不同巖性骨料對(duì)高強(qiáng)泵送混凝土性能影響研究

摘 要：為研究不同巖性粗骨料對(duì)高強(qiáng)泵送混凝土性能的影響，利用片麻巖、石灰?guī)r、玄武巖和輝綠巖4種巖性粗骨料配制了C70和C90 2種強(qiáng)度等級(jí)混凝土，并開(kāi)展了對(duì)比試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，4種巖性骨料在試驗(yàn)配合比下均能保持良好的工作狀態(tài)；混凝土的力學(xué)強(qiáng)度和體積穩(wěn)定性與骨料吸水率有關(guān)，吸水率越高，混凝土的力學(xué)強(qiáng)度越低，干燥收縮性越大；C90孔徑分布范圍較C70小，輝綠巖和玄武巖混凝土孔徑主要分布在5～10 nm，片麻巖和石灰?guī)r混凝土孔徑主要分布在10～100 nm；輝綠巖骨料相比其他3種骨料，混凝土漿體的連續(xù)性和致密性更好。

關(guān)鍵詞：骨料；高強(qiáng)泵送混凝土；力學(xué)強(qiáng)度；體積穩(wěn)定性；孔徑分布；骨料吸水率

中圖分類(lèi)號(hào)：

TU52;TQ172.72+4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：

A文章編號(hào)：

1001-5922（2024）01-0090-04

Study on the effect of different lithological aggregates on the performance of high strength pumped concrete

LIN Guanghong

（Wuhan Hanyang Municipal Construction Group Co.，Ltd.，Wuhan 430050，China）

Abstract：In order to study the influence of different lithology coarse aggregate on the performance of high-strength pumped concrete，two strength grades of concrete C70 and C90 were prepared by using four lithology coarse aggregates，namely gneiss，limestone，basalt and diabase，and comparative tests were carried out.The results showed that all four types of lithological aggregates maintained good working conditions under the experimental mix ratio.The mechanical strength and volume stability of concrete wererelated to the water absorption of aggregate，the higher the water absorption，the lower the mechanical strength of concrete，and the greater the drying shrinkage.The pore size distribution range of C90 was smaller than that of C70，the pore size of diabase and basalt concrete was mainly 5～10 nm，and the pore size of gneiss and limestone concrete was mainly 10～100 nm.Compared with the other three aggregates，diabase aggregate hadbetter continuity and compactness of concrete slurry.

Key words：aggregate;high strength pumped concrete;mechanical strength;volume stability;pore size distribution;aggregate water absorption rate

隨著建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)于混凝土性能的要求也在不斷提高，尤其是在大型高層建筑時(shí)，需要用到C60級(jí)別以上的高強(qiáng)泵送混凝土［1-3］。影響高強(qiáng)泵送混凝土性能的因素有很多，如攪拌方式［4］、礦物摻合料類(lèi)型［5］、骨料類(lèi)型［6］等。

將Khatib - Khayat模型擴(kuò)展到赫舍爾-巴爾克利和改進(jìn)的賓漢流體應(yīng)用到泵送混凝土泵送性能方面的分析［7］。對(duì)比研究了石灰?guī)r和花崗巖2種骨料的性能，通過(guò)試驗(yàn)確定了花崗巖更適合做機(jī)制砂石骨料的結(jié)論［8］。選用了輝綠巖、玄武巖、石灰?guī)r及片麻巖4種粗骨料，對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)大流態(tài)混凝土抗壓強(qiáng)度影響進(jìn)行了對(duì)比研究，認(rèn)為輝綠巖更適合做骨料［9］。研究了片麻巖骨料摻入下混凝土基本力學(xué)性能的變化規(guī)律，并得出了力學(xué)性能參數(shù)與抗壓強(qiáng)度之間的相關(guān)關(guān)系［10］。綜上研究可以看出：由于骨料所起的骨架作用和填充作用，巖性差異所帶來(lái)的力學(xué)性能差異是不可忽視的，因此要綜合各項(xiàng)因素，選取最適合的粗骨料。

研究設(shè)計(jì)了C70和C90 2種強(qiáng)度等級(jí)的高強(qiáng)泵送混凝土，并對(duì)片麻巖、石灰?guī)r、玄武巖和輝綠巖4種巖性骨料對(duì)高強(qiáng)泵送混凝土性能影響展開(kāi)了試驗(yàn)研究，以期能為高強(qiáng)泵送混凝土粗骨料的合理選取提供借鑒。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)原材料

水泥：P·O42.5普通硅酸鹽水泥，比表面積386 m2/kg，平均密度為 2.96 g/cm3，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為29.7%，初凝和終凝時(shí)間分別為210、265 min，28 d抗折和抗壓強(qiáng)度分別為8.2 、50.5 MPa。

