確定MgO極限摻量壓蒸試驗(yàn)的水泥基材料選擇論文

時(shí)間：2024-08-04 11:39:57 材料畢業(yè)論文我要投稿

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　　0引言

確定MgO極限摻量壓蒸試驗(yàn)的水泥基材料選擇論文

　　在水工大體積混凝土中適當(dāng)外摻特制的輕燒氧化鎂（MgO）,可以補(bǔ)償混凝土的收縮變形，提高混凝土自身的抗裂能力，從而達(dá)到簡(jiǎn)化大體積混凝土溫控措施、加快施工進(jìn)度和節(jié)省工程投資的目的[1].目前，確定水工大體積混凝土中MgO極限摻量可參照的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為GBNT750-1992《水泥壓蒸安定性試驗(yàn)方法》。該方法采用水泥凈漿作為壓蒸試件，以壓蒸膨脹率0.5%時(shí)對(duì)應(yīng)的MgO摻量作為混凝土中MgO的極限摻量。由于水泥凈漿不含原級(jí)配混凝土中的粗細(xì)骨料，當(dāng)MgO摻率相同時(shí)，相同體積水泥凈漿中MgO的絕對(duì)含量要比原級(jí)配混凝土的多得多，測(cè)出的壓蒸膨脹率自然多得多，所以大多專家認(rèn)為用此方法確定的MgO極限摻量偏少，或者說(shuō)過(guò)于保守[2].為了提高混凝土中MgO的極限摻量，目前除《水泥砂漿安定性試驗(yàn)方法（試行）》[3]規(guī)定采用水泥砂漿作為壓蒸試件來(lái)確定混凝土中MgO的極限摻量外，還有廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)DB44NT703-2010《外摻氧化鎂混凝土不分橫縫拱壩技術(shù)導(dǎo)則》、貴州省地方標(biāo)準(zhǔn)DB52NT720-2010《全壩外摻氧化鎂混凝土拱壩技術(shù)規(guī)程》規(guī)定采用水泥砂漿或一級(jí)配混凝土作為壓蒸試件來(lái)確定混凝土中MgO的極限摻量。但是，水泥砂漿和一級(jí)配混凝土這兩種試件，哪種用來(lái)做壓蒸試驗(yàn)更科學(xué)合理呢？李承木、李萬(wàn)軍、金紅偉[4-6]等專家的研究結(jié)果表明，利用水泥砂漿和一級(jí)配混凝土作為壓蒸試件確定的MgO極限摻量存在差異。李承木推薦以一級(jí)配混凝土作為壓蒸試件[5]

　　.筆者認(rèn)為，此問(wèn)題的回答需要進(jìn)一步研究。為此，試驗(yàn)研究了水泥砂漿試件和一級(jí)配混凝土試件在不同MgO摻量及不同粉煤灰摻量情況下的壓蒸膨脹率，試圖找出更適合做壓蒸試驗(yàn)的水泥基材料，以期為MgO混凝土的研究及應(yīng)用提供參考資料。

　　1原材料與試驗(yàn)方法

　　1.1原材料

　�。�1）水泥：貴州水城拉法基P·O42.5級(jí)水泥，密度2.99gNcm3,比表面積268m2Nkg,標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量24.7%,安定性合格，其主要化學(xué)成分見表1.

　�。�2）MgO:遼寧省海城市東方滑鎂公司生產(chǎn)的輕燒MgO,純度90.2%,密度3.23gNcm3,化學(xué)成分見表1.

　�。�3）粉煤灰：貴州野馬寨發(fā)電廠加工的II級(jí)粉煤灰，密度2.45gNcm3,細(xì)度（0.045mm篩篩余）為13.55%,需水量比90.8%,化學(xué)成分見表1.

　　（4）粗細(xì)骨料：試驗(yàn)所用骨料為貴州某水電站工地的灰?guī)r人工砂石料。人工砂的細(xì)度模數(shù)為3.35,顆粒級(jí)配良好，屬于I區(qū)粗砂，石粉含量為14.20%.粗骨料由工地加工成直徑5~20mm的小石，級(jí)配良好，滿足水工混凝土用粗骨料的質(zhì)量要求[7].

