摻滲透結晶水工混凝土抗壓強度分析

崔海龍

(岫巖滿族自治縣水利事務中心,遼寧 鞍山 114300)

水工混凝土是一種復合型非均質多孔材料,其微損傷和內部孔隙的連通性、分布、數量、大小等性質,對外界氯離子等有害離子的侵蝕都會造成一定的影響,并進一步影響水工結構耐久性和服役年限。如何最大程度地降低環境作用和服役荷載對內部微結構的影響及減小混凝土內部孔隙率,逐漸成為工程技術領域研究的熱點。目前,對于混凝土自修復應用較廣泛的一種材料是水泥基滲透結晶材料(CCCW),這種材料與水作用后可以生成填充于裂縫孔隙的枝蔓狀結晶體,從而提升體系結構的密實度。許多學者研究探討了滲透結晶的作用效果,例如王可良等[1]利用抗滲壓力和抗壓強度試驗揭示了混凝土自修復性能受滲透結晶的影響規律,結果發現滲透結晶的裂縫修復效果顯著,可以明顯提升混凝土抗滲性和強度,在水化過程中滲透結晶生成不溶于水的產物能夠很好地填充宏觀裂縫和毛細孔道,增強漿體的整體性能;Ferrara等分析了纖維增強水泥基高性能復合材料和普通強度混凝土自愈能力受結晶外加劑的影響,結果表明摻入結晶外加劑加快了力學性能的修復及裂紋愈合過程;Liu等認為滲透結晶材料能夠增強混凝土的抗氯離子侵蝕、抗碳化和力學性能,但對抗凍性的影響較低;陳曉雨等[2]對比了復摻滲透結晶、礦粉、粉煤灰和單摻滲透結晶對混凝土抗侵蝕性的影響規律,結果表明礦粉、粉煤灰與滲透結晶復摻時具有更好的性能優化作用;姚嘉誠等[3]研究認為單摻納米二氧化硅或滲透結晶的增強效果不如兩者混摻時;李曉光等[4]利用抗滲性試驗探討了滲透結晶的作用效果,結果發現內摻滲透結晶可以明顯提升混凝土防滲效果和自愈能力;黃偉等[5]分析了混凝土裂縫自愈合能力受SJ滲透結晶復合材料的影響,結果表明對受損混凝土抗滲能力SJ滲透結晶表現出良好的改善作用;黃濤等[6]研究了不同裂縫寬度、養護條件及齡期下,混凝土裂縫修復效果受XYPEX滲透結晶材料的影響,試驗表明干燥條件下生成的晶體量少,基體結構疏松,而縫面泡水和過水養護情況下更有利于裂縫修復,縫寬越大則生成物數量越多,相應的尺寸也越大;李冰等[7]探討了混凝土自愈合性能和長期力學強度受內摻滲透結晶摻量的影響規律,結果表明摻1%滲透結晶時混凝土的自愈合能力、抗滲透和力學性能最優。

因此,現有研究主要側重于不同滲透結晶摻量對混凝土自愈合、抗滲透和長期力學性能的影響分析,而較少考慮對早期力學性能的影響。文章利用對比試驗,研究分析了不同滲透結晶材料摻量(0%、1%、2%、3%)對水工混凝土不同齡期抗壓、劈拉強度以及拉壓比的影響規律。

1 試驗方案

1.1 原材料

試驗采用華新P·O 42.5級普硅水泥,水泥的主要性能參數,水泥的主要性能參數,見表1;骨料選用丹東東林砂石場提供的Ⅱ區中砂和滬港沿碎石,骨料的主要性能參數,骨料的主要性能參數,見表2;滲透結晶選取北京城榮公司提供的XYPEX(賽柏斯)摻合劑,拌和水為當地自來水。

表2 骨料的主要性能參數

1.2 配合比設計

固定水膠比0.5,砂率40%,采用體積法參照《水工混凝土配合比設計規程》計算確定試驗配合比,試驗配合比,見表3。

表3 試驗配合比

1.3 試驗方法

將拌和均勻的混合物制成邊長100mm的立方體試件,結合試驗目的共制成試件72個用于抗壓和劈拉強度測試。首先將稱量好的粗、細骨料和XYPEX滲透結晶按先后順序依次倒入攪拌機,干拌120s后使其充分混合,然后倒入水和水泥攪拌240s,拌和均勻后倒出并裝入試模,分組編號,常溫靜置24h后脫模,最后將各組試件移入標養室養護,養護室濕度RH>95%,溫度(20±2)℃。