粉煤灰：Ⅰ級(jí)，平均細(xì)度（45 μm篩余）為10.2%，密度為2.20 g/cm3，平均需水量為94%，比表面積為385 m2/kg，平均燒失量為2.9%。

S95級(jí)礦渣粉：平均細(xì)度（45 μm篩余）為3.46%，平均密度為2.85 g/cm3，流動(dòng)度比為96%，比表面積為450 m2/kg。

硅灰：平均比表面積為2.2×105cm2/g，SiO2含量為95.6%，平均需水量為112%。

粗骨料：包括片麻巖、石灰?guī)r、玄武巖和輝綠巖4種不同巖性粗骨料。片麻巖密度為2.58 g/cm3，壓碎值為10%，吸水率為2.6%；石灰?guī)r密度為2.6" g/cm3，壓碎指標(biāo)為6%，吸水率為1.7%；玄武巖密度為2.74 g/cm3，壓碎值為5%，吸水率為1.1%；輝綠巖密度為2.65 g/cm3，壓碎指標(biāo)為3%，吸水率為1%。4種粗骨料粒徑為5～25 mm，均按照?qǐng)D1所示級(jí)配進(jìn)行復(fù)配。

細(xì)骨料：天然河砂，粒徑0～5 mm，平均細(xì)度模數(shù)2.4（Ⅱ區(qū)中砂），平均密度2 650 kg/m3，堆積密度為1 725 kg/m3，平均孔隙率為34.6%，含泥量為1.7%。

減水劑：高性能聚羧酸減水劑，固含量為15%，平均減水率為25%。

水：實(shí)驗(yàn)室自來(lái)水。

1.2 配合比設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)計(jì)了C70和C90 2種高強(qiáng)泵送混凝土，每種強(qiáng)度下均分別利用4種粗骨料進(jìn)行制備，2種強(qiáng)度等級(jí)混凝土配合比情況見(jiàn)表1。

1.3 性能測(cè)試方法

工作性能測(cè)試：包括坍落度、擴(kuò)展度和倒置坍落度筒排空試驗(yàn)。力學(xué)性能測(cè)試：抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度。體積穩(wěn)定性能測(cè)試：干燥收縮性能試驗(yàn)和圓環(huán)抗裂性能試驗(yàn)。孔隙結(jié)構(gòu)分布測(cè)試：通過(guò)壓汞法測(cè)試混凝土內(nèi)部孔徑范圍和對(duì)應(yīng)孔徑所占的比例值。微觀(guān)結(jié)構(gòu)測(cè)試：利用SEM電鏡掃描各

骨料巖性拌制混凝土，對(duì)比微觀(guān)結(jié)構(gòu)形態(tài)的差異，分析力學(xué)性質(zhì)差異的機(jī)理。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 工作性能

不同巖性骨料高強(qiáng)泵送混凝土工作性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖2。

由圖2可知，在C70強(qiáng)度等級(jí)下，混凝土的坍落度在240～245 mm，擴(kuò)展度在550～570 mm，工作性能較為理想；在C90強(qiáng)度等級(jí)下，坍落度為240～245 mm，擴(kuò)展度在580～620 mm，工作性能也較為理想；C70和C90所有試驗(yàn)組均未出現(xiàn)離析和泌水現(xiàn)象。從總體上來(lái)講，片麻巖試驗(yàn)組的坍落度和擴(kuò)展度相對(duì)較小，這主要是因?yàn)槠閹r的吸水率高，在拌合過(guò)程中需要吸收更多的水分，故而導(dǎo)致漿體的坍落度和擴(kuò)展度降低，對(duì)泵送性能產(chǎn)生不利影響，若想保持相同程度的工作性能，則需要摻加更多的減水劑，于混凝土制造成本不利。

2.2 力學(xué)性能

不同巖性骨料28 d力學(xué)強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可知，無(wú)論是C70還是C90強(qiáng)度等級(jí)，片麻巖試驗(yàn)組的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度在4種巖性骨料混凝土中均是最小的，整體力學(xué)強(qiáng)度表現(xiàn)為：輝綠巖gt;玄武巖gt;石灰?guī)rgt;片麻巖，與此同時(shí)，片麻巖與其他3種巖性骨料相比，其表面的片層狀紋理使得片麻巖的比表面積相對(duì)更小，這不利于水泥漿體與片麻巖骨料進(jìn)行粘接，再加上片麻巖自身強(qiáng)度在4種巖性骨料中也相對(duì)較低，因而最終導(dǎo)致片麻巖試驗(yàn)組的力學(xué)性能最差。

2.3 體積穩(wěn)定性

不同巖性骨料高強(qiáng)泵送混凝土干燥收縮變形隨時(shí)間變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖3。