　�。�5）外加劑：試驗(yàn)所用外加劑為萘系高效減水劑，其品質(zhì)符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)[8].

　　1.2試驗(yàn)配合比和試驗(yàn)方法

　　1.2.1試驗(yàn)配合比

　　水泥凈漿、水泥砂漿、一級(jí)配混凝土的配合比見表2.

　　1.2.2試驗(yàn)方法

　　水泥凈漿的拌制、成型、壓蒸和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理按照GBNT750-1992《水泥壓蒸安定性試驗(yàn)方法》執(zhí)行；水泥砂漿的拌制、成型、壓蒸和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理參照《水泥砂漿安定性試驗(yàn)方法（試行）》[3]執(zhí)行，用水泥砂漿試件代替水泥凈漿試件進(jìn)行壓蒸試驗(yàn)。制作一級(jí)配混凝土試件時(shí)，是扣除三級(jí)配混凝土實(shí)際配合比中的中石和大石后再稱量其他各種原材料，然后進(jìn)行拌制和成型。一級(jí)配混凝土試件的壓蒸、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理參照貴州省地方標(biāo)準(zhǔn)DB52NT720-2010《全壩外摻氧化鎂混凝土拱壩技術(shù)規(guī)程》執(zhí)行。水泥凈漿和水泥砂漿試件的尺寸均為25mm×25mm×280mm,一級(jí)配混凝土試件的尺寸為60mm×60mm×250mm,水泥砂漿和一級(jí)配混凝土的水灰比均采用三級(jí)配混凝土的實(shí)際水灰比。

　　2試驗(yàn)結(jié)果及分析

　　2.1試驗(yàn)結(jié)果

　　外摻MgO水泥凈漿、水泥砂漿、一級(jí)配混凝土的壓蒸膨脹率結(jié)果見表2,其壓蒸膨脹率隨著MgO摻量變化的過(guò)程線見圖1~6.

　　2.2試驗(yàn)結(jié)果分析

　�。�1）從圖1~6看到，以壓蒸膨脹率不大于0.5%確定的MgO極限摻量均大于以壓蒸膨脹率隨MgO摻量變化曲線的拐點(diǎn)確定的MgO極限摻量。但是，對(duì)應(yīng)于這兩種判定標(biāo)準(zhǔn)，采用水泥砂漿試件和一級(jí)配混凝土試件確定的MgO極限摻量均比采用水泥凈漿試件確定的MgO極限摻量高。例如，以壓蒸膨脹率不大于0.5%作為混凝土中MgO極限摻量的判定標(biāo)準(zhǔn)，圖2顯示的未摻粉煤灰的水泥砂漿試件和一級(jí)配混凝土試件確定的MgO極限摻量分別為5.2%、6.2%,均比圖1顯示的水泥凈漿試件測(cè)得的MgO極限摻量2.2%高；以壓蒸膨脹率隨MgO摻量變化曲線的拐點(diǎn)作為混凝土中MgO極限摻量的判定標(biāo)準(zhǔn)，圖2顯示的未摻粉煤灰的水泥砂漿試件和一級(jí)配混凝土試件確定的MgO極限摻量分別為4.0%、5.0%,均比圖1顯示的水泥凈漿試件測(cè)得的MgO極限摻量2.0%高。這是因?yàn)椋嚰膲赫襞蛎浡食伺cMgO的摻量有關(guān)外，還與單位體積內(nèi)MgO的絕對(duì)含量有關(guān)[9].顯然，相同的MgO摻量，由于水泥砂漿試件和一級(jí)配混凝土試件中含有骨料，單位體積中MgO的絕對(duì)含量比水泥凈漿試件的少，壓蒸膨脹率減小，導(dǎo)致利用水泥砂漿試件和一級(jí)配混凝土試件確定的MgO極限摻量增大。這再次說(shuō)明，按照GBNT750-1992《水泥壓蒸安定性試驗(yàn)方法》，以水泥凈漿作為壓蒸試件來(lái)確定混凝土中MgO的極限摻量顯得保守。相比之下，以水泥砂漿或一級(jí)配混凝土作為壓蒸試件來(lái)確定外摻MgO混凝土中MgO的極限摻量更接近工程實(shí)際。

