水膠比下水泥-礦渣-粉煤灰-硅灰多元混料的強度和滲透效應(yīng)研究

水膠比下水泥-礦渣-粉煤灰-硅灰多元混料的強度和滲透效應(yīng)研究

0混料設(shè)計與問題的提出近年來，隨著混凝土技術(shù)的快速設(shè)計和巨大化，當(dāng)前混凝土預(yù)制量的增加，泵送混凝土得到了長期發(fā)展。目前，中國泵送混凝土中的混合成分用量相當(dāng)大。許多混凝土和工程專家研究了混合材料對混凝土強度和耐久性的影響，但在相同的水平比下，混合材料的強度和耐久性的影響仍不夠。為深入探索同一水膠比下混凝土中水泥-礦渣-粉煤灰-硅灰多元摻合料對強度和耐久性的混料效應(yīng),本文通過混料設(shè)計,研究了同一水膠比下混凝土水泥、礦渣、粉煤灰和硅灰混料因子對7、28d抗壓強度和28d電通量的影響。除對試驗結(jié)果直接分析外,按多元混料回歸設(shè)計的方法建立了相應(yīng)的回歸方程,通過約束條件下繪制出三角坐標(biāo)混料等高線圖,描述混料因子間的相互影響。通過SEM結(jié)果分析三元礦物摻合料對混凝土材料的顯微結(jié)構(gòu)的改善。1原材料、試驗方法和試驗設(shè)計1.1巖石材料和礦渣粉的制備(1)水泥:選用冀東牌P·O42.5水泥,其化學(xué)成分見表1,性能指標(biāo)見表2。(2)細(xì)集料:按現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)規(guī)定檢驗,細(xì)集料為第二級配區(qū)中砂。(3)石:采用5~25mm連續(xù)級配的蘇家屯區(qū)康家山花崗巖碎石。(4)粉煤灰:選用沈海熱電廠I級粉煤灰,需水量比為90%,45μm篩篩余量為11.7%,符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中I級粉煤灰的技術(shù)性能指標(biāo)要求,如表3。(5)粒化高爐礦渣粉:選用鞍鋼11#爐前水淬渣,顏色呈黃白色,密度2.87g/cm3,主要礦物成分為鈣鋁黃長石(2CaO·Al2O3·SiO2)、鎂黃長石(2CaO·MgO·2SiO2)、硅酸二鈣(2CaO·SiO2)等礦物。玻璃體含量為95%,質(zhì)量系數(shù)>1.2,其主要化學(xué)成分見表4。(6)硅灰:沈陽市建愷特種工程材料有限公司生產(chǎn),灰白色粉末,平均粒徑在0.15μm。其化學(xué)成分及細(xì)度如表5所示。(7)減水劑:沈陽市依力達(dá)建筑外加劑廠生產(chǎn)的WJF聚羧酸高效減水劑,減水率為30%。(8)拌合水:滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的自來水。1.2混凝土性能測試新拌混凝土坍落度控制在120~150mm。按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能測試方法》測定混凝土7、28d強度,本試驗試塊規(guī)格為100mm×100mm×100mm?；炷翝B透性試驗采用ASTMC1202直流電量法,對混凝土電通量進(jìn)行測試。測試儀器為武漢尚品科技公司產(chǎn)LRNY-1型多功能氯離子滲透測量儀,測試試樣為養(yǎng)護(hù)28d的準(zhǔn)100mm×50mm圓柱形混凝土試件。試驗設(shè)備如圖1所示。1.3模型的建立和約束為探索粉煤灰(F)、礦渣(S)和硅灰(SF)摻合料對混凝土強度以及抗氯離子滲透性的影響,確定的考核指標(biāo)為7、28d抗壓強度和28d電通量。采用四分量混料設(shè)計,約束條件如下:模型的混料設(shè)計譜點見圖2。相應(yīng)的多項式混料模型為:根據(jù)混料設(shè)計譜點,計算的實際配合比見表6。2試驗結(jié)果與分析2.1試驗結(jié)果分析同一水膠比下各混料因素對7、28d抗壓強度和電通量影響的測試結(jié)果見表7。從表7的試驗結(jié)果可以看出,單摻硅灰的抗壓強度最高,電通量最低,且隨著摻量增大,性能更好,但工程中較高的硅灰摻量會增加混凝土的成本。在28d抗壓強度滿足設(shè)計要求的情況下,粉煤灰摻量和礦渣摻量分別在50%時的電通量和三元摻合料的電通量值也非常好。