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所属栏目：物理论文发表 发布时间：2011-02-25浏览量:118
副标题#e#
高性能粉煤灰轻骨料混凝土力学性能研究
于海建
中交四航局第二工程有限公司528216
摘要：高性能粉煤灰轻骨料混凝土为混凝土材料发展的一个重要方向。本文采用试验的手段研究了高性能粉煤灰轻骨料混凝土的抗压强度与水泥用量、水胶比、粉煤灰和矿粉的掺量之间的关系，并基于实验结果给出了回归公式。
关键词：粉煤灰，轻骨料，混凝土，力学性能，抗压强度
1引言
随着建筑物向大跨度，高层方向发展，要求混凝土结构构件能缩小结构断面，减轻结构自重，提高保温和隔热性能，因而对混凝土提出了高强轻质的要求。近年来，高强轻骨料混凝土以其优越的性能受到工程界和学术界的关注，并在结构工程中占有重要位置，应用越来越多[1]。优质高强轻骨料混凝土比传统混凝土强度高，质量轻20%以上，且具有耐火性能好、耐久性能好、抗震、保温、无碱集料反应等一系列优点，是一种多功能的结构材料，能提高建筑工程的使用性，降低工程造价，具有很强的市场竞争力。用高强轻骨料混凝土建造各种建筑具有良好的经济效益和技术前景。轻骨料混凝土采用泵送技术，特别适用于大体积混凝土、结构物和高层建筑。但轻骨料混凝土，易分层离析，坍落度损失大以及轻骨料在压力状态下吸收混凝土中的水分而导致堵泵现象。同时，泵送后，轻骨料中的水分又被挤出而导致混凝土的强度损失和耐久性变差等问题。
2试验设计
2.1试验材料与参数
2.1.1水泥
水泥采用拉法基水泥厂产品，强度等级为42.5MPa。其胶砂强度如表1所示。
表1水泥胶砂强度表
抗压强度(MPa) 抗拉强度(MPa)
3d 28d 3d 28d
30.2 60.3 6.8 9.2
2.1.2骨料
细骨料，选用普通砂，细度模数为2.85的中砂，表观密度为2.59g/cm3。
粗骨料，选用陶粒，生产地为天津。其参数见表2所示。
表2陶粒参数表
陶粒品种 表观密度(g/cm3) 吸水率(%) 筒压强度(MPa)
天津陶粒 1230 2.6 4.0
2.1.3矿物掺合料
矿物掺合料为粉煤灰、磨细矿粉，粉煤灰为石庄电场一级粉煤灰，磨细矿粉由唐山建材公司生产，其密度为2.9g/cm3，比表面积为454m2/kg。
2.1.4外加剂
选用KRL型泵送剂(减水率为20%，掺量为胶凝材料的2.7%)。
2.2试验方法
轻骨料的预湿方法：将轻骨料放入水中浸泡1h之后，然后摊开在麻布上，放在室内自然风干至饱和面干状态后方可使用。对于未预湿的轻骨料，在计算混凝土总加水量时，将轻骨料1h的吸水量计算入内。
轻骨料混凝土的搅拌及养护制度：轻骨料混凝土采用30L强制搅拌机搅拌，对于预湿处理的轻骨料。轻骨料混凝土成型采用振动成型，成型1天后拆模并放入水箱内进行养护，到规定龄期取出进行相应的试验。
轻骨料混凝土的抗压强度按《普通混凝土力学性能试验方法》(GB/T20081-2002)进行测试。所有试块统一采用100mm×100mm×100mm试模，标准养护，测定龄期3d，28d，90d的抗压强度。试验结果已乘相应的换算系数0.95，换算为标准值[2]。
3高性能轻骨料混凝土性能评价体系
3.1工作性能评价
新拌高性能轻骨料混凝土拌合物的工作性能主要包括粘聚性、流动性和抗分层离析性能。具有良好工作性能的高性能轻骨料混凝土在施工操作过程中具有大的流动性，不易产生分层离析或发生泌水现象等性能，以使其容易获得质量均匀且密实的混凝土结构。
流动性是指新拌轻骨料混凝土在自重或者是机械振捣力的作用下，能产生流动并均匀密实的充满模板的性能。在外观上表现为新拌轻骨料混凝土的稀稠，直接影响其振捣施工的难易和成型的质量。
粘聚性是指新拌混凝土内部组分具有一定的粘聚性，在运输和浇筑过程中不发生分层离析现象，使混凝土能保持整体均匀稳定#p#副标题#e#的性能。
保水性是指新拌混凝土具有一定的保持内部水分的能力，在施工过程中不产生严重的泌水现象。
一般采用坍落度和扩展度两个指标来评价轻骨料混凝土的工作性能。按《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T50080-2002)进行。
3.2力学性能评价
混凝土的强度包括抗压强度，抗拉强度，与钢筋的粘结强度和抗弯强度等。一般混凝土的强度越高其不透水性、刚性、抵抗风化和某些介质侵蚀的能力越强。混凝土的抗压强度是结构设计的主要参数，也是混凝土的质量评定和控制的主要技术指标。
