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1、2 0 1 2 年第1 1 期(总第2 7 7 期)N u m b e r1 1i n 2 0 1 2(T o t a l N o 2 7 7)混凝土C o n c r e t e原材料及辅助物料M A T E R I A I，A N DA D M I N I C L Ed o i：1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 11 0 1 5原材料品种对碾压混凝土性能的影响研究杨梦卉1，李明霞2 一。石研2,3(1 沈阳建筑大学材料与工程学院，辽宁沈阳1 1 0 1 6 8；2 长江水利委员会长江科学院，湖北武汉4 3 0 0 1 0；3 水利部
2、水工程安全与病害防治工程技术研究中心，湖北武汉4 3 0 0 1 0)摘要：研究了不同种水泥、不同粉煤灰掺量、不同磷渣粉掺量碾压混凝土的强度、抗冻性、抗渗性、干缩、自生体积变形等性能进行研究。试验结果表明：磷渣粉具有缓凝作用，后期活性较高，同种水泥条件下，掺磷渣碾压混凝土强度早期较低，后期与掺粉煤灰混凝土强度相差不大；单掺磷渣混凝土抗渗性最好，但其自生体积变形较大。掺峨胜水泥的碾压 昆凝土强度要略大于掺峨眉山水泥的碾压混凝土，其他陛能相差不大。关键词：碾压混凝土；水泥；磷渣粉；粉煤灰；力学性能中图分类号：T U 5 2 8 0 4文献标志码：A文章编号：1 0 0 2 3 5 5 0(2 0
3、1 2)11-0 0 4 5 0 4S t u d yo nt h ep e r f o r m a n c eo fr o l l e rc o m p a c t e dc o n c r e t ew i t hr a wm a t e r i a lv a r i e t yY A N G M e n g-h u i l，L I M i n g-x i a 2”，S H I Y o n2 3(1 S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g，S h e n y a n g J i
4、a n z h u U n i v e r s i t y，S h e n y a n g1 1 0 1 6 8，C h i n a；2 Y a n g t z e R i v e r S c i e n t i f i c R e s e a r c h I n s t i t u t e，W u h a n 4 3 0 0 1 0 C h i n a；3 R e s e a r c h C e n t e r o f W a t e r E n g i n e e r i n gS a f e t ya n d D i s a s t e r P r e v e h t i o no f
5、M i n i s t r yo f W a t e r R e s o u r c e s，W u h a n 4 3 0 0 1 0 C h i n a)A b s t r a c t：T h ec o m p r e s s i v es t r e n g t h，f r o s tr e s i s t a n c e，t h ef r e e z i n g t h a w i n gr e s i a a n c e，i m p e r m e a b i l i t y，s h r i n k a g ea n da u t o g e n o u sv o l u m ed
