摻滲透結(jié)晶水工混凝土抗壓強(qiáng)度分析

崔海龍

(岫巖滿族自治縣水利事務(wù)中心,遼寧 鞍山 114300)

水工混凝土是一種復(fù)合型非均質(zhì)多孔材料,其微損傷和內(nèi)部孔隙的連通性、分布、數(shù)量、大小等性質(zhì),對(duì)外界氯離子等有害離子的侵蝕都會(huì)造成一定的影響,并進(jìn)一步影響水工結(jié)構(gòu)耐久性和服役年限。如何最大程度地降低環(huán)境作用和服役荷載對(duì)內(nèi)部微結(jié)構(gòu)的影響及減小混凝土內(nèi)部孔隙率,逐漸成為工程技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。目前,對(duì)于混凝土自修復(fù)應(yīng)用較廣泛的一種材料是水泥基滲透結(jié)晶材料(CCCW),這種材料與水作用后可以生成填充于裂縫孔隙的枝蔓狀結(jié)晶體,從而提升體系結(jié)構(gòu)的密實(shí)度。許多學(xué)者研究探討了滲透結(jié)晶的作用效果,例如王可良等[1]利用抗?jié)B壓力和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)揭示了混凝土自修復(fù)性能受滲透結(jié)晶的影響規(guī)律,結(jié)果發(fā)現(xiàn)滲透結(jié)晶的裂縫修復(fù)效果顯著,可以明顯提升混凝土抗?jié)B性和強(qiáng)度,在水化過(guò)程中滲透結(jié)晶生成不溶于水的產(chǎn)物能夠很好地填充宏觀裂縫和毛細(xì)孔道,增強(qiáng)漿體的整體性能;Ferrara等分析了纖維增強(qiáng)水泥基高性能復(fù)合材料和普通強(qiáng)度混凝土自愈能力受結(jié)晶外加劑的影響,結(jié)果表明摻入結(jié)晶外加劑加快了力學(xué)性能的修復(fù)及裂紋愈合過(guò)程;Liu等認(rèn)為滲透結(jié)晶材料能夠增強(qiáng)混凝土的抗氯離子侵蝕、抗碳化和力學(xué)性能,但對(duì)抗凍性的影響較低;陳曉雨等[2]對(duì)比了復(fù)摻滲透結(jié)晶、礦粉、粉煤灰和單摻滲透結(jié)晶對(duì)混凝土抗侵蝕性的影響規(guī)律,結(jié)果表明礦粉、粉煤灰與滲透結(jié)晶復(fù)摻時(shí)具有更好的性能優(yōu)化作用;姚嘉誠(chéng)等[3]研究認(rèn)為單摻納米二氧化硅或滲透結(jié)晶的增強(qiáng)效果不如兩者混摻時(shí);李曉光等[4]利用抗?jié)B性試驗(yàn)探討了滲透結(jié)晶的作用效果,結(jié)果發(fā)現(xiàn)內(nèi)摻滲透結(jié)晶可以明顯提升混凝土防滲效果和自愈能力;黃偉等[5]分析了混凝土裂縫自愈合能力受SJ滲透結(jié)晶復(fù)合材料的影響,結(jié)果表明對(duì)受損混凝土抗?jié)B能力SJ滲透結(jié)晶表現(xiàn)出良好的改善作用;黃濤等[6]研究了不同裂縫寬度、養(yǎng)護(hù)條件及齡期下,混凝土裂縫修復(fù)效果受XYPEX滲透結(jié)晶材料的影響,試驗(yàn)表明干燥條件下生成的晶體量少,基體結(jié)構(gòu)疏松,而縫面泡水和過(guò)水養(yǎng)護(hù)情況下更有利于裂縫修復(fù),縫寬越大則生成物數(shù)量越多,相應(yīng)的尺寸也越大;李冰等[7]探討了混凝土自愈合性能和長(zhǎng)期力學(xué)強(qiáng)度受內(nèi)摻滲透結(jié)晶摻量的影響規(guī)律,結(jié)果表明摻1%滲透結(jié)晶時(shí)混凝土的自愈合能力、抗?jié)B透和力學(xué)性能最優(yōu)。

因此,現(xiàn)有研究主要側(cè)重于不同滲透結(jié)晶摻量對(duì)混凝土自愈合、抗?jié)B透和長(zhǎng)期力學(xué)性能的影響分析,而較少考慮對(duì)早期力學(xué)性能的影響。文章利用對(duì)比試驗(yàn),研究分析了不同滲透結(jié)晶材料摻量(0%、1%、2%、3%)對(duì)水工混凝土不同齡期抗壓、劈拉強(qiáng)度以及拉壓比的影響規(guī)律。

1 試驗(yàn)方案

1.1 原材料

試驗(yàn)采用華新P·O 42.5級(jí)普硅水泥,水泥的主要性能參數(shù),水泥的主要性能參數(shù),見(jiàn)表1;骨料選用丹東東林砂石場(chǎng)提供的Ⅱ區(qū)中砂和滬港沿碎石,骨料的主要性能參數(shù),骨料的主要性能參數(shù),見(jiàn)表2;滲透結(jié)晶選取北京城榮公司提供的XYPEX(賽柏斯)摻合劑,拌和水為當(dāng)?shù)刈詠?lái)水。

表2 骨料的主要性能參數(shù)

1.2 配合比設(shè)計(jì)