為了揭示不同齡期內摻滲透結晶試件強度變化規律,參照《水工混凝土試驗規程》中的流程測定各組試件3d、7d、28d齡期劈拉和抗壓強度。

2 結果與分析

2.1 滲透結晶對抗壓強度的影響

水工混凝土抗壓強度受XYPEX滲透結晶摻量的影響規律,混凝土抗壓強度,見圖1。結果顯示隨XYPEX滲透結晶摻量的增加試件3d抗壓強度表現出先減小后增大再減小的變化趨勢。摻2%XYPEX滲透結晶試件的3d抗壓強度較基準組增加3.6%,摻1%和3%XYPEX滲透結晶試件的3d抗壓強度較基準組分別減小9.5%、18.7%。隨XYPEX滲透結晶摻量的增加試件7d抗壓強度表現出逐漸減小的變化趨勢,摻1%、2%、3%XYPEX滲透結晶試件的7d抗壓強度較基準組分別減小1.4%、7.4%和10.7%,未摻XYPEX滲透結晶的基準組試件7d抗壓強度最高達到36.3MPa。隨XYPEX滲透結晶摻量的增加試件28d抗壓強度表現出先增大后減小的變化趨勢,摻1%、2%、3%XYPEX滲透結晶試件的28d抗壓強度較基準組分別增大15.1%、5.6%和1.5%,其中摻1%XYPEX滲透結晶試件的28d抗壓強度最高達到47.2MPa。總體而言,摻2%XYPEX滲透結晶能夠提升試件3d抗壓強度,摻1%、3%XYPEX滲透結晶反而會削弱試件3d抗壓強度,摻1%、2%、3%XYPEX滲透均會在不同程度上削弱試件7d抗壓強度,但能夠在一定程度上提升后期強度。

(a)3d齡期

2.2 滲透結晶對劈拉強度的影響

水工混凝土劈拉強度受XYPEX滲透結晶摻量的影響規律,混凝土劈拉強度,見圖2,結果表明隨XYPEX滲透結晶摻量的增加試件3d劈拉強度表現出先增大后減小的變化趨勢。其中,摻2%XYPEX滲透結晶試件的3d劈拉強度較基準組增加10.4%,最高達到2.34MPa,而摻1%和3%XYPEX滲透結晶試件的3d劈拉強度較基準組分別增大2.8%、2.4%。隨XYPEX滲透結晶摻量的增加試件7d劈拉強度表現出先減小后增大再減小的變化趨勢,并且基準組整體高于摻XYPEX滲透結晶組的7d劈拉強度,摻1%、2%、3%XYPEX滲透結晶試件的7d劈拉強度較基準組分別減小5.3%、1.9%、16.2%。隨XYPEX滲透結晶摻量的增加試件28d劈拉強度表現出先增大后減小的變化趨勢,其中摻1%XYPEX滲透結晶試件的28d劈拉強度較基準組分別增大11.3%,而摻2%、3%XYPEX滲透結晶試件的28d劈拉強度較基準組分別減小12.1%、14.8%,其中摻1%XYPEX滲透結晶試件的28d劈拉強度最高達到2.85MPa。總體而言,摻2%XYPEX滲透結晶能夠提升試件3d劈拉強度,摻1%、2%、3%XYPEX滲透均會在不同程度上削弱試件7d劈拉強度,摻1%XYPEX滲透試件的28d劈拉強度最優。

(a)3d齡期

2.3 滲透結晶對拉壓強度比的影響

水工混凝土拉壓強度比受XYPEX滲透結晶摻量的影響規律,混凝土拉壓比,見圖3,由圖3可知隨著XYPEX滲透結晶摻量的增加試件3d拉壓強度比表現出先增大后減小再增大的變化趨勢,其中摻1%、2%、3%XYPEX滲透結晶試件的3d拉壓強度比較基準組分別增大14.3%、6.0%、25.0%。隨著XYPEX滲透結晶摻量的增加試件7d拉壓強度比表現出先減小后增大再減小的變化趨勢,其中摻2%XYPEX滲透結晶試件的7d拉壓強度比較基準組增加6.9%,而摻1%、3%XYPEX滲透結晶試件的7d拉壓強度比較基準組分別減小4.2%和6.9%。隨XYPEX滲透結晶摻量的增加試件28d拉壓強度比表現出不斷減小的變化趨勢[10-11],并且基準組整體高于摻XYPEX滲透結晶組的28d拉壓強度比。

(a)3d齡期

3 結 論

1)結合試驗數據可知,摻2%XYPEX滲透結晶能夠提升試件3d抗壓強度,而摻1%、3%XYPEX滲透結晶反而會削弱試件3d抗壓強度,摻1%、2%、3%XYPEX滲透均會在不同程度上削弱試件7d抗壓強度,但能夠在一定程度上提升后期強度,摻1%XYPEX滲透結晶試件的28d抗壓強度最高。

2)摻2%XYPEX滲透結晶能夠提升試件3d劈拉強度,摻1%、2%、3%XYPEX滲透均會在不同程度上削弱試件7d劈拉強度,摻1%XYPEX滲透試件的28d劈拉強度最優。

3)對于3d、7d和28d齡期拉壓強度比,滲透結晶的最優摻量為3%、2%和0%,摻入適量的XYPEX滲透結晶有利于優化漿體的內部結構,對提高混凝土早期抗壓、劈拉及拉壓強度比具有積極作用,但隨著XYPEX摻量的增大試件28d拉壓強度比呈現出下降趨勢,表明28d劈拉強度相比于抗壓強度的增長幅度較低。