6、e f o r-m a r i o no f r o l l e rc o m p a c t e dc o n c r e t e(R C C)w i t ht h ed i f f e r e n tp h o s p h o r o u ss l a ga n df l ya s hc o n t e n tw e r ei n v e s t i g a t e d T h er e s u l t ss h o w e dt h a td u et o t h es e t t i n gr e t a r d i n ge f f e c to f p h o s p h o r
7、u ss l a g p o w d e r，t h ee a r l ys t r e n g t ho f R C Cc o n m i n i n g p h o s p h o r u ss l a gp o w d e r w a s l o w e r t h a no t h e r s，b u tt h el o n g t e r ms t r e n g t ho f R C Cw a sn o tv e r yd i f f e r e n tf r o mf l ya s hc o n c r e t e T h ef r e e z i n g t h a w i n
8、 gr e s i s t a n c eo f p h o s p h o r u ss l a gp o w d e ra d m i x t u r ew a sb e s ta n dt h ea u t o g e n o u sv o l u m ed e f o r m a t i o nw a sb i g g e s t T h ee a r l ys W e n g t ho fc o n c r e t ec o n t a i n i n gEs h e n gw e r es t i 曲t l yl a r g e rt h a nEm e is h a n，a n
9、do t h e r p r o p e r t i e ss i m i l a r K e y w o r d s：m i l e r c o m p a c t e dc o n c r e t e；c e m e n t；p h o s p h o r u ss l a g p o w d e r；f l y a s h；m e c h a n i c a l0引言磷渣粉是生产黄磷排放的一种具有潜在活性的低熔点废渣。经磨细后的磷渣粉可作为掺合料使用，能有效节约水泥、降低水化热、提高混凝土的极限拉伸值，其缓凝性能可满足大体积混凝土的施工需求等 I】。粉煤灰是一种人工火山灰质材料，具有良好
10、的活性。优质粉煤灰掺入碾压混凝土中能减少混凝土的单位用水量、增加灰浆量、降低混凝土水化温升、减小混凝土出现裂缝的可能性、提高碾压混凝土密实度、加强碾压混凝土层间黏结力等作用【2 。本研究通过不同水泥品种、不同磷渣粉掺量及不同粉煤灰掺量对碾压混凝土性能的影响进行试验研究，为今后的碾压混凝土工程提供参考。1 试验原材料试验选用峨胜4 2 5 级中热硅酸盐水泥和峨眉山4 2 5 级中热硅酸盐水泥，曲靖I I 级粉煤灰和川投电冶磨细磷渣粉，龙游Z B 一1 R c c l 5 减水剂以及博特G Y Q 引气剂；骨料为玄武岩人工骨料，人工砂表观密度为29 0 0k g m。，细度模数为2 8，石粉含量为
