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文档简介
1、第二章 实验准备与研究方法第一节 实验原材料及仪器1.1 水泥(C)1.2 粉煤灰(F)质量指标细度(45m方孔筛筛余)烧失量需水量比SO3含量II13.06%0.306%78% 0.5% 粉煤灰是从煤粉炉排出的烟气中收集到的细颗粒粉末,属于火山灰质材料。是工业“三废”之一。本实验采用的粉煤灰是:陕西省宝鸡市宝源粉煤灰综合利用有限责任公司生产的II级粉煤灰宝源II级粉煤灰性能参数: 粉煤灰的在碾压混凝土中的作用机理:粉煤灰是人工火山灰质材料,本身并无胶凝性能,在常温下,当有水存在时,能与石灰起化学反应,生成具有胶凝性能的水化产物,这些水化产物,一般能在空气中立即硬化,而后渐渐具有水硬性。掺有粉
2、煤灰的碾压混凝土干缩性小,水化热降低,从而可以减少裂缝。1.3 河沙 (S)渭河河沙表观密度2580kg/m3 堆积密度 1569kg/3m细度模数2.89 属中沙含泥量:1.34% 1.4 卵石(G) 540mm的卵石,小石:大石= 45:55,表观密度2.71kg/m3,堆积密度1.63kg/m31.5 减水剂(HA)西安得莱克混凝土外加剂有限公司HA-2型。减水率20%,最优掺量0.7%。1.6 拌和用水:生活自来饮用水。1.7 实验仪器 振动台说明:标准振动台是频率50+/-3.3Hz,空载振幅0.5+/-0.1mm;容量筒内径240mm,内高200mm;透明塑料压板及滑杆质量2.75
3、+-0.05Kg。标准碾压混凝土的VC值是515(S)。限于实验室条件,我们采用普通振动台,根据大量别的配合比关系作以对照,最终确立我们的VC值控制在3545(S)。 成型模具:150 mmX 150mm X 150mm的立方体。 坍落度: 测量工具:天平、磅秤、500ML量筒、秒表等拌和工具。1.8 实验经验小结 由于碾压混凝土的初凝时间较长(一般混凝土长粉煤灰混凝土比基准混凝土凝结时间慢,初终凝均比基准混凝土推迟约1-3小时,这是由于粉煤灰在形成的过程中,其表面吸附了一定量的Na2O及SO3,这些化合物延长了混凝土的凝结时间)故折模时间一般需至少36h. 由于碾压混凝土的干硬性,为了折模顺
4、利,需要在模具边缘内部多涂些油。这样折模时试件才能比较完整。 振动时,如果发现模具的某拐角处没有出浆,而其他拐角处均出浆正常,这可能是模具螺丝松动,须立即停止振动,加以调整并重新装模、振动。 试件在振动时,应使用泥摸子用力压试件的成型面,以使得试件成型后比较密实,减少实验误差。 每次实验,在装模时三个模具应同时进行,以保证试件的均匀性,减少实验误差。 实验加料顺序为:石子砂子(搅拌均匀)水泥粉煤灰水高效减水剂(HA) 为此对碾压混凝土的配合比进行了调整,每方混凝土增加5kg用水量,相应增加10kg的胶材用量。第二节 研究方法2.1 实验配合比设计:对碾压混凝土的配合比设计方法,至今尚无统一的规
5、定。目前已有的几种设计方法也存在着一些差别。这些方法都是从不同的角度建立起来的,其中有的带有假想的性质,有的带有经验的性质。目前,人们所喜欢的方法有这样三种:(1)假定表观密度法(2)填充包裹法(3)绝对体积法。设计方法的对比:(1)假定表观密度法:本实验采用假定表观密度法:即在给定水胶比、粉煤灰含量的情况下,根据已知经验及水工碾压混凝土实验规程(SL 4894)要求来假定单位用水量,假设碾压混凝土的表观密度,通过实验要求的坍落度、VC值来进行各量的调整,然后再测定、计算碾压混凝土的表观密度。W/(C+F)=m (1)F/(C+F)=n (2)C+F+W+S+G=con (3)S/(S+G)=
6、k (4)由公式(1)(2)(3)(4)我们可以简单的求出单位体积混凝土各种材料的用量。说明:1、由于砂率对混凝土的抗压强度没有影响,而仅仅影响混凝土的稠度。所以我们通过一定的砂率来调整混凝土的坍落度和VC值。2、此种方法不涉及公式参数的选取,故机械随机性误差减小为零,而仅仅考虑实验操作误差,大大提高了实验的可利用价值。3、坍落度和VC值的测定都是比较简单易行的。(2)填充包裹法:该方法基于两个前提假设:(1)胶凝材料浆包裹砂粒并填充砂的空隙形成砂浆。(2)砂浆包裹粗骨料并填充粗骨料的空隙,形成混凝土。用、作为衡量的指标。一般地,取1.11.3,取1.21.5。说明:1、取值时的随机性误差很大