　�。�2）摻入粉煤灰后，對(duì)外摻MgO水泥砂漿試件和一級(jí)配混凝土試件的壓蒸膨脹變形均有抑制作用，且隨著粉煤灰摻量的增加，其抑制壓蒸膨脹變形的能力增強(qiáng)，導(dǎo)致采用摻入粉煤灰的水泥基材料作為壓蒸試件確定的MgO極限摻量增大。如圖5和圖6所示，若以壓蒸膨脹率不大于0.5%作為混凝土中MgO極限摻量的判定標(biāo)準(zhǔn)，采用未摻粉煤灰的水泥砂漿試件和一級(jí)配混凝土試件確定的MgO極限摻量為5.2%和6.2%,而當(dāng)摻入20%、40%的粉煤灰時(shí)，采用水泥砂漿試件和一級(jí)配混凝土試件確定的MgO極限摻量則分別增加到6.8%、10%和8.0%、10%.

　　同時(shí)，隨著粉煤灰摻量的增大，粉煤灰對(duì)不同水泥基材料壓蒸膨脹變形的抑制能力有所差異。粉煤灰摻量較低時(shí)，粉煤灰對(duì)水泥砂漿試件和一級(jí)配混凝土試件壓蒸膨脹變形的抑制能力基本相同；粉煤灰摻量較高時(shí)，粉煤灰對(duì)水泥砂漿試件壓蒸膨脹變形的抑制能力大于一級(jí)配混凝土試件。即隨著粉煤灰摻量的增大，利用水泥砂漿試件確定的MgO極限摻量的增速高于利用一級(jí)配混凝土試件確定的MgO極限摻量的增速。例如，同樣以壓蒸膨脹率不大于0.5%作為混凝土中MgO極限摻量的判定標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)粉煤灰摻量為20%時(shí)，利用水泥砂漿試件和一級(jí)配混凝土試件確定的MgO極限摻量分別比未摻粉煤灰時(shí)提高了30.77%和29.03%,粉煤灰對(duì)這兩種水泥基材料壓蒸膨脹變形的抑制能力基本相同；當(dāng)粉煤灰摻量為40%時(shí)，利用水泥砂漿試件和一級(jí)配混凝土試件確定的MgO極限摻量分別比未摻粉煤灰時(shí)提高了92.31%和61.29%,粉煤灰對(duì)水泥砂漿試件壓蒸膨脹變形的抑制能力明顯大于對(duì)一級(jí)配混凝土試件的。初步分析，可能是因?yàn)榉勖夯覔搅肯嗤瑫r(shí)，單位體積水泥砂漿試件中粉煤灰的絕對(duì)含量要比一級(jí)配混凝土試件多（如表2所示）引起。當(dāng)粉煤灰摻量較低時(shí)，二者的差值不明顯，不足以導(dǎo)致粉煤灰對(duì)這兩種試件壓蒸膨脹變形的抑制能力產(chǎn)生明顯差異；當(dāng)粉煤灰摻量較高時(shí)，這種差值增大，導(dǎo)致粉煤灰對(duì)水泥砂漿試件壓蒸膨脹變形的抑制能力大于一級(jí)配混凝土試件。

　�。�3）由圖2~4可見，不論是以壓蒸膨脹率不大于0.5%作為混凝土中MgO極限摻量的判定標(biāo)準(zhǔn)，還是以壓蒸膨脹率隨MgO摻量變化曲線的拐點(diǎn)作為混凝土中MgO極限摻量的判定標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)未摻粉煤灰和粉煤灰摻量為20%時(shí)，利用一級(jí)配混凝土作為壓蒸試件確定的MgO極限摻量均比利用水泥砂漿作為壓蒸試件確定的MgO極限摻量高約1個(gè)百分點(diǎn)，這與李承木得出的結(jié)論一致[5];當(dāng)粉煤灰摻量為40%時(shí)，利用水泥砂漿和一級(jí)配混凝土作為壓蒸試件確定的MgO極限摻量基本相同。即利用水泥砂漿作為壓蒸試件確定的MgO極限摻量小于或接近于利用一級(jí)配混凝土作為壓蒸試件確定的MgO極限摻量。

