蒸養(yǎng)條件下膠凝材料顆粒級配對混凝土強度的影響分析

1、蒸養(yǎng)條件下膠凝材料顆粒級配對混凝土強度的影響分析【摘要】：混凝土結構主要用來承受各種作用力，強度是混凝土最重要的力學性能。而混凝土的強度關系著其它性能要求，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，分析研究了膠凝材料顆粒分布對蒸養(yǎng)混凝土強度的作用機理和影響，證實了當不同細度的粉體膠凝材料復合摻配時，不僅顆?？梢曰ハ嘌a充，并且當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，水泥漿體的密實度和蒸養(yǎng)混凝土的強度都有著明顯的改善和提高。 【關鍵詞】：顆粒分布 顆粒堆積密度 微觀結構 中圖分類號：O648文獻標識碼： A 文章編號： 前

2、言 水泥凝膠體凝結硬化過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度。因此為增加水泥基材料結構的密實性、降低凝膠體內(nèi)部空隙率，研究人員非常注意粗細骨料的顆粒級配及合理搭配。但往往忽略了膠凝材料顆粒的級配問題。隨著科技的發(fā)展，人們逐漸發(fā)現(xiàn)將不同細度的粉體顆粒合理摻配后，應用于蒸汽養(yǎng)護混凝土預制構件中，可有效的提高混凝土的早期和后期強度。因此加強對膠凝材料顆粒級配問題的研究具有重要意義。 1粒度分布對水泥強度的影響 1.1各粒級顆粒含量對水泥性能的影響 K.Kuhlmann等人認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、高強度效果較為明顯。如果將粉顆粒分為4個粒級，則0-3的顆粒會有1天特別高的強度，3-25的顆粒會有90天很高的強度，這兩個粒級幾乎可獲得28天相同強度。并且通過研究，一些學者也提出了由于水泥中3-30的顆粒對強度起重要作用，因此其重量比例不應低于65%，其中16-24的應占大多數(shù)，3以下的不能高于10%。還有人認為顆粒大小分布十分重要，為達到最大的堆積密度，必須嚴格控制粗細顆粒的比例。 1.2顆粒分布寬窄對水泥性能的影響 在20世紀50年代，普遍認為由于粗顆粒水化速度慢，因此顆粒級配較窄的水泥有利于強度的提高。70年代通過試驗證明，相同比表面積下，顆粒分布越窄，水化愈快，強度愈高。隨后Fng

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

5、inze等學者認為Fuller曲線也可以用來反映細粉部分顆粒分布規(guī)律。并綜合考慮了顆粒形狀和表面特性，A. Hummel等學者將此表達式修改為（d：各分級篩孔尺寸或分級粒徑，m：集料顆粒特性指數(shù)）： （公式2） 在德國水泥廠協(xié)會的研究報告中，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，同時也作為水泥、砂漿及混凝土的評價標準。國外探討水泥最佳堆積密度的顆粒分布時，通常劃分為膠凝材料：063；混凝土細粉：0125；水泥標準試體砂漿或混凝土細砂：02000。通過公式3計算各級顆粒如表1，并繪制Fuller理想篩析曲線如圖1. 表1顆粒累計含量 圖

6、10125m 粒徑的 Fuller 曲線 3原材料及試驗方法 3.1原材料 原材料包括PO52.5 級水泥、S95級礦粉、級粉煤灰、級微硅粉、級漂珠、石膏粉等，原材料化學組成見表2。 表2原材料的化學組成 3.2配合比 為考察不同級配膠凝材料在蒸養(yǎng)條件下對混凝土不同齡期抗壓強度的影響，對混凝土進行配合比，具體如表3。并在成型后，靜停2小時，然后在0.100.15MPa壓力下，90溫度6小時內(nèi)進行常壓蒸汽養(yǎng)護。然后測試1d、3d、28d 抗壓強度。 表3混凝土配合比kg/m3 4試驗結果與討論 4.1粉體樣品粒度分布實測值與 Fuller 曲線計算值對比分析 通過激光粒度儀對膠凝材料進行顆粒粒徑

7、分布分析，如圖2。通過曲線可看出明顯區(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膠凝材料顆粒級配的優(yōu)化調(diào)整 為調(diào)整的粒徑分布曲線，設計了如表4的四種方案。按照方案配比的粒徑分布曲線和對混凝土強度的影響如圖3、圖4。從圖中可看出當顆粒級配分布曲線無限接近富勒曲線時，蒸養(yǎng)混凝土的抗壓強度有了顯著的提高，尤其是在前期提高效果更為明顯。其中方案1對于早期強度提高效果較為明顯，但當28d時，強度有所下降。通過分析抗壓強度在大于90MPa時，骨料破碎嚴重導致了強度偏離。 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顆粒級配對混凝土強度的影響 結語 本文通過實驗分析，關于膠凝材料顆粒級配對蒸養(yǎng)條件下水泥強度的影響得出以下結論： 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法滿足其要求，因此，為改善膠凝材料顆粒級配作用，可摻入比水泥顆粒更細的礦物摻合料； b）由于不同細度分析膠凝材料在復合摻配時顆?？梢韵嗷パa充，當其粒徑分布與緊密堆積狀態(tài)的要求相接近時，水泥漿體的強度有著顯著的提高； c）當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，混凝土強度、水泥膠凝體的微觀結構都有了明顯的改善。 參考文獻： 【1】李瀅. 礦物摻合料的顆粒級配對水泥砂漿性能的影響J.青島大學學報：自然科學版, 2007(2): 48-52. 【2】胡如進 , 李琳 , 王善拔. 水泥顆粒級配的優(yōu)化 J. 水泥 ,2005(8):