7、。2、Va混凝土的孔隙体积面积百分数。由于本实验室仪器设备的限制,此值无法测定。3、具体各种材料用量公式请参阅相关资料。(3)绝对体积法:该方法假定碾压混凝土拌和物的体积等于各组成材料绝对体积及混凝土拌和物中所含空气体积之和,即:C/c + F/f + S/s + G/g + 10 = 1000说明:1、为碾压混凝土拌和物含气量的百分数,不掺引气剂时一般取13。随机性大,误差难以控制。综合以上各方面的因素及现存技术设备,我们选取假定表观密度法来进行我们的配合比设计。2.2 研究的方法实验中我们采用单因素试验分析方法:由于各碾压混凝土配合比参数对混凝土各种性能的影响程度不同,因此可以选择对混凝土
8、某方面性能影响较为显著的参数进行研究分析,一般地,研究混凝土的抗压强度,我们选择水胶比、掺和材料掺量作为研究的一个平台来进行研究。即有:(1)在同一水平水胶比下,不同粉煤灰掺量对碾压混凝土抗压强度的影响。(2)在同一水平粉煤灰掺量下,不同水胶比时对碾压混凝土抗压强度的影响。 第三章 实验结果统计与分析第一节 结果统计3.1 相同粉煤灰掺量,不同水平的水胶比,碾压混凝土抗压强度值:W/(C+F)R14d(MPa)R28d(MPa) W/(C+F)R14d(MPa)R28d(MPa)0.7 9.011.70.77.810.10.87.810.10.8 4.35.60.96.58.50.9
9、4.1 5.31.04.86.21.03.54.6表3-1表3-2(1)F/(C+F)= 30%(2)F/(C+F) =45%(3)F/(C+F) =60%W/(C+F)R14d(MPa)R28d(MPa)0.76.38.20.82.63.40.92.43.11.02.22.9表3-33.2 相同水胶比,不同粉煤灰掺量,碾压混凝土抗压强度值:(1) W/(C+F)=0.7(2)W/(C+F) =0.8F/(C+F)R14d(MPa)R28d(MPa) F/(C+F)R14d(MPa)R14d(MPa)30%911.730%7.810.145%7.810.145%4.35.660%6.
10、38.260%2.63.4表3-4表3-5 (3)W/(C+F)=0.9(4)W/(C+F)=1.0F/(C+F)R14d(MPa)R28d(MPa) F/(C+F)R14d(MPa)R28d(MPa)30%6.58.530%4.86.245%4.15.345% 3.54.660%2.43.160%2.22.9表3-6表3-73.3 表观密度统计结果:W/(C+F)F/(C+F)(Kg/ m3)W/(C+F)F/(C+F)(Kg/ m3)0.730%2432.20.930%2407.345%2432.245%2407.360%2508.460%2395.20.830%2416.31.
11、030%2407.345%2417.845%2395.260%2422.360%2395.2表3-83.4 碾压混凝土材料配合比图表W/(C+F)F/(F+C)(%)VC值(S) 每立方米RCC材料用量F(Kg)W(Kg)C(Kg)S(Kg)G(Kg)合计减水剂0.7%(Kg)28d强度MPa520(mm)2040(mm)Kg0.7304445.0105105653.2685.8838.215240.7411.7454467.510582.5653.2685.8838.215240.5810.1604390.010560.0729.4685.8838.215240.428.20.83
12、04340.010693.1653.2685.8838.215240.6410.1454360.310773.3653.2685.8838.215240.515.6603881.610954.5653.2685.8838.215240.383.40.9304336.310984.8653.2685.8838.215240.598.5454054.510966.6653.2685.8838.215240.475.3604072.710936.3653.2685.8838.215240.252.31.0304036.310984.8653.2685.8838.215240.596.2453849.
