南京工业大学学报自然科学版
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高性能道路混凝土抗折性能研究

内容摘要:结合实际,研究了高性能道路混凝土的抗折性能。 
中国论文网 http://www.xzbu.com/3/view-1436339.htm
  关键词:抗折强度,实验;水灰比 
  中图分类号:文献标识码:A 
   
  水泥混凝土路面是现代公路建设中一种重要的路面结构形式,其主要受弯荷载的作用,这就决定了抗折强度作为衡量道路混凝土力学性能指标的重要性。水泥混凝土是一种脆性水泥基复合材料,抗折强度远远低于抗压强度,提高道路混凝土的抗折强度可以大大延长路面板的使用寿命,可以获得可观的经济效益。尤其是近几十年,各种活性矿物掺合料在混凝土建筑工程中得到了广泛的应用,不但可以达到节能环保的目的,更重要的是提高了混凝土工程的耐久性。因此对于高承载、高寿命的现代化道路来说,研究水灰比及火山灰活性矿物掺合料对高性能混凝土抗折性能的影响具有重要意义。 
   
  1实验方案 
   
  1.1原材料 
  本文采用哈尔滨水泥厂生产的P•O42.5普通硅酸盐水泥;选择级配良好的中砂;粗骨料选用辉绿岩碎石;粉煤灰为哈尔滨三电厂生产的І级粉煤灰,矿渣为鞍山钢铁厂生产的高炉矿渣,硅灰为挪威埃肯公司生产的中密质硅灰,化学成分及比表面积见表1所示;减水剂选用FDN高效减水剂,引气剂采用MA202混凝土引气剂;搅拌用水为哈尔滨市饮用的自来水。 
  1.2试验方案 
  本文主要研究水灰比、粉煤灰及矿渣对高性能混凝土抗折性能的影响,以及高性能道路混凝土抗折强度和抗压强度及动弹性模量的相关性。水灰比包括0.3、0.4和0.5;粉煤灰和矿渣的掺量分别为10%、20%和30%。抗压强度试验采用100×100×100mm的立方体试件,抗折强度和动弹性模量试验采用100×100×400mm长方体试件。按表2配合比在实验室条件下,将混凝土搅拌、成型后1d脱模,在标准养护室中养护到试验龄期进行抗压、抗折及动弹性模量试验,实验方法参照规范GBJ81―85和GBJ82―85。 
   
  2.试验结果及讨论 
   
  2.1水灰比及矿物掺合料对道路混凝土抗折强度的影响 
  如图1所示,无论龄期是28d还是56d高性能混凝土的的抗折强度随水灰比的增大而减小,当水灰比为0.5时混凝土的抗折强度已经小于JTGD40-2002规定的最小值4.0MPa。当水灰比从0.3增大到0.4,56d龄期混凝土的抗折强度降低了大约27%,28d龄期混凝土的抗折强度降低了大约30%,从0.3增大到0.5,56d龄期混凝土的抗折强度降低了大约40%,28d龄期混凝土的抗折强度降低了大约45%,从上述数据可以看出水灰比对道路混凝土的抗折强度的影响非常大。这是因为这是因为硬化的水泥石为凝胶―孔隙结构,随着水灰比的增加,混凝土中自有水的含量增加,胶空比逐渐降低,孔隙率增加[1],密实度降低了,而且水灰比越大越不利于孔隙的自行封闭[2]。同时随着水灰比的增大,混凝土种单位体积用水量增加,在骨料的下方容易形成水囊,在骨料的周围也容易形成水膜,界面过渡区不密实,在抗折的过程中容易出现微裂纹,骨料的破坏形式多为拔出破坏。 
  从图2可以看出,和基准混凝土相比掺加粉煤灰的高性能混凝土的抗折强度有所降低,并且随掺量的增加混凝土抗折强度降低的较大。当掺量为10%、20%和30%时,28d龄期混凝土的抗折强度分别降低6%、22% 和28%,56d龄期混凝土的抗折强度分别降低2%、20% 和21%。由图3可知,和基准混凝土相比掺加磨细矿渣的高性能混凝土的抗折强度也有所降低。当掺量为10%、20%和30%时,28d龄期混凝土的抗折强度分别降低1.6%、21% 和22%,56d龄期混凝土的抗折强度分别降低1%、19% 和15%,从以上数据能够看出掺加磨细矿渣混凝土的抗折强度略高于粉煤灰混凝土的抗折强度。这是因为粉煤灰和矿渣部分取代水泥后,单位体积水泥用量相对减少,早期水化速率降低了,同时混凝土中的碱度较低,粉煤灰早期活性难以激发,而且钙离子含量减小少,C-S-H凝胶形成较少[3,4,5],因此粉煤灰和矿渣的掺加使得混凝土28d和56d抗折强度降低了。但和粉煤灰相比,磨细矿渣水化活性高于粉煤灰,因此掺加磨细矿渣混凝土的抗折强度高于粉煤灰混凝土。随着龄期的延长,粉煤灰和磨细矿渣的水化活性才能够逐渐贡献出来。 
  2.2高性能混凝土抗折强度和抗压强度及动弹性模量的相关性 
  由图4可知,高性能道路混凝土28d和56d的抗折强度随抗压强度的增大缓慢的增加,试验数据经回归得出高性能道路混凝土抗折强度和抗压强度之间的关系方程,28d龄期和56d龄期的方程为式(1)和(2)。 
  y = 0.2855x0.7378 (1) 
  27.1MPa≤x≤65.8 MPa 
  y = 0.3251x0.6977(2) 
  35.32 MPa≤x≤70.81 MPa 
  (a) 28d (b) 56d 
  如图5所示,高性能道路混凝土28d和56d的抗折强度随动弹性模量的增大而增加,经回归获得二者的关系方程,见式(3)和(4)。 
  y = 0.0281x1.3705(3) 
  31.07GPa≤x≤49.15GPa 
  y = 0.0007x2.3296(4) 
  38.96GPa≤x≤51.23 GPa 
  通过式(1)-(4),建立了抗压强度及动弹性模量和抗折强度的关系式,为高性能混凝土在道路上的应用提供了理论依据。 
   
  3. 结论 
   
  从上述试验结果可以得出以下结论: 
  1. 水灰比对道路混凝土抗折性能的影响较大。随着水灰比的增加,混凝土的抗折强度大大降低,因此对于道路混凝土来讲必须严格控制水灰比。 
  2. 和基准混凝土相比,分别掺加粉煤灰和磨细矿渣的高性能混凝土28d及56d的抗折强度随着掺量的增加而减小,但对于掺加磨细矿渣的混凝土来讲,当掺量达到30%时,抗56d折强度有所增加。掺加磨细矿渣混凝土的抗折强度略高于粉煤灰混凝土。 
  3. 高性能道路混凝土28d和56d龄期抗折强度和抗压强度相关性方程为: 
  y = 0.2855x0.7378 (27.1MPa≤x≤65.8 MPa)和y = 0.3251x0.6977 (35.32 MPa≤x≤70.81 MPa); 
  抗折强度和动弹性模量相关性方程为: 
  y = 0.0281x1.3705 (31.07GPa≤x≤49.15GPa)和y = 0.0007x2.3296 (38.96GPa≤x≤51.23 GPa), 
  为高性能混凝土在道路上的应用提供了理论依据。

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