨料混凝土的应用[J] 建筑建材装饰,2015(14).
[2]吴涛,岳志豪,王洁等.自密实高性能轻骨料混凝土的研究[J].硅酸盐通报,2016, 35(7):2224-2229.
 

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