沙漠砂高强混凝土力学性能研究

沙漠砂高强混凝土力学性能研究

黄伟敏

新疆大学建筑工程学院新疆乌鲁木齐830047

摘要：本文通过正交试验，分析水胶比、粉煤灰、沙漠砂替代率对高强沙漠砂混凝土的影响，旨在为西部地区工程用砂提供一条新的思路，节约运输费用，合理利用资源，降低工程造价。

关键词：沙漠砂；高强混凝土；力学性能

引言

在西部地区和沙漠地区，工程用砂需求越来越大，采购和运费居高不下，增加了建设成本。如果能够利用沙漠砂替代建筑用砂制备出适合于工程应用的混凝土，对于降低工程造价、保护当地环境和合理开发利用自然资源都具有重要意义。

一、试验材料

水泥采用P·042.5R级水泥，主要技术性能指标均符合国家规定标准；粗骨料采用人工碎石，采用两级配，即小石粒径为5~10mm，大石粒径10~25mm，其组成比例为小石：大石=2：8；中砂采用人工水洗山砂，细度模数为2.95；沙漠砂表观密度2624kg/m3，空隙率40.95%，含泥量0.14，细度模数0.194；粉煤灰为I级粉煤灰，含水率0.2%，烧失量2.8%；减水剂采用高性能减水剂，减水率25%~30%以上；试验用水为当地饮用水。

二、实验设计及方案

混凝土强度设计标准值为C60，为了减少实验次数，设计4因素3水平正交实验。

1、水胶比

混凝土中起主导作用的是胶凝材料，此次选用的用水量为190kg/m3，经试配确定基准水胶比为0.38，根据实验要求，确定水胶比的三个水平为0.34，0.38，0.42。

2、粉煤灰

用粉煤灰等量替换水泥，可在节约水泥用量的同时减少粉煤灰对环境污染，粉煤灰的掺入对沙漠砂混凝土强度有一定影响，综合考虑，最终确定粉煤灰以10%，20%和30%等量替代水泥。

3、砂率

由试配结果确定基准配合比中砂率为34%，砂率大会使拌合物的和易性提高，砂率小，拌合物易发生离析、流浆等现象，综合考虑，确定砂率为30%，34%.38%三个水平。

4、沙漠砂替代率

沙漠砂由于粒径单一，比表面积大，吸水性强等特点，考虑这些因素，沙漠砂替代率不宜过高，最终选取10%，30%，50%三个水平。

三、混凝土试件制备

按照表1所示各材料用量配制混凝土。具体方法如下：

（1）拌合前先用湿布将搅拌机里面擦拭一下，减少水分流失；

（2）将粗骨料和细骨料倒入搅拌机，搅拌30s；

（3）将水泥和粉煤灰加入继续搅拌30s；

（4）将减水剂均匀搅拌在已称量好的水里，将水倒入到混凝土拌合物里，搅拌2min；

（5）停止搅拌，将拌合物倒在湿润铁板上。

（6）将拌合物装模，然后放到振动台上振捣1min，并在振捣过程中用抹子抹平混凝土试件表面。

（7）振捣完毕，将混凝土试模平放在地上，待其表面干燥，进行标号。

（8）养护24h后，拆模并将试件放在标准养护室中养护至7d，28d，56d。

表1沙漠砂混凝土配合比

1.实验结果

沙漠砂混凝土抗压强度实验结果如表2所示，每组7d，28d抗压强度三个测试值相对于中间值的最大误差均小于15%，实验数据离散性小，数据测试无异常，真实可靠，满足规范要求。

表2正交试验结果

2.结论

1、水胶比对高强沙漠砂混凝土的影响

水胶比[水/（水泥+矿物掺合料）]是近年来发展高强混凝土（HSC）和高性能混凝土（HPC）提出的。混凝土中用水量与胶凝材料用量的质量比称为水胶比。水胶比的大小与混凝土的强度、耐久性、和易性有着千丝万缕的联系。在水胶比对混凝土性能的影响方面，试验研究分析水胶比的变化对混凝土强度的影响，研究结果发现水胶比增大，混凝土强度降低；水胶比减小，混凝土强度增加。试验结果表明，水胶比增大可提高钢纤维混凝土的抗压强度，而对混凝土的抗冻性产生负面影响，存在一个最佳值使混凝土的密实性最优。由上可知，在混凝土配合比过程中，水胶比并不是越大越好，应该综合考虑，合理优化。

2、粉煤灰对高强沙漠砂混凝土力学性能的影响

有研究表明，在普通砂中掺人沙漠砂作为细骨料配置混凝土，也可满足其抗压强度和工作性能要求，同时在其中加人粉煤灰来代替部分的水泥，这样不仅能改善混凝土的工作性，还可降低工程成本。在粉煤灰对高强沙漠砂混凝劈裂拉伸强度和抗压强度的影响研究方面，通过试验研究分析粉煤灰掺量对高强沙漠砂混凝土28d抗压强度和劈裂拉伸强度影响规律，这为混凝土力学性能的研究提供一条新的思路。其研究结果表明，高强沙漠砂混凝土劈裂拉伸强度和抗压强度随着粉煤灰掺量的增加而先增大后减小，当粉煤灰掺量达15%时，高强沙漠砂混凝土抗压强度和劈裂拉伸强度达到最大值，正交试验研究分析粉煤灰掺量对不同龄期高强混凝土抗压强度影响，研究表明，粉煤灰掺量在各个阶段对高强混凝土抗压强度均有明显的影响，当粉煤灰掺量为达1%时对高强混凝土最为有利，但在早期和后期对混凝土强度提高的作用机理并不相同。

3、沙漠砂替代率对高强沙漠砂混凝土的影响

在水胶比、砂率和外加剂掺量不变的情况下，研究不同沙地砂替代率对高强混凝土抗压强度的影响规律，同时用其应力~应变曲线研究沙地砂替代率对高强混凝土韧性和抵抗变形能力的影响。其研究结果显示，

1）考虑沙地砂对高强混凝土抗压强度、抵抗变形能力和韧性影响，沙地砂的最优替代率为0%~40%；

2）沙地砂替代率对高强混凝土抗压强度影响随着龄期的增加逐渐减弱，当龄期超过56d其对强度的影响不明显。试验研究了沙漠砂替代率对高强混凝土抗压强度影响，他们研究了保持水胶比、粉煤灰掺量和砂率不变，通过单因素实验，进一步研究不同沙漠砂替代率对高强混凝土抗压强度的影响规律。研究结果表明：通过考虑正交试验和单因素试验中沙漠砂替代率对高强混凝土抗压强度的影响，最终得出沙漠砂高强混凝土中沙漠砂的最佳替代率为20%。

参考文献：

【1】付杰，杨登，刘海峰，等粉煤灰掺量未沙漠砂替代率对高强沙漠砂混凝土力学性能影响[J].科学技术与工程，2015，15（9）：230~234.

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