由圖3可知，隨著齡期的增加，混凝土的體積收縮率呈冪函數(shù)型增加，短期內(nèi)可劃分為減速收縮和穩(wěn)定收縮兩個(gè)階段，0～14 d齡期是混凝土干燥收縮變形最快的時(shí)間段，當(dāng)齡期超過(guò)14 d后，干燥收縮變形速率放緩，并最終趨于穩(wěn)定；相同齡期下，采用輝綠巖骨料拌制的混凝土干燥收縮率最大，即干燥收縮率：輝綠巖骨料gt;玄武巖骨料gt;片麻巖骨料gt;石灰?guī)r骨料，與力學(xué)性能的表現(xiàn)恰好相反。這是因?yàn)楫?dāng)骨料吸水率越低時(shí)，混凝土基體中存在的自由水（游離水）含量越高，自由水會(huì)在自收縮過(guò)程中大量蒸發(fā)，故而收縮率更大，而吸水率相對(duì)更高的片麻巖或者石灰?guī)r，這些骨料所吸收的水分會(huì)緩慢析出，達(dá)到自養(yǎng)護(hù)的效果，故而收縮率較小。

2.4 孔隙分布特征

通過(guò)壓汞法試驗(yàn)得到的不同巖性骨料高強(qiáng)泵送混凝土孔結(jié)構(gòu)分布特征見(jiàn)圖4。

由圖4可知，C70強(qiáng)度等級(jí)下，不同巖性骨料拌制的混凝土孔徑分布范圍為5～150 nm。在C90強(qiáng)度等級(jí)下，混凝土孔徑分布范圍為5～100 nm。這主要是因?yàn)镃90混凝土在設(shè)計(jì)時(shí)，摻入了粒徑更小的硅灰，這些硅灰可以起到填充孔隙的作用，故而主要以小孔徑為主。輝綠巖和玄武巖骨料混凝土的主要孔徑分布在5～10 nm，片麻巖和石灰?guī)r的主要孔徑分布在10～100 nm，即當(dāng)孔徑為5～10 nm時(shí)，輝綠巖gt;玄武巖gt;石灰?guī)rgt;片麻巖；當(dāng)孔徑為10～100 nm時(shí)，片麻巖gt;石灰?guī)rgt;玄武巖gt;輝綠巖，孔隙的平均孔徑越大，表明混凝土結(jié)構(gòu)越疏松11，力學(xué)性能越差。

3 微觀(guān)結(jié)構(gòu)對(duì)比

不同巖性骨料SEM掃描結(jié)果見(jiàn)圖5。

由圖5可知，片麻巖試驗(yàn)組中粗骨料周邊硬化漿體中的水化產(chǎn)物，相比其他3種骨料而言較少，漿體結(jié)構(gòu)更加疏松，而且由于片麻巖自身強(qiáng)度不足，導(dǎo)致C90片麻巖組骨料在受力過(guò)程中發(fā)生了開(kāi)裂；在C70強(qiáng)度等級(jí)下，石灰?guī)r骨料試驗(yàn)組的水化產(chǎn)物雖然較多，但存在一些孔隙間隙，而在摻入適當(dāng)硅粉后（C90強(qiáng)度等級(jí)），這些孔隙被填充密實(shí)，密實(shí)度得到進(jìn)一步提升；輝綠巖骨料試驗(yàn)組相比石灰?guī)r和玄武巖而言，硬化漿體更加連續(xù)和致密，與粗骨料之間的粘接性更好，幾乎與骨料融為一體，故而輝綠巖混凝土的力學(xué)性能在4種骨料中是最好的［12-14］。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）4種巖性骨料配制的高強(qiáng)混凝土坍落度和擴(kuò)展度相差不大，坍落度在240～245 mm，C70強(qiáng)度等級(jí)擴(kuò)展度為550～570 mm，C90強(qiáng)度等級(jí)擴(kuò)展度為580～620 mm，均未出現(xiàn)離析和泌水現(xiàn)象，工作性能良好;

（2）不同巖性骨料高強(qiáng)混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度、干燥收縮率排序大小依次為：輝綠巖、玄武巖、石灰?guī)r、片麻巖;

（3）C70強(qiáng)度等級(jí)混凝土孔徑分布為5～150 nm，C90強(qiáng)度等級(jí)混凝土孔徑分布為5～100 nm，輝綠巖和玄武巖混凝土孔徑主要分布為5～10 nm，片麻巖和石灰?guī)r混凝土孔徑主要分布為10～100 nm;

（4）輝綠巖骨料混凝土漿體連續(xù)性和致密性更好，與骨料的粘接融合性更佳，故而力學(xué)性能最好，但由于其收縮性較大，易造成混凝土開(kāi)裂，因而在使用時(shí)應(yīng)適當(dāng)添加膨脹劑。

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