溢流面抗沖耐磨混凝土中摻鋰硅粉的試驗(yàn)研究

郭新強(qiáng)

（新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設(shè)管理局 烏魯木齊 830000）

1 引言

為了驗(yàn)證在相同的抗壓強(qiáng)度、抗凍、抗?jié)B等指標(biāo)的條件下，在配合比中摻加鋰硅粉比摻加硅粉的混凝土具有較高抗裂性能。我們?cè)谠囼?yàn)室中做了混凝土配合比中摻加鋰硅粉與粉煤灰、單摻鋰硅粉、單摻硅粉三個(gè)不同配比的試驗(yàn)；測(cè)試了各種配合比混凝土的抗壓強(qiáng)度、軸心抗拉強(qiáng)度、彈性模量、極限拉伸值、抗沖磨強(qiáng)度和磨損率及干燥收縮等各項(xiàng)指標(biāo)。試驗(yàn)證明：在混凝土中摻加鋰硅粉比單純摻加硅粉具有較強(qiáng)的抗裂和抗沖磨性能。

2 實(shí)驗(yàn)原材料及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2.1 水泥

試驗(yàn)采用新疆天山P.O 42.5普通硅酸鹽水泥。水泥監(jiān)測(cè)指標(biāo)見表1。

2.2 粉煤灰

試驗(yàn)采用瑪納斯電廠Ⅰ級(jí)粉煤灰。檢測(cè)指標(biāo)見表2。

2.3 鋰硅粉

鋰硅粉的密度為2.46g/cm3。鋰硅粉的化學(xué)分析結(jié)果見表3。

表1 天山P.O42.5水泥檢測(cè)指標(biāo)

表2 粉煤灰檢測(cè)指標(biāo)

表3 鋰硅粉化學(xué)成分單位：%

2.4 細(xì)骨料

細(xì)骨料為天然中砂、黃砂。主要指標(biāo)的檢驗(yàn)結(jié)果見表4。檢驗(yàn)結(jié)果表明：天然中砂、黃砂性能指標(biāo)符合DL/T5144—2001《水工混凝土施工規(guī)范》的規(guī)定。

2.5 粗骨料

粗骨料為天然花崗巖，分 5～20mm、20～40mm，40～80mm三種粒級(jí)。有關(guān)指標(biāo)的檢驗(yàn)結(jié)果見表5、表6，檢驗(yàn)結(jié)果表明：天然花崗巖性能指標(biāo)符合DL/T5144—2001《水工混凝土施工規(guī)范》的要求。

表4 細(xì)骨料性能指標(biāo)

2.6 外加劑

引氣劑為NEA和特研穩(wěn)定引氣劑TYWQ，緩凝高效減水劑為PMS。外加劑的檢測(cè)指標(biāo)見表7。

表5 粗骨料性能參數(shù)

表6 粗骨料分計(jì)篩余及累計(jì)篩余

表7 外加劑檢測(cè)指標(biāo)

2.7 水

施工用水檢測(cè)指標(biāo)見表8。通過數(shù)據(jù)分析認(rèn)為，現(xiàn)場(chǎng)用水對(duì)兩種引氣劑的起泡能力影響不大。

3 試驗(yàn)及結(jié)果分析

研究采用新疆當(dāng)?shù)刎S富的鋰硅粉資源配制高抗裂性的抗沖磨混凝土的可行性，并與傳統(tǒng)的硅粉混凝土等進(jìn)行對(duì)比。

3.1 配合比設(shè)計(jì)

混凝土的設(shè)計(jì)等線R2840W8F300。混凝土配合比設(shè)計(jì)與工作性試驗(yàn)結(jié)果見表9。

3.2 混凝土力學(xué)性能與變形性能

試驗(yàn)測(cè)試了各配合比混凝土的抗壓強(qiáng)度、軸心抗拉強(qiáng)度、軸心抗拉彈模、抗沖磨強(qiáng)度等力學(xué)性能和極限拉伸值、干燥收縮等變形性能。