2.2應(yīng)用回歸方程的方差分析表7的試驗結(jié)果經(jīng)統(tǒng)計分析,得到7、28d抗壓強度和28d電通量的混料數(shù)學(xué)模型如式(3)~(5)。式中:R7———混凝土7d抗壓強度,MPa;R28——混凝土28d抗壓強度,MPa;Q——混凝土28d電通量,C;xc——水泥的混料比率;xs———礦渣的混料比率;xf———粉煤灰的混料比率;xsf———硅灰的混料比率?；貧w方程(3)的相關(guān)系數(shù)r=0.976,方程(4)的相關(guān)系數(shù)r=0.982,方程(5)的相關(guān)系數(shù)r=0.999表明3個回歸方程相關(guān)性非常好?；貧w方程及交互作用回歸系數(shù)的方差分析見表8。由方差分析可知,3個回歸方程都是非常顯著的,在交互作用因素中,水泥混料比率和礦渣混料比率的交互作用因子(xcxs)對混凝土7d抗壓強度影響顯著,礦渣混料比率和粉煤灰混料比率的交互作用因子(xsxf)對混凝土28d抗壓強度的影響非常顯著,水泥混料比率和礦渣混料比率(xcxs)、水泥混料比率和硅灰混料比率(xcxsf)、礦渣混料比率和粉煤灰混料比率(xsxf)的交互作用因子對混凝土28d電通量影響非常顯著。回歸方程的擬合結(jié)果見表9。由表9可知,擬合的精度良好。2.3單摻不同水膠比下的混凝土增強和充填材料的交互作用為深入分析交互作用因子的影響規(guī)律,根據(jù)方程式(3)繪制的水泥混料比率和礦渣混料比率的交互作用因子(xcxs)對混凝土7d抗壓強度(R7)的效應(yīng)如圖3所示;根據(jù)方程(4)繪制的礦渣混料比率和粉煤灰混料比率的交互作用因子(xsxf)對混凝土28d抗壓強度(R28)的效應(yīng)如圖4所示;根據(jù)方程(5)繪制的水泥混料比率和礦渣混料比率(xcxs)、水泥混料比率和硅灰混料比率(xcxsf)、礦渣混料比率和粉煤灰混料比率(xsxf)的交互作用因子對混凝土28d電通量(Q)的效應(yīng)如圖5所示。由圖3可知,同種水膠比條件下,單摻粉煤灰和單摻礦渣對于7d抗壓強度均產(chǎn)生負(fù)效應(yīng),而粉煤灰與礦渣配合適當(dāng)條件下,可制備7d抗壓強度較高的混凝土。由圖4可知,同種水膠比條件下,礦渣與粉煤灰的交互作用對28d抗壓強度具有顯著增強效果。由圖5(a)可知,同種水膠比條件下,單一的粉煤灰組分和礦渣組分對改善混凝土的抗?jié)B透性有顯著的效果,粉煤灰和礦渣的交互作用對抗?jié)B透性的改善具有更顯著的效果。由圖5(b)可知,同種水膠比條件下,隨著硅灰摻量的增大,混凝土的抗?jié)B透性得到明顯的改善,水泥與硅灰的交互作用具有同樣的效果。3混凝土顯微結(jié)構(gòu)將空白試樣與三元摻合料試樣進(jìn)行掃描電鏡顯微分析,經(jīng)對比發(fā)現(xiàn),空白試樣顯微缺陷較多,加入摻合料的的混凝土其顯微結(jié)構(gòu)均比較致密。具體情況見圖4。4混料和混料的交互作用(1)單摻硅灰的抗壓強度最高,電通量最低,且隨著摻量增大,性能更好,但工程中較高的硅灰摻量會增加混凝土的成本。在28d抗壓強度滿足設(shè)計要求的情況下,粉煤灰摻量和礦渣摻量分別在50%時的電通量和三元摻合料的電通量值也非常好。(2)建立的四元混料模型回歸方程具有很好的相關(guān)性,3個回歸方程都是非常顯著的,在交互作用因素中,水泥混料比率和礦渣混料比率的交互作用因子對混凝土7d抗壓強度影響顯著,礦渣混料比率和粉煤灰混料比率的交互作用因子對混凝土28d抗壓強度的影響非常顯著,水泥混料比率和礦渣混料比率、水泥混料比率和硅灰混料比率、礦渣混料比率和粉煤灰混料比率的交互作用因子對混凝土28d電通量影響非常顯著?；貧w方程的擬合的精度良好。(3)在約束條件下繪制的三角坐標(biāo)混料等高線很好地反映了混料因子間的內(nèi)在規(guī)律,同種水膠比條件下,單摻粉煤灰和單摻礦渣對于7d抗壓強度均產(chǎn)生負(fù)效應(yīng),而粉煤灰與礦渣配合適當(dāng)條件下,可制備7d抗壓強度較高的混凝土。礦渣與粉煤灰的交互作用對28d抗壓強度具有顯著增強效果。同