尼克水電站骨料針片狀顆粒對混凝土性能的影響

王兆云

(新疆水利水電勘測設計研究院,新疆 烏魯木齊　830000)

1　料場概況

尼克水電站工程主要由攔河引水渠首、引水渠及發電系統組成。電站引水線路總長約31 km,總裝機容量為200 MW,引水設計流量為130 m3/s,工程規模為Ⅲ等中型工程。

其中C6料場處于引水線路中后段的尼克河床內,距渠線約450 m,距發電廠房約6.5 km,料場總儲量約140萬m3,是電站引水渠后段和廠房較合適料原。根據試驗成果,料場礫石作為粗骨料,針片狀顆粒含量18.1%～23.4%,平均值21.5%,超出規范要求,按照有關規范和規程,應對C6料場進行配合比專題試驗研究后,才能確定該料場作為骨料的可行性。

2　研究思路和意義

骨料是水泥混凝土材料的重要組成部分,通常占混凝土總體積的70%以上,而粗集料顆粒有渾圓狀、多棱角狀、針狀和片狀四種類型的形狀。其中,較好的是接近球體或立方體的渾圓狀和多棱角狀顆粒[1]。而呈細長、扁平的針狀和片狀顆粒對水泥混凝土的和易性、強度和穩定性等性能有著不良影響,因此,在骨料中應限制針片狀顆粒含量。

目前國內研究針片狀顆粒對C30和C50混凝土性能影響較多,對C20混凝土的研究較少,根據宋偉等對C30和C50混凝土的研究結果表明:針片狀含量的變化,無論是對低強度等級的C30混凝土還是對高強度等級的C50混凝土的工作性能都有著一定的影響,針片狀含量對試驗的兩個強度等級混凝土的抗壓強度也有較大影響,尤其是針片狀含量超過16%之后,隨含量增加,混凝土的抗壓強度降低明顯[2]。

本文采用不同針片狀含量粗骨料所配制的C20強度等級的混凝土,粗骨料針片狀顆粒含量分別控制在5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%進行配合比試驗,研究隨著針片狀顆粒含量的增加,混凝土強度和耐久性的變化趨勢,初步探討粗骨料中針片狀顆粒含量對C20混凝土性能所產生的影響,為工程混凝土骨料場的選擇提供參考。

3　混凝土原材料

混凝土試驗采用的是新疆天山水泥廠生產的P·O42.5水泥。其水泥物理、力學性能檢測結果見表1。

試驗采用的是新疆新華天粉煤灰技術開發有限公司生產的Ⅰ級粉煤灰,其技術性質檢測結果見表2。

配合比采用五杰外加劑廠生產的PMS-NEA3引氣劑和NF-1高效減水劑。

試驗細骨料采用C6料場篩分水洗后的砂,含泥量為1.5%,細度模數3.08。粗骨料采用C6料場篩分后的5～20 mm,20～40 mm兩種規格的礫石。所用的針片狀顆粒從原料中人工挑揀出來。不同含量的針片狀顆粒數量就在自然條件下針片狀顆粒含量的基礎上,按不同單粒級的比例,通過計算確定各單粒級骨料需要增加的針片狀顆粒數量。

表1　水泥性能檢測結果

表2　粉煤灰物理、化學性能檢測結果

4　混凝土配合比試驗

此次配合比試驗擬定二級配混凝土：小石∶中石=40∶60,水膠比0.45,膠材中摻20%的Ⅰ級粉煤灰,砂率為32%～33%,相對應每組配合比膠凝材料用量相同,用水量相同,坍落度和含氣量控制在基本相同的范圍內,以保證試驗在基本相同的條件下試驗數據更加準確,更有針對性和可比性。混凝土配合比試驗成果見表3,混凝土力學性能試驗成果見表4。

表3　配合比原材料用量表

表4　不同針片狀含量混凝土力學性質及抗凍試驗成果表

5　試驗成果分析

5.1　針片狀顆粒含量對混凝土拌合物工作性能的影響

由表3的結果可以看出,隨著骨料中針片狀含量的增加,混凝土拌合物的坍落度總體呈降低趨勢,其最小值仍在工程要求的范圍內,但在針片狀含量<25%時降低趨勢不明顯,>25%時呈現出較明顯的降低趨勢。這是因為,針片狀顆粒比表面積大,吸水性強,從而使混凝土拌合物坍落度降低,粘聚性變差,并且由于針片狀顆粒與其周圍骨料的嵌擠咬合力弱而使得混凝土拌合物有一定的離析趨勢,從而降低混凝土的流動性。而含氣率則變化不大,說明針片狀顆粒的影響存在但不明顯。