11、11 4。水泥的物理力学性能见表1，粉煤灰及磷渣粉的品质检验结果见表2、3。表1 水泥的物理力学性能收稿日期：2 0 1 2-0 5 1 9基金项目：国家自然科学基金重点项目(5 1 1 3 9 0 0 1)；水利部公益性行业科研专项资金项目(2 0 0 9 0 1 0 6 6)4 5 万方数据表3 粉煤灰品质检验结果2 配合比设计及性能试验按D L T5 3 3 0-2 0 0 5(水工混凝土配合比设计规程进行混凝土配合比设计，固定水胶比0 5 0(三级配)，采用绝对体积法，控制碾压混凝土拌合物V C 值为3 7S，含气量3 0-4 o，碾压混凝土配合比及拌合物性能试验结果见表4，由试验结果
12、求，同种配合比，用峨胜中热水泥拌合物V C 值稍大于峨眉山中热水泥。3 试验结果及分析3 1 力学性能分析不同配合比碾压混凝土性能试验结果见表5。两种水泥不可知不同配合比碾压混凝土V C 值及含气量都满足设计要同龄期的抗压强度见图1、2。表4 碾压混凝土配合比及拌合物性能龄期d图1采用峨胜中热水泥碾压混凝土抗压强度龄期，d图2 采用峨眉山中热水泥碾压混凝土抗压强度由表5 及图1、2 分析可知，随着龄期的增长碾压混凝土不同原材料组合的抗压强度、轴拉强度、极限拉伸值、抗压弹性模量都逐渐增大。同种水泥下混凝土具有相似的规律，早期单掺磷渣粉的碾压混凝土抗压强度最低，单掺粉煤灰的碾压混凝土最高。2 8d
13、 时3 种配合比混凝土抗压强度变化很小，随着龄期的增长，在9 0、1 8 0d 时，单掺磷渣粉混凝土的抗压强度最高，其次4 6 是复掺粉煤灰和磷渣粉，单掺粉煤灰最低，这是因为磷渣粉与粉煤灰的化学成分不同，磷渣粉中C a O 含量高，A 1：O，含量低，因而其活性较高，其他物理性能与粉煤灰接近。由于磷渣粉比粉煤灰具有更强的缓凝性，其掺入早期抗压强度低于掺粉煤灰的混凝土，后期强度增长迅速。随着磷渣粉掺量的增加，缓凝效果更加明显。单掺磷渣混凝土轴拉强度最低，单掺粉煤灰及复掺变化很小，复掺碾压混凝土轴拉强度后期最大，但其极限拉伸值在三龄期中最小，即使碾压混凝土几种配合比后期强度增长很快，极限拉伸值并不
14、随之线性增加。不同配合比的碾压混凝土强度高抗压弹性模量高。对比两种水泥，不同的水泥品种对碾压混凝土力学性能影响不同。单掺粉煤灰和单掺磷渣粉中，峨胜水泥碾压混凝土抗压强度在不同龄期均大于峨眉山水泥混凝土；复掺中，使用蛾胜水泥早期混凝土抗压强度大于峨眉山水泥，随着龄期增长18 0d 时，混凝土抗压强度变化不大。混凝土其他轴拉强度、极限拉伸值和弹性模量的性能变化规律与抗压强度相似。3 2 耐久性抗冻抗渗性是混凝土耐久性的两个重要检测内容，不同配合比碾压混凝土抗冻抗渗性试验结果见表6。试验结果表明，单掺粉煤灰、单掺磷渣粉及复掺粉煤灰和磷渣粉试验混凝土的抗冻抗渗等级均能满足设计要求。碾压混凝土与常态混凝
15、土相比，需根据原材料的适应情况和环境条件加大引气剂掺量，控制碾压混凝土拌合物的含气量在3 以上，以保证抗冻等级满足要求。峨眉山单掺粉煤灰混凝土在冻融5 0 次时质量损失最少，峨胜复掺混凝土质量损失最多。随着冻万方数据表6 碾压混凝土抗冻抗渗性试验结果融次数的增加，不同原材料组合的质量损失逐渐相等。碾压混凝土的抗渗性，主要取决于混凝土的配合比、密实度及混凝土内部孔隙构造。对比其他原材料组合，单掺磷渣粉的碾压混凝土抗渗性最好。资料表明p 卅，掺粉煤灰的混凝土水化需要分两步进行，二次水化是基于水泥水化的基础上发生的。早期掺合料的掺量越大，水泥水化产物越少，而水化产物则是构成水泥石最重要的组成部分，所
