考慮石粉作為膠凝材料的碾壓混凝土氣泡參數(shù)研究

摘要：作為評(píng)價(jià)混凝土抗凍性的參數(shù)之一，混凝土氣泡間距系數(shù)越來(lái)越受到重視。在混凝土氣泡參數(shù)的測(cè)定中，漿體的體積含量是一個(gè)重要的計(jì)算參數(shù)。由于碾壓工藝的需要，通常碾壓混凝土的細(xì)骨料含有較多的石粉。石粉是否作為漿體材料對(duì)于碾壓混凝土的氣泡參數(shù)測(cè)定有直接影響。當(dāng)考慮80μm石粉或160μm石粉作為漿體材料時(shí)，計(jì)算出的氣泡參數(shù)將變大。建議采用氣泡間距系數(shù)分析評(píng)價(jià)碾壓混凝土抗凍性時(shí)考慮石粉含量的影響。

關(guān)鍵詞：碾壓混凝土 石粉含量 氣泡參數(shù)

0 概述

　　碾壓混凝土筑壩是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新型建壩技術(shù)。隨著北方嚴(yán)寒地區(qū)水電建設(shè)的發(fā)展，要求碾壓混凝土具有高抗凍的性能。大量研究表明，引入微小氣泡是提高混凝土抗凍性能的有效方法。作為評(píng)價(jià)混凝土抗凍性的參數(shù)之一，混凝土氣泡間距系數(shù)越來(lái)越受到重視。在混凝土氣泡參數(shù)的測(cè)定中，漿體的體積含量是一個(gè)重要的計(jì)算參數(shù)。

　　由于碾壓工藝的需要，通常碾壓混凝土的細(xì)骨料含有較多的石粉。石粉是否作為漿體材料對(duì)于碾壓混凝土的氣泡參數(shù)測(cè)定有直接影響。

　　從字面意義看，石粉是指巖石粉末。在混凝土研究中，石粉有兩種含義，一是指諸如石灰石、凝灰?guī)r、沸石等磨制的細(xì)粉，另外還指細(xì)骨料中粒徑小于0.16mm的部分。不同國(guó)家對(duì)石粉的定義也有差別。在我國(guó)，石粉被定義為人工砂中粒徑小于0.16mm的細(xì)顆粒，在其他國(guó)家，如美國(guó)、巴西，石粉被定義為骨料中含有的通過(guò)200號(hào)篩（≤0.075mm）的細(xì)顆粒。^[]1

　　石粉在混凝土中已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用。我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》（GB 175-1999）允許在水泥中摻入石灰石粉作為非活性摻合料；在混凝土中，石粉也經(jīng)常作為惰性填充材料改善混凝土的和易性。在碾壓混凝土中，石粉常常通過(guò)砂中石粉和單獨(dú)摻入石粉兩種方法進(jìn)入碾壓混凝土，所起的作用被認(rèn)為是代砂或代水泥。例如：普定、巖灘、江埡、汾河二庫(kù)、白石、黃丹等水電工程中，均采用了石粉取代部分細(xì)骨料；龍灘、漫灣、大朝山、小灣等水電工程中，采用了石粉作為摻合料取代部分水泥^[,]23。石粉的巖性主要有石灰?guī)r、火山灰?guī)r、大理巖、花崗巖、輝綠巖、凝灰?guī)r等。

　　雖然針對(duì)石粉在混凝土中的具體應(yīng)用，對(duì)于石粉的作用和性質(zhì)界定不同，但是這些應(yīng)用中采用的石粉性質(zhì)都是類同的。也就是說(shuō)，代細(xì)骨料進(jìn)入混凝土的石粉和代水泥進(jìn)入混凝土的石粉其實(shí)都一樣，只是人為定義的區(qū)別。

　　一般認(rèn)為用于碾壓混凝土的石粉有以下幾種類型：1、粒徑小于160μm，這些石粉通常以細(xì)骨料的形式進(jìn)入碾壓混凝土，在細(xì)骨料中占8%～22%；2、粒徑小于80μm，這些石粉約占細(xì)骨料中石粉含量的50%；3、粒徑小于45μm，這些石粉通常是單獨(dú)磨細(xì)作為摻合料進(jìn)入碾壓混凝土。

　　本文選擇了六組碾壓混凝土配合比進(jìn)行對(duì)比分析，研究考慮不同粒級(jí)石粉作為漿體材料對(duì)碾壓混凝土氣泡間距系數(shù)的影響。

1 用于對(duì)比分析的配合比

　　進(jìn)行對(duì)比分析的混凝土配合比見表 1所示。

　　所用的細(xì)骨料有3種：①天然砂，②花崗巖人工砂，③大理巖人工砂。表 2中列出了三種細(xì)骨料的石粉含量，可以看出，天然砂中的石粉含量較低且80μm以下細(xì)石粉比例小，約占20%，隨著人工砂石粉含量提高，80μm以下的細(xì)粉比例也從約37.5%提高到約53.8%。

