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砂率对C30~C50混凝土强度及工作性能的影响

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混凝土是现代工程结构的主要材料,我国每年混凝土用量约10亿立方米。混凝土的主要组成材料是石子、砂子、水泥与水。在整个混凝土中,砂作为细骨料,石子作为粗骨料,其量占混凝土总量的65%~75%。粗细骨料一般不与水泥发生化学反应,其作用是构成混凝土骨架,并对水泥石的收缩变形起一定的抑制作用。

凝土强度的影响很小。砂率对高性能混凝土强度的影响比普通混凝土显著。王立久依据砂率计算公式和坍落度计算公式,从最佳砂率的基本概念出发,分别以坍落度最大、水泥用量最小原则,得到完全一致的满足最佳砂率的砂灰比计算公式。康苏芳等利用纤维素醚和砂率对全轻混凝土强度、干密度做了研究,但未对混凝土中砂率的规律做出详细研究。

本论文研究C30、C40与C50混凝土在不同砂率下,其坍落度、扩展度、表观密度及混凝土7d、28d抗压强度变化规律,以期给实际工作做出一定的理论指导。

2实验

2.1原材料

采用南京中联水泥有限公司,P.〇42.5级,其物理力学性能见表1。

 

采用南京市售黄砂,细度模数为2.3,其筛分析见表2,表观密度为2620kg/m3,含泥量为3.4%。

 

采用市售碎石,其筛分析见表3,物理性能见表4。

 

2.2外加剂

市售,江苏中铁奥莱特新材料有限公司M12,聚羧酸高性能减水剂。

 

2.3试验方法

试验配合设计依据JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》,本试验用质量法和体积法的平均值作为初步配比结果,利用Excel计算得到每立方米各原材料和HPA-E的配合比如表6。

 

试验执行GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能实验方法标准》。试件经过养护室养护7d及28d后,取出各组试件,进行抗压强度测试。

试验研究混凝土中集料含泥量的掺量不同对各种减水剂应用在混凝土中的坍落度、抗压强度等性能的影响。

3结果与讨论

3.1砂率对混凝土工作性的影响

砂率对新拌混凝土坍落度和扩展度的影响见图1~图3。

 

砂子的粒径比石子小很多,比表面积大,而且在新拌混凝土中是填充于粗骨料的空隙中,因而砂率的改变会使骨料的总表面积和空隙率有显著的变化。砂率越大,骨料的总表面积越大,在水泥浆量一定的条件下,包裹于骨料表面的水泥浆厚度将减小,水泥浆对骨料的润滑作用将减弱,使新拌混凝土的流动性变差。若砂率过小,砂填充石子空隙后,不能保证粗骨料间有足够的砂浆层,也会降低新拌混凝土的流动性,而且影响新拌混凝土的粘聚性和保水性,使新拌混凝土粗涩、松散、粗骨料易发生离析现象。当砂率适宜时,砂子不但填满石子空隙,而且还能保证骨料间有一定厚度的砂浆层以便减小粗骨料的滑动阻力,使新拌混凝土有较好的流动性。可见砂率对新拌混凝土的工作性能有显著的影响。由图1~3可以看出,三组混凝土的坍落度以及1小时坍落度随砂率的变化规律都是先增大后减小,C30混凝土在砂率为0.43左右取最大值,C40混凝土在砂率为0.40左右取最大值,C50混凝土在砂率为0.37左右取最大值。由于坍落度和扩展度能够反映混凝土一定的工作性能,坍落度和扩展度较大且不出现泌水现象则会具有较好的工作性能,因此,对于不同强度等级的混凝土,要使得其坍落度较大而获得较好的工作性,所取的砂率是各自不同的,30、C40、C50混凝土取在0.43、0.40、0.37左右较为合适。

混凝土的扩展度以及1h扩展度随砂率的曾大出现在规律都是先增大后减小,C30混凝土扩展度在砂率为0.43左右取得最大值,C40混凝土扩展度在砂率为0.40左右去得最大值,C50混凝土扩展度在砂率为0.37左右去得最大值。因此,不同强度等级的混凝土要使得其扩展度较大,所取的最适宜的砂率值是不一样的,30、C40、C50混凝土的砂率值分别取在0.43、0.40、0.37左右较为合适。

综上所述,在试验条件下,C30、C40、C50混凝土的合理砂率分别为0.43、0.40、0.37,同时也说明标准JGJ55-2011的设计是符合实践的。

3.2砂率对混凝土表观密度的影响

砂率对混凝土表观密度的影响见图4。

从图4可以看出,三种不同强度等级的混凝土的表观密度随着格子砂率的变化没有显现出明显的变化规律,且测定的表观密度值都趋于平缓状态,在2380~2550kg/m2之间变化,没有出现明显的变化,可见,砂率对混凝土的表观密度影响不大。

3.3砂率对混凝土强度的影响

 

由图5~图7可以看出,三种不同强度等级的混凝土在这个适当的范围内砂率的变化对其7d强度的影响不大,观察他们的平均值都是呈平缓趋势,没有明显的变化规律,几乎观察不出砂率变化对混凝土7d强度的影响变化规律。可见,砂率对混凝土7d强度的影响不大。

砂率对这三种不同强度等级的混凝土的28d抗压强度的影响不是很明显,随着砂率的变化,28d抗压强度值呈现出不规律的变化状态,特别是从平均值的变化曲线可以看出,平均值趋于平缓的变化状态,可见,砂率对混凝土28d抗压强度值的影响不是很大。

综上所述,砂率变化对混凝土7d、28d的抗压强度没有什么影响,这从鲍罗米公式也可得到印证。

4结论

(1)在本试验条件下,砂率的变化对C30、C40、C50混凝土的坍落度和扩展度的影响比较大,总体呈现一个先增大后减小的趋势,坊落度和扩展度能反映出混凝土一定的工作性能,因此,要使混凝土有较好的工作性能,C30、C40、C50这三种不同强度等级的混凝土的坍落度应该分别取在0.43、0.40、0.37左右较为适宜;

(2)在试验条件下,可以看出,砂率的变化对混凝土的表观密度以及抗压强度的影响不是很大,就从本文的试验数据结果来分析,看不出砂率对混凝土的表观密度和抗压强度的影响变化规律。因此,可以说砂率对混凝土的表观密度和抗压强度没有较大的影响;

(3)从试验结果来看,在施工过程中对混凝土的工作性能要求较高的情况下,C30、C40、C50这三种不同强度等级的混凝土的砂率应该分别取0.43、0.40、0.37比较合适。

 

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