16、以水化产物减少必然使混凝土的致密性变差。混凝土密实性下降，环境水容易进入，混凝土抗冻性自然变差。2 8 d龄期之前，混凝土的孑L 隙较少，水化产物少，结构不够密实。随着龄期的延长，水化产物逐渐增多，结构也逐渐密实，9 0d 龄期时碾压混凝土的孔隙率与2 8d 时相比有明显改善，水化产物逐渐增多，结构也逐渐密实，后期碾压混凝土的孔隙率、密实度与早期相比有明显改善，所以其抗冻抗渗性能明显提高。水泥品种对抗冻抗渗性无明显影响。3 3 干缩性不同配合比碾压混凝土干缩试验结果见图3。由于试验采用的是玄武岩骨料，其干缩率远高于采用灰岩、花岗岩骨料碾压混凝土的干缩率。从试验结果可知，掺合料品种与掺量一定时，
17、峨眉山混凝土3d 的干缩率都大于峨胜混凝土，但单掺粉煤灰时峨胜混凝土的干缩率要比峨眉山混凝土略大。峨眉山中热水泥碾压混凝土后期的干缩率要大于峨胜中热水泥，可能主要是因为峨眉山中热水泥的强度低于峨胜中热水泥。10 0 09 0 08 0 07 0 0褂6 0 0婿5 0 0I-I-4 0 03 0 02 0 01 0 00+峨胜水泥+峨胜掺F 5 0+峨胜掺F 2 5+P 2 5+峨眉山水泥371 42 86 09 0l8 0龄期d图3 碾压混凝土干缩试验结果粉煤灰、磷渣粉的掺人能大大减小混凝土的干缩。水化早期单掺磷渣粉碾压混凝土的干缩率小于单掺粉煤灰混凝土的干缩率，但到后期掺粉煤灰的混凝土干缩
18、变形最小，复掺时最大，这也是跟磷渣的缓凝作用有关。干缩主要是由于水泥水化使得胶凝材料总体积减小、毛细孔水、吸附水和层间水的蒸发造成的。磷渣混凝土与粉煤灰混凝土干缩变形主要发生在混凝土水化早期，可能是因为粉煤灰的玻璃微珠效应和磷渣的玻璃体性质，亲水能力较小，泌水较大，且早期水化较慢，所需水化用水亦较少，故可被蒸发水量也较多等原因有关1 5 1。因此掺入磷渣、粉煤灰的碾压混凝土要加强早期养护，减小早期干缩。3 4自生体积变形4 组不同水泥品种、不同掺合料的碾压混凝土自生体积变形试验结果见图4。从图中可以看出，碾压混凝土的自生体积变形呈收缩状态，且收缩变形较大。从图4 中可以看到，单掺粉煤灰的两种水
19、泥混凝土的自生体积变形基本相同。对于峨胜中热水泥的碾压混凝土，单掺磷渣粉或粉煤灰磷渣粉复掺碾压混凝土的自生体积变形与单掺粉煤灰混凝土相比，早期自生体积收缩略小，后期收缩略大。可能是磷渣粉的缓凝作用所致，也可看出磷渣粉具有较高活性。01 0!一2 0谈-3 0篷枷蛙一5 0盏一6 07 0一8 0+峨胜中热掺F 5 0+峨胜中热掺F 2 5+P 2 5+峨胜中热掺P 5 0+蛾眉山中热掺F 5 0 372 89 01 2 0l8 0龄期d图4 碾压混凝土自生体积变形试验结果4 结论(1)磷渣粉具有混凝效应，后期活性较高，同种水泥中，早期单掺磷渣粉的碾压混凝土抗压强度最低，单掺粉煤灰的碾压混凝土最
20、高，后期相反。单掺磷渣混凝土轴拉强度最低，单掺粉煤灰及复掺变化很小，复掺碾压混凝土轴拉强度后期最大，但其极限拉伸值最小。不同水泥对混凝土性能有一定影响，使用峨胜中热水泥在混凝土抗压强度、轴拉强度、极限拉伸值和弹性模量大于峨眉山中热水泥。(2)单掺及复掺粉煤灰和磷渣粉，碾压混凝土的抗冻等级均大于F 1 5 0。单掺磷渣粉的抗渗性最好，复掺磷渣粉与粉煤灰的碾压混凝土抗渗性次之，单掺粉煤灰的混凝土抗渗性最差。水泥品种的变化对抗渗性无明显影响。(3)单掺粉煤灰时，峨眉山中热水泥碾压混凝土的干缩率大于峨胜中热水泥碾压混凝土的干缩率。粉煤灰、磷渣粉的掺入均能减小混凝土的干缩，但对碾压混凝土的早期干缩有不利