高性能轻骨料混凝土力学性能以混凝土立方体抗压强度来评价，按《普通混凝土力学性能试验方法》
4试验结果和分析
本次试验采用绝对体积计算方法，得出以水灰比为0.5，砂率为40%，水泥用量为400kg/m3，复合高效减水剂0.97%为基准配合比，变化掺矿物的总量(30%，40%，50%)其中的一个量，其中粉煤灰与矿粉在混掺总量一定的情况下的掺合比例与对应的混凝土相同。共拌合13组轻骨料混凝土。对应的水泥胶砂强度试验，以水泥用量450g、水225g、砂1350g为基准，轻骨料混凝土配合比设计、试验结果分别见表3、表4。
表3轻骨料混凝土配合比设计表
编号 混掺量/% 掺量比 粉煤灰/g 矿粉/g 水泥用量/g 用水量/g 砂/g 陶粒/g
1 0 0 0 0 450 225 1350 2025
2 30 1:2 45.0 90.0 315 225 1350 2025
3 30 1:1 67.5 67.5 315 225 1350 2025
4 30 2:1 90.0 45.0 315 225 1350 2025
5 40 1:3 45.0 135.0 270 225 1350 2025
6 40 3:5 67.5 112.5 270 225 1350 2025
7 40 1:1 90.0 90.0 270 225 1350 2025
8 40 5:3 112.5 67.5 270 225 1350 2025
9 40 3:1 135.0 45.0 270 225 1350 2025
10 50 1:4 45.0 180.0 225 225 1350 2025
11 50 3:7 67.5 157.5 225 225 1350 2025
12 50 2:3 90.0 135.0 225 225 1350 2025
13 50 1:1 112.5 112.5 225 225 1350 2025
表4试验结果
编号 坍落度 扩展度/mm 3d抗压强度/MPa 28天抗压强度/MPa 90d抗压强度/MPa
1 80 200 25.9 47.9 54.8
2 220 410 14.7 41.2 52.8
3 240 420 14.6 39.5 49.2
4 245 440 14.2 39.1 47.9
5 235 400 1835 43.2 52.6
6 245 440 15.8 39.8 47.1
7 250 510 16.7 39.1 46.8
8 260 540 15.9 37.9 43.1
9 275 590 17.2 32.1 40.2
10 255 550 17.9 38.2 45.8
11 265 590 17.9 37.5 45.0
12 275 650 15.4 37.1 44.3
13 270 690 16.5 33.1 40.2
从表3与表4可知，在同一水胶比时，轻骨料#p#副标题#e#混凝土7天、28天强度以掺磨细矿渣粉为最高。这是由于粉煤灰和磨细矿渣粉的综合效应加速了各自的火山灰反应，微细矿渣粉的掺人使混凝土孔结构细化，孔隙率降低，强度提高。另外，磨细矿渣粉的掺人降低了水泥用量，较低的水泥浆体用量和单位用水量，减少了混凝土裂缝和缺陷的生成，可避免出现混凝土龟裂、干缩，提高了硬化混凝土的稳定性和免疫性，使其耐久性明显改善，从而延长了结构的使用寿命[3~4]。
以轻骨料混凝土的28d抗压强度()为因变量，水泥用量()、水胶比()粉煤灰()和矿粉()的掺量分别为自变量建立多元线性回归方程。
设回归方程模型为：，用Excel进行回归分析，回归公式为：。
5结语
轻骨料混凝土具有轻质、强度可设计性、耐久等性能优点以及保温、隔音、抗震等功能特点，既可用于非承重结构，也可以用于主要承重结构，应用领域非常广阔。本文通过分析不同掺量的水泥、粉煤灰、矿粉以及不同的水胶比对轻骨料混凝土抗压强度影响。根据其影响规律，建立了数学模型，运用多元线性回归分析的方法得到轻骨料混凝土28d抗压强度预测公式。
参考文献：
[1]韩亮，刘娟红.大流动性高强轻骨料粉煤灰混凝土试验研究[J].粉煤灰综合利用，2007,2：34-36.
[2]王艳，宋少民.粉煤灰高强轻骨料的研制[J].粉煤灰综合利用，2004,4：49-51.
[3]周永娜.高性能粉煤灰轻骨料混凝土的试验研究[D].内蒙古科技大学硕士论文，2009.
[4]刘娟红，李政.高密实轻骨料粉煤灰混凝土技术研究[J].粉煤灰综合利用，2004,3：26-27.