固定水膠比0.5,砂率40%,采用體積法參照《水工混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》計(jì)算確定試驗(yàn)配合比,試驗(yàn)配合比,見(jiàn)表3。

表3 試驗(yàn)配合比

1.3 試驗(yàn)方法

將拌和均勻的混合物制成邊長(zhǎng)100mm的立方體試件,結(jié)合試驗(yàn)?zāi)康墓仓瞥稍嚰?2個(gè)用于抗壓和劈拉強(qiáng)度測(cè)試。首先將稱量好的粗、細(xì)骨料和XYPEX滲透結(jié)晶按先后順序依次倒入攪拌機(jī),干拌120s后使其充分混合,然后倒入水和水泥攪拌240s,拌和均勻后倒出并裝入試模,分組編號(hào),常溫靜置24h后脫模,最后將各組試件移入標(biāo)養(yǎng)室養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)室濕度RH>95%,溫度(20±2)℃。

為了揭示不同齡期內(nèi)摻滲透結(jié)晶試件強(qiáng)度變化規(guī)律,參照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》中的流程測(cè)定各組試件3d、7d、28d齡期劈拉和抗壓強(qiáng)度。

2 結(jié)果與分析

2.1 滲透結(jié)晶對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

水工混凝土抗壓強(qiáng)度受XYPEX滲透結(jié)晶摻量的影響規(guī)律,混凝土抗壓強(qiáng)度,見(jiàn)圖1。結(jié)果顯示隨XYPEX滲透結(jié)晶摻量的增加試件3d抗壓強(qiáng)度表現(xiàn)出先減小后增大再減小的變化趨勢(shì)。摻2%XYPEX滲透結(jié)晶試件的3d抗壓強(qiáng)度較基準(zhǔn)組增加3.6%,摻1%和3%XYPEX滲透結(jié)晶試件的3d抗壓強(qiáng)度較基準(zhǔn)組分別減小9.5%、18.7%。隨XYPEX滲透結(jié)晶摻量的增加試件7d抗壓強(qiáng)度表現(xiàn)出逐漸減小的變化趨勢(shì),摻1%、2%、3%XYPEX滲透結(jié)晶試件的7d抗壓強(qiáng)度較基準(zhǔn)組分別減小1.4%、7.4%和10.7%,未摻XYPEX滲透結(jié)晶的基準(zhǔn)組試件7d抗壓強(qiáng)度最高達(dá)到36.3MPa。隨XYPEX滲透結(jié)晶摻量的增加試件28d抗壓強(qiáng)度表現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢(shì),摻1%、2%、3%XYPEX滲透結(jié)晶試件的28d抗壓強(qiáng)度較基準(zhǔn)組分別增大15.1%、5.6%和1.5%,其中摻1%XYPEX滲透結(jié)晶試件的28d抗壓強(qiáng)度最高達(dá)到47.2MPa?？傮w而言,摻2%XYPEX滲透結(jié)晶能夠提升試件3d抗壓強(qiáng)度,摻1%、3%XYPEX滲透結(jié)晶反而會(huì)削弱試件3d抗壓強(qiáng)度,摻1%、2%、3%XYPEX滲透均會(huì)在不同程度上削弱試件7d抗壓強(qiáng)度,但能夠在一定程度上提升后期強(qiáng)度。

(a)3d齡期

2.2 滲透結(jié)晶對(duì)劈拉強(qiáng)度的影響

水工混凝土劈拉強(qiáng)度受XYPEX滲透結(jié)晶摻量的影響規(guī)律,混凝土劈拉強(qiáng)度,見(jiàn)圖2,結(jié)果表明隨XYPEX滲透結(jié)晶摻量的增加試件3d劈拉強(qiáng)度表現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢(shì)。其中,摻2%XYPEX滲透結(jié)晶試件的3d劈拉強(qiáng)度較基準(zhǔn)組增加10.4%,最高達(dá)到2.34MPa,而摻1%和3%XYPEX滲透結(jié)晶試件的3d劈拉強(qiáng)度較基準(zhǔn)組分別增大2.8%、2.4%。隨XYPEX滲透結(jié)晶摻量的增加試件7d劈拉強(qiáng)度表現(xiàn)出先減小后增大再減小的變化趨勢(shì),并且基準(zhǔn)組整體高于摻XYPEX滲透結(jié)晶組的7d劈拉強(qiáng)度,摻1%、2%、3%XYPEX滲透結(jié)晶試件的7d劈拉強(qiáng)度較基準(zhǔn)組分別減小5.3%、1.9%、16.2%。隨XYPEX滲透結(jié)晶摻量的增加試件28d劈拉強(qiáng)度表現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢(shì),其中摻1%XYPEX滲透結(jié)晶試件的28d劈拉強(qiáng)度較基準(zhǔn)組分別增大11.3%,而摻2%、3%XYPEX滲透結(jié)晶試件的28d劈拉強(qiáng)度較基準(zhǔn)組分別減小12.1%、14.8%,其中摻1%XYPEX滲透結(jié)晶試件的28d劈拉強(qiáng)度最高達(dá)到2.85MPa?？傮w而言,摻2%XYPEX滲透結(jié)晶能夠提升試件3d劈拉強(qiáng)度,摻1%、2%、3%XYPEX滲透均會(huì)在不同程度上削弱試件7d劈拉強(qiáng)度,摻1%XYPEX滲透試件的28d劈拉強(qiáng)度最優(yōu)。

(a)3d