21、影响，所以掺 磷渣粉、粉煤灰的碾压混凝土要力1 1 强早期养护，减小早期干缩。(4)两种水泥混凝土的自生体积变形基本相当。单掺粉煤灰的碾压混凝土比单掺和复掺磷渣粉碾压 昆凝土早期自生体积收缩大，后期收缩小。参考文献：1 1 冷发光，冯乃谦磷渣综合利用的研究和应用现状【J 中国建材科技，1 9 9 9 4 7 万方数据 2 黎思幸，练继建粉煤灰掺量对碾压混凝土性能的影响【J 混凝士，2 0 0 1(2)3】程云虹，闰俊，等粉煤灰混凝土抗冻性能试验研究 J 1 氏温建筑技术，2 0 0 8(1)4 魏莹，李兆锋，等磷渣对水泥混凝土性能的影响及机理探讨 J 6 圭酸盐学报，2 0 0 8，2 7(4
22、)上接第3 1 页(2)掺粉煤灰道面混凝土(F)：高温和常温两种条件下，初裂时间比普通道面混凝土推迟，裂缝数量、裂缝尺寸远远小于普通道面混凝土，裂缝总长度明显减小，抗裂等级均为I I 级，抗裂性明显优于普通道面混凝土。可见，粉煤灰对道面混凝土早期抗裂性有很大帮助，且抗折强度与抗压强度也比普通道面混凝土分别提高1 2 和1 4。(3)掺改性聚酯纤维(z)和聚丙烯纤维(x)的道面混凝土：高温和常温两种条件下，初裂时间延长，裂缝数量、总长度及最大宽度减少，单位面积上的总裂开面积小于1 0m m 2 m 2，抗裂等级均为I I 级，抗裂性显然优于普通道面混凝土。抗折、抗压强度也比普通道面混凝土有所提高
23、。(4)纤维与粉煤灰复合道面混凝土(Z F、X F)：高温和常温两种条件下，抗裂效果都是最好的。初裂时间显著延长，裂缝数量、裂缝尺寸、裂缝总面积显著减少，抗裂等级均达到I 级，抗折、抗压强度也比普通道面混凝土提高了1 5 1 8，是非常值得推广的新型机场道面高性能混凝土。3 纤维、粉煤灰的超叠加综合效应机理分析3 1 粉煤灰阻裂机理优质粉煤灰在混凝土中发挥的微集料效应、填充效应、火山灰效应以及减水效应抑制了混凝土早期裂缝产生。首先，粉煤灰的平均粒径要小于水泥粒子的平均粒径，它能填充于水泥粒子之间的孔隙中，使水泥石结构更为致密。其次，粉煤灰作为一种填料均匀分布于水泥浆体的基相中，增大了集料的体积
24、。有研究表明：增大集料用量可有效地抑制干缩，这样早期水泥浆中水化程度小，凝胶产生量少，从而减少了收缩。再次，粉煤灰中的活性S i O：、A 1 2 0；受水泥中的C a(O H)：激发作用，生成类似水泥水化产物C S H 凝胶，填充了混凝土自身的毛细孔，改善了混凝土内部结构以及过渡区的界面结构，使混凝土的密实度和强度得到较大改善，从而大大提高了其早期抗裂性。最后，粉煤灰的减水效应使混凝土拌合物的用水量减少，即水灰比减小，进而减少了收缩，提高了混凝土早期抗裂性。3 2 纤维阻裂机理纤维与集料有极强的结合力，可以迅速而轻易地与混凝土材料黏合，并在混凝土内部构成一种均匀的乱向支撑体系，削弱了混凝土的
25、塑性收缩，收缩的能量被分散到无数细小的纤维丝上，减少了混凝土早期收缩引起的裂缝；这个支撑体系还起到了“承托”骨料的作用，在一定程度上阻止了集料的沉降，降低了混凝土表面的泌水与集料的离析，有效地阻止了由于混凝土表面迅速失水造成的塑性收缩开裂。另外，纤维的阻裂作用还表现在：当有一条裂缝出现后，裂缝扩展会受到纤维的约束而产生内应力，并且这部分内应力通过纤维使之分散，由于纤维将应力均匀化，微裂缝在发展过程中受到纤维的阻挡，很难进一步发展扩大，从而阻断了裂缝，起到了止裂的作用。3 3 纤维与粉煤灰复合阻裂机理纤维具有阻裂的同时也有增稠效应，纤维的掺入，降低了4 8 5 吴定燕，王海峰磷渣对碾压混凝土性能
26、影响研究【J 第五届碾压混凝土坝国际研讨会，2 0 0 7 作者简介：杨梦卉(1 9 8 9 一)，女，在读硕士研究生。联系地址：沈阳建筑大学材料与工程学院(11 0 1 6 8)联系电话：1 3 8 8 9 1 0 9 0 7 8混凝土的流动性，给振捣以及成型工作带来困难，容易造成混凝土结构的不致密性，增大了早期裂缝产生的机会。优质粉煤灰的掺入，不但发挥了自身的阻裂作用，其减水效应还能大大减少混凝土拌合物的单位需水量，弥补了纤维混凝土流动性差的缺陷，两者的复合使纤维的阻裂作用充分发挥，在阻裂作用上起到了“1+1 2”的超叠效应，进一步提高道面混凝土的早期抗裂性 8 1。4 应用情况近几年，在