5.2　針片狀顆粒含量對混凝土力學性能的影響

抗壓強度是混凝土的最基本性能,混凝土的強度主要取決于凝膠體孔隙率或膠空比,作為一種多相復合材料,雖然硬化水泥石在很大程度上決定著混凝土的強度,但骨料也是混凝土不可忽視的組成部分,對混凝土的強度也會產生較大的影響。骨料中針片狀顆粒存在,直接影響了骨料的壓碎值指標,也就是降低了骨料本身的強度,而且針片狀顆粒的增多使得孔隙率變大,并容易在片狀顆粒下面富集過多的自由水,形成水囊,造成水泥漿與骨料的黏結減弱,水泥漿的實際水灰比也因為多余水分的存在而大于本體中的水灰比,從而使得該部分的水泥石結構比較疏松,強度較低[3]。

從圖1、圖2和表4可看出,對于C20混凝土來說,隨著針片含量的增加混凝土的抗壓強度及劈裂抗拉強度呈下降趨勢。但是在骨料針片狀顆粒含量<25%時,針片狀顆粒含量每增加5%,28 d抗壓強度減小幅度約1%～3%,針片狀顆粒對混凝土抗壓強度的影響不占主導地位;但隨著針片狀顆粒含量>25%后,隨著針片狀顆粒含量的增加混凝土抗壓強度下降較為明顯,針片狀顆粒含量每增加5%,28 d抗壓強度減小幅度約5%～10%,當針片的含量在30%時,28 d抗壓強度值下降了17%左右,當針片的含量在35%時,28 d抗壓強度值下降了21%左右。

圖1　不同針片狀含量時混凝土的抗壓強度

圖2　不同針片狀含量時混凝土的劈拉強度

5.3　針片狀顆粒含量對混凝土抗凍性能的影響

從表4的凍融循環試驗可看出,隨著針片狀顆粒的增加混凝土的凍融質量損失略有降低,而動彈性模量損失的變化不明顯,也就是說骨料中針片狀顆粒的存在對混凝土的抗凍性影響不大。

5.4　摻合粉煤灰對混凝土性能的影響

從表3、表4可看出,原料摻加20%粉煤灰后,混凝土坍落度比原料不摻降低了30 mm,工作性能明顯變差,說明粉煤灰的摻入工作性能影響較大;混凝土抗壓強度與原料相比基本沒有變化,混凝土的抗壓強度指標基本沒有影響;而劈裂抗拉強度和抗凍性指標與原料相比均有所降低,但降低幅度不大,說明粉煤灰的摻入對劈裂抗拉強度和抗凍性有一定的影響,但影響不大。

6　結語

(1)隨著骨料中針片狀含量的增加,在針片狀含量<25%時降低不明顯,>25%時呈現出較明顯的下降趨勢,混凝土的工作性能從整體上開始有較明顯的降低;

(2)對于C20混凝土來說,隨著針片含量的增加混凝土的抗壓強度及劈裂抗拉強度呈下降趨勢。但在骨料針片狀含量<25%時,針片狀顆粒對混凝土抗壓強度的影響不大;針片狀含量>25%后,混凝土的抗壓開始明顯降低,降幅在5%～10%;

(3)隨著針片狀顆粒的增加混凝土的凍融質量損失略有降低,動彈性模量損失不明顯,針片狀顆粒的存在對混凝土的抗凍性影響不大;

(4)摻入20%的粉煤灰對混凝土的抗壓強度基本沒有影響,對劈裂抗拉強度和抗凍性有一定的影響,但影響不大;但是粉煤灰的摻入會使混凝土工作性能明顯變差;

(5)有效控制粗骨料針片狀含量,不僅便于施工,更有利于提高建筑工程質量。綜合考慮混凝土的工作性能和強度,對于C20混凝土粗料針片狀顆粒含量則應控制在25%以內。

參考文獻:

[1]宋偉.機制集料對混凝土性能影響的試驗研究[D].大連：大連理工大學,2007.

[2]張景琦，江守恒，朱衛中.粗骨料針片狀含量對泵送混凝土性能影響[J].低溫建筑技術，2009(3)：15-16.

[3]宋偉,趙尚傳,殷福新,等.粗集料針片狀顆粒含量對混凝土工作性及力學性能影響的研究[J].公路交通科技,2007(11)：93-96.