　　這是因?yàn)�，一方面，水泥砂漿試件比一級(jí)配混凝土試件的尺寸小且不含小石，單位體積中MgO的絕對(duì)含量多（當(dāng)MgO摻量相同時(shí)）,且試件均勻性好、靈敏度高，導(dǎo)致利用水泥砂漿試件確定的MgO極限摻量低于利用一級(jí)配混凝土試件確定的MgO極限摻量。另一方面，如前所述，當(dāng)粉煤灰摻量較高時(shí)，粉煤灰對(duì)水泥砂漿試件壓蒸膨脹變形的抑制能力大于一級(jí)配混凝土試件，導(dǎo)致此時(shí)利用水泥砂漿試件確定的MgO極限摻量高于一級(jí)配混凝土試件。

　　因此，當(dāng)未摻粉煤灰時(shí)，只有第一方面的因素起作用；當(dāng)粉煤灰摻量為20%時(shí)，粉煤灰摻量較低，第一方面的因素起主導(dǎo)作用；當(dāng)粉煤灰摻量為40%時(shí)，兩方面的因素共同導(dǎo)致了這兩種水泥基材料確定的MgO極限摻量基本相同。

　　本試驗(yàn)采用的水泥砂漿試件和一級(jí)配混凝土試件均能保持和原級(jí)配混凝土相同的灰砂比和水灰比。但從試件成型的難易度看，因水泥砂漿試件比一級(jí)配混凝土試件的尺寸小且不含小石，所以水泥砂漿試件比一級(jí)配混凝土試件更易成型；從試件的勻質(zhì)性看，水泥砂漿試件因尺寸小，均勻性更好，揭示的壓蒸膨脹變形隨氧化鎂和粉煤灰摻量變化的靈敏度更高。另外，一級(jí)配混凝土試件中含有粗骨料，因粗骨料與水泥石的熱膨脹系數(shù)存在差異，其壓蒸膨脹變形有可能被夸大，所反應(yīng)的真實(shí)性不如水泥砂漿試件。因此，利用水泥砂漿作為壓蒸試件確定MgO的極限摻量應(yīng)更加科學(xué)合理，確定出的MgO摻量也符合安全原則。

　　3結(jié)論

　�。�1）與水泥凈漿相比，利用水泥砂漿和一級(jí)配混凝土作為壓蒸試件均可提高混凝土中MgO的極限摻量。但從試件成型的難易性、試件的勻質(zhì)性、MgO極限摻量的安全性等分析，利用水泥砂漿作為壓蒸試件來(lái)確定MgO的極限摻量應(yīng)更加科學(xué)合理。

　�。�2）粉煤灰對(duì)外摻MgO水泥砂漿試件和一級(jí)配混凝土試件的壓蒸膨脹變形均有抑制作用。當(dāng)粉煤灰摻量較低時(shí)，粉煤灰對(duì)水泥砂漿試件和一級(jí)配混凝土試件壓蒸膨脹變形的抑制能力基本相同；當(dāng)粉煤灰摻量較高時(shí)，粉煤灰對(duì)水泥砂漿試件壓蒸膨脹變形的抑制能力大于一級(jí)配混凝土試件。當(dāng)未摻粉煤灰和粉煤灰摻量為20%時(shí)，利用一級(jí)配混凝土作為壓蒸試件確定的MgO極限摻量均比利用水泥砂漿作為壓蒸試件確定的MgO極限摻量高約1個(gè)百分點(diǎn)；當(dāng)粉煤灰摻量為40%時(shí)，利用水泥砂漿和一級(jí)配混凝土作為壓蒸試件確定的MgO極限摻量基本相同。

　�。�3）以壓蒸膨脹率不大于0.5%確定的MgO極限摻量均大于以壓蒸膨脹率隨MgO摻量變化曲線的拐點(diǎn)確定的MgO極限摻量。使用哪一種判定標(biāo)準(zhǔn)更能反應(yīng)混凝土的實(shí)際情況，還需要結(jié)合混凝土的自生體積變形和微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

　　參考文獻(xiàn)：

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