27、西北沙漠、戈壁地区的多个机场翻修、扩建工程中，全部或局部铺筑了单掺粉煤灰、单掺改性聚酯纤维、聚酯纤维与粉煤灰复合的高性能道面混凝土，道面混凝土抗折强度均达到6 0M P a 以上，实测道面混凝土抗冻性、抗渗性、耐磨性都大大优于普通道面混凝土。近几年的跟踪观测结果表明：道面表观质量良好，至今还没有发现龟裂、裂(纹)缝和断板现象。尤其是某机场采用改性聚酯聚丙烯合成纤维混凝土铺筑后，2 5 万多平方米混凝土表面没有出现干缩裂缝和龟裂，取得了非常好的效果。5 结语室内试验和现场实践表明，在普通道面混凝土中掺入粉煤灰或纤维，都能提高混凝土的抗裂性和耐久性，尤其是合成纤维和优质粉煤灰的复合使用，不但发挥了
28、粉煤灰自身的阻裂作用，还弥补了纤维混凝土流动性差的缺陷，使纤维的阻裂作用充分发挥，在阻裂作用上起到了“1+1 2”的超叠效应，是一种适合西北寒冷干旱地区的新型高性能道面混凝土。在纤维与粉煤灰双掺条件不具备的情况下，也可单掺粉煤灰或单掺纤维，同样可使道面混凝土达到较好的抗裂效果。参考文献：1】王硕太，马国靖，朱志远，等高性能道面混凝土配合比设计【J 公路交通科技，2 0 0 7，2 4(4)：2 5 2 8【2 刘勇，王硕太，张景生，等西北地区道面混凝土早期裂缝防治技术叨混凝土，2 0 0 9(4)：1 0 8 1 0 9 3】G J B1 5 9 6，机场道面水泥混凝土配合比设计技术标准【s】
29、【4】G J Bl 11 2 A-2 0 0 4 军用机场场道工程施工及验收规范【s】【5 5 马丽媛，姚燕，等国内外混凝士的收缩性能及抗裂性试验研究方法评述【J 中国建材科技，2 0 0 1(1)：2 7 3 1 6】6S O R O U S H I A NP，R A V A N B A K H S HS C o n t r o lo f p l a s t i cs h r i n k a g ec r a c k-i n gw i t hs p e c i a l t yc e l l u l o s ef i b e r s J A C lM a t e r i a l sJ o u
30、r n a l，1 9 9 8，9 5(4)：4 2 9 _ 4 3 5【7 C C E So l 一2 0 0 4，混凝土结构耐久性设计与施工指南【s】8 朱志远，王硕太，邓可库新型机场道面混凝土性能研究 J】新型建筑材料，2 0 0 7(4)：6 7 6 9 作者简介联系地址联系电话：王j 耋军(1 9 7 2-)，男，高级工程师，研究领域为丰门场建筑工程。陕西省宝鸡市清姜路7 6 号院空军第四空防工程处(7 2 1 0 0 6)1 5 2 9 9 4 4 6 5 6 5万方数据原材料品种对碾压混凝土性能的影响研究原材料品种对碾压混凝土性能的影响研究作者：杨梦卉，李明霞，石研，YANG Meng-hui，LI Ming-xia，SHI Yan作者单位：杨梦卉,YANG Meng-hui(沈阳建筑大学材料与工程学院,辽宁沈阳,110168)，李明霞,石研,LI Ming-xia,SHI Yan(长江水利委员会长江科学院,湖北武汉430010;水利部水工程安全与病害防治工程技术研究中心,湖北武汉430010)刊名：混凝土英文刊名：Concrete年，卷(期)：2012(11)本文链接：http:/