3.2.1 抗壓強(qiáng)度

為使施工中混凝土強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求，在進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使混凝土配制強(qiáng)度有一定的富裕度。根據(jù)DL/T5144—2001《水工混凝土施工規(guī)范》中“配合比選定”的有關(guān)要求，混凝土配制強(qiáng)度按下式計(jì)算：

表8 施工用水檢測(cè)指標(biāo)

表9 混凝土配合比設(shè)計(jì)與工作性試驗(yàn)結(jié)果

式中fcu,0——混凝土的配制強(qiáng)度，MPa；

fcu,k——混凝土設(shè)計(jì)齡期的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，取40.0MPa；

t——保證率系數(shù)，保證率95%時(shí)取1.645；

σ——混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差，取5.0 MPa。

因此，溢流面表層高性能混凝土R2840W8F300配制強(qiáng)度應(yīng)為48.2MPa。

按DL/T5150—2001《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》相關(guān)規(guī)定成型、養(yǎng)護(hù)及測(cè)試試件。各配合比的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表10。

表10 混凝土抗壓強(qiáng)度

比較Li和SF，發(fā)現(xiàn)SF的抗壓強(qiáng)度較Li略高一點(diǎn)，各齡期都在5%左右。這說明在混凝土中摻入10%的硅粉或者鋰硅粉，對(duì)于混凝土抗壓強(qiáng)度提高的幅度差不多。從抗壓強(qiáng)度來看，使用鋰硅粉取代硅粉作為混凝土摻合料是可行的。3.2.2 軸心抗拉強(qiáng)度、軸心抗拉彈模、極限拉伸值

按DL/T5150—2001《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》中“4.4混凝土軸心抗拉強(qiáng)度和極限拉伸值試驗(yàn)”進(jìn)行試驗(yàn)。其中應(yīng)變采用電阻應(yīng)變片和電阻應(yīng)變儀進(jìn)行測(cè)量。試驗(yàn)結(jié)果見表11。

表11 混凝土軸拉強(qiáng)度、彈模和極限拉伸值

3.3 抗沖磨強(qiáng)度和磨損率

抗沖磨試驗(yàn)結(jié)果見表12。

3.4 干縮性能

按照DL/T 5150—2001《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》中“4.11混凝土干縮試驗(yàn)試件尺寸”成型干縮試件，但兩端不埋設(shè)不銹的金屬測(cè)頭，而是在試件一端內(nèi)部埋設(shè)螺母，在測(cè)試時(shí)與測(cè)試架底部用螺栓連接，使試件與測(cè)試架成為一個(gè)整體。測(cè)試方法與此規(guī)范規(guī)定的比長(zhǎng)儀法不同，本試驗(yàn)采用立式千分表法測(cè)試混凝土試件的干燥收縮。立式千分表測(cè)量精度為0.001mm，而規(guī)范規(guī)定的儀器測(cè)量精度為0.01mm；而且規(guī)范規(guī)定方法受人工操作影響較大。試驗(yàn)結(jié)果見表13，表14。

表12 抗沖磨試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

表13 混凝土干縮檢測(cè)結(jié)果

表14 混凝土平均每天干縮檢測(cè)結(jié)果

4 結(jié)語

通過上述試驗(yàn)，可以得到以下研究成果：

相比摻入硅粉，在摻入同樣質(zhì)量比的鋰硅粉后，混凝土的抗壓強(qiáng)度略有降低，軸心抗拉強(qiáng)度略有提高，軸心抗拉彈模低10%，干縮低100×10－6，這些都有利于混凝土的抗開裂性能；抗沖磨強(qiáng)度提高20%以上，磨損率降低20%左右，這些都有利于混凝土的抗沖磨性能。因此，采用鋰硅粉替代硅粉用作抗沖磨混凝土主要摻和料是可行的。