13、110960.0653.2685.8838.215240.424.6603665.410943.6653.2685.8838.215240.312.9表3-93.5 查阅资料数据统计一览表:粉煤灰含量、水胶比及28d抗压强度统计(单位:MPa)W/(C+F)粉煤灰含量20%30%45%60%045.142.934.830.50.137.634.52824.30.230.127.823.220.10.324.122.518.615.60.419.316.814.112.00.516.213.612.410.20.614.813.010.98.90.713.311.710.18.20.811.61
14、0.15.63.40.99.58.55.33.11.06.86.24.62.9表3-10粉煤灰掺量、水胶比、14d抗压强度(单位:MPa)数据统计表W/(C+F)F/(C+F)20%30%45%60%035.23326.823.50.128.926.521.518.70.223.221.417.815.50.318.617.314.3120.414.812.910.89.20.512.510.59.57.80.611.4108.46.80.710.297.86.30.88.97.84.32.60.97.36.54.12.415.24.83.52.2表3-1114d抗压强度、水胶比、粉煤灰掺量图
15、表F/(C+F)W/(C+F)0.60.70.80.91018.415.112.19.87.610%14.11210.18.16.120%11.410.28.97.35.230%1097.86.54.845%8.47.84.34.13.560%6.86.32.62.42.2表3-1228d抗压强度、水胶比、粉煤灰掺量图表F/(C+F)W/(C+F)0.60.70.80.91023.919.615.712.79.910%18.315.613.110.57.920%14.813.311.610.56.630%1311.710.18.56.245%10.910.15.65.34.660%8.88.2
16、3.43.12.9表3-13第二节 结果分析1.1 结果分析(1)水胶比与强度关系分析图3-1图3-2分析:(1)图中曲线从上至下,粉煤灰掺量分别为20%、30%、45%、60% 。分别对应于曲线1、2、3、4。水胶比从00.6的数据均是资料查得的。曲线1是所查资料数据绘制,可见,粉煤灰掺量为20%时,混凝土的强度变化规律是严格对数函数变化,曲线比较平滑。随着水胶比的增大,抗压强度减小,水胶比在00.6之间变化时,曲线变化率比较大,水胶比从0.71.0时曲线的变化率比较平稳,但曲线的的整体趋势是减小的。这主要是由于水胶比增大,胶凝材料中水泥的用量逐渐减少的缘故。(2)图中显示水胶比在00.5之
17、间时,曲线1、2、3、4的变化率基本相同。即,随着水胶比的增加抗压强度减小。水胶比每增大0.1,抗压强度就减少68MPa。(3)从上图可以知道,在粉煤灰掺量为30%时:水胶比,由以上数据显示:当水胶比从0.50.9时,强度变化率比较平稳,继续增加水胶比达到1.0时强度变化很大。故在实际工程中水胶比一般控制在0.7之内,且此时粉煤灰掺量不能超过30%。(4)由表3-1和表3-2可以知道:随着水胶比的增大,抗压强度减小;随着龄期的增加,强度有所增加,增长率大约为30% 。(5)当粉煤灰掺量达到45%、60%时,二者强度变化率基本相同,即:水胶比,粉煤灰掺量为60%的其强度变化率几乎为零。(6)由表
18、3-9可以知道:碾压混凝土稠度服从“恒用水量定则”,当用水量不变时,稠度恒定不变,即稠度不随水灰比改变而变动。 (2)粉煤回掺量与抗压强度关系分析图 3-3图3-4分析:(1)图示曲线从上至下水胶比分别为:0.6、0.7、0.8、0.9、1.0 。(2)当粉煤灰掺量大于30%时:水胶比为0.8、0.9、1.0的曲线变化比较大,他们的曲线变化率大约为44.9% 。这主要是由于水胶比增大,粉煤灰掺量增加,水泥用量急剧减少,导致碾压混凝土抗压强度的降低。(3)当粉煤灰掺量大于45%时:水胶比为0.8、0.9、1.0的曲线变化率继续降低大、且三者的变化率基本上保持一致,大约为39.3% 。(4)由图3