2 考慮石粉作為漿體成分的凈漿含量

　　既然石粉在混凝土中，尤其是碾壓混凝土中可以作為摻合料，那么石粉就可以作為漿體成分。因此，筆者考慮將80μm石粉甚至160μm石粉作為漿體，由此計(jì)算碾壓混凝土中的漿體含量并作為參數(shù)計(jì)算氣泡間距系數(shù)。

　　首先需要計(jì)算凈漿含量，計(jì)算結(jié)果見表 3。從表中可以看出，考慮石粉作為漿體成分而計(jì)算出的凈漿含量得到了提高。不考慮石粉作為漿體成分時(shí)，凈漿含量為18.0%～22.9%；考慮80μm石粉作為漿體成分時(shí)，凈漿含量為19.3%～26.3%；考慮160μm石粉作為漿體成分時(shí)，凈漿含量為21.4%～28.8%。

　　圖 1顯示了不考慮石粉、考慮80μm石粉、考慮160μm石粉三種方案計(jì)算的凈漿含量增大幅度?？梢钥闯觯捎檬酆繛?5.8%的三級(jí)配一組不論考慮哪種粒級(jí)的石粉都對(duì)凈漿含量影響較大，而其它幾組考慮160μm石粉時(shí)變化較大，只考慮80μm石粉時(shí)變化很小。

3 考慮石粉作為漿體成分的氣泡間距系數(shù)

　　采用《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（DL/T 5150-2001）中的直線導(dǎo)線法對(duì)硬化混凝土的氣泡參數(shù)進(jìn)行測(cè)定和分析。在加工好的切片觀測(cè)面上標(biāo)注間隔相等的測(cè)試導(dǎo)線，采用體視顯微鏡沿導(dǎo)線觀測(cè)導(dǎo)線所切割的氣泡弦長(zhǎng)和氣泡個(gè)數(shù)，以此推算混凝土中的空氣含量和氣孔間距系數(shù)。

　　直線導(dǎo)線法的原理是在固體中取任意直線，某一組分在此直線上所截取的線段長(zhǎng)度總和，與此直線全長(zhǎng)的比值，即為該組分在此固體中的體積含量。對(duì)于混凝土來(lái)說(shuō)，各種尺寸的封閉氣泡便是其中的組分之一。導(dǎo)線截取的氣泡弦長(zhǎng)總和與導(dǎo)線全長(zhǎng)的比值就是混凝土中氣泡的體積含量。

　　根據(jù)前述考慮80μm石粉或者160μm石粉作為漿體成分計(jì)算得出的漿體含量重新計(jì)算混凝土的氣泡間距系數(shù)見表 4。

　　從表 4和圖 2的對(duì)比結(jié)果可以看出，三組二級(jí)配碾壓混凝土的氣泡間距系數(shù)在0.285～0.369，考慮80μm石粉作為漿體使氣泡間距系數(shù)增大約0.9%～3.2%，考慮160μm石粉作為漿體使氣泡間距系數(shù)增大約6.0%～12.5%，三組三級(jí)配碾壓混凝土的氣泡間距系數(shù)在0.672～0.980，考慮80μm石粉作為漿體使氣泡間距系數(shù)增大約3.1%～14.9%，考慮160μm石粉作為漿體使氣泡間距系數(shù)增大約15.6%～25.8%。

4 結(jié)語(yǔ)

　?。?）本文分析了碾壓混凝土中石粉的一般來(lái)源和出現(xiàn)形式，指出已經(jīng)有石粉被作為膠凝材料的實(shí)例；

　?。?）碾壓混凝土的漿體含量作為氣泡間距系數(shù)計(jì)算的重要參數(shù)，當(dāng)考慮80μm石粉或者160μm石粉作為漿體成分時(shí)，漿體含量增加3%～26%，細(xì)骨料中石粉含量越高增加越多；

　　（3）考慮石粉作為漿體成分計(jì)算出的氣泡間距系數(shù)二級(jí)配碾壓混凝土增加了0.9%～12.5%，三級(jí)配碾壓混凝土增加了3.1%～25.8%，影響顯著；

　?。?）建議采用氣泡間距系數(shù)對(duì)碾壓混凝土的抗凍性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)時(shí)考慮石粉含量的影響，尤其注意80μm石粉。

參考文獻(xiàn)

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