19、-3和图3-4可以知道:1、随着粉煤灰量的增加,碾压混凝土的抗压强度减小。2、随着龄期的增长,抗压强度有所增加。增长率大约为30% 。由上可以知道,当水胶比增大、粉煤灰掺量增大时,混凝土的抗压强度降低很快,而且水胶比大到一定程度时,其抗压强度的变化基本为零,因为图中显示水胶比为0.8、0.9、1.0,粉煤灰掺量为60%时,碾压混凝土抗压强度值基本相交于同一点。这主要是一方面由于水泥用量的减少、粉煤灰掺量的增加、用水量增加,混凝土内部原生孔增多;另一方面是水泥水化产物石灰与过量的粉煤灰反应,不能形成胶凝物所致。(5)粉煤灰掺量大于45%时,抗压强度降低幅度较大,这是一方面由于粉煤灰等量取代水泥,
20、致使混凝土中水泥用量降低,早期水化产物生成量减少;另一方面,粉煤灰的增加,延缓了混凝土的凝结硬化。(6)水胶比为0.9的曲线28天强度在粉煤灰掺量为10%20%时,有一个相对回升区,且保持水平。这是由于水胶比较大、粉煤灰掺量与水泥水化产物石灰充分反应形成致密胶凝物,原生孔隙减少,使得强度有所增加。可见,对于不同的水胶比存在一个最优粉煤灰掺量。1.2 简要结论:(1)在水胶比一定的情况下,随着粉煤灰掺量的增加碾压混凝土抗压强度降低。且粉煤灰掺量小于45%时的抗压强度降低率比大于45%的降低率要大,这种趋势表现在水胶比为0.8、0.9的尤为明显。但当水胶比为0.7、1.0时,碾压混凝土的抗压强度值
21、的变化率几乎相等,近似为线性变化规律,与以往资料相符。水胶比越大抗压曲线图越靠近X坐标轴。(3)由表3-8,我们显然可以看出碾压混凝土的表观密度随水胶比的增大而降低。(4)由表3-1到表3-7表明:大水胶比、高掺量粉煤灰的早期抗压强度比较低。而且强度增长缓慢。(5)由表3-9可以知道:在同一水胶比下,VC值随粉煤灰掺量的增加而减小;在同样的粉煤灰掺量下,VC值随水胶比的增大而减少。碾压混凝土稠度服从“恒用水量定则”,当用水量不变时,稠度恒定不变,即稠度不随水灰比改变而变动。(6)太高掺量的粉煤灰则充分稀释了水泥颗粒,阻碍了碾压混凝土早期强度的形成,随龄期的增长,水化产物的增多,粉煤灰的火山灰效
22、应得以发挥.火山灰反应的结果改善了水泥水化产物的质量、消耗了晶体相、细化了毛细孔径,而早期的粉煤灰“稀释”作用也有利于水泥水化产物的均布.1.3 讨论:(1)由于大掺粉煤灰量碾压混凝土中的掺粉煤灰掺量很大,在总的胶凝材料用量比较低的情况下,混凝土早期强度很低,这是大掺量掺粉煤灰碾压混凝土实际应用的不足之处,需要我们进一步的研究。(2)大掺量掺粉煤灰碾压混凝土的强度等性能的提高是否还可以用掺加外加剂等的方式来实现呢?很多学者研究提出采用激发剂来提高,那是如何实现的呢?(3)据权威资料显示:碾压混凝土在粉煤灰掺量达45%以后,其1年强度增长率可达173%264%。可见碾压混凝土的抗裂性能比常态混凝
23、土要成倍地提高。说明,利用高掺粉煤灰既可降低混凝土的绝热温升,又可提高混凝土的后期强度增长率,这对混凝土的抗裂是有利的,对碾压混凝土坝的抗渗起到了很重要的作用。从而我们是否可以进一步思考:在增加粉煤灰掺量的情况下,增大水胶比,从很大程度上降低坝体内部的绝热温升,与此同时随着龄期的增长,碾压混凝土强度继续增长,粉煤灰的水化作用进一步发挥,这样既有利于坝的稳定,又对坝的防渗有很大效果。(4)在粘土缺乏的地区,在筑坝时可以采用高水胶比、高掺量粉煤灰碾压混凝土做为心墙用于防渗,而且强度也比粘土高的多(研究表明粉煤灰掺量在60%左右,碾压混凝土的防渗效果最好)这种方法在经济、技术上是否可行呢?(5)知道粉煤灰的作用机理:粉煤灰与石灰(碱性物质)反应生成致密的胶凝物。在碱性河流上修建的堤坝或其他水工建筑物是不是可以通过加大粉煤灰的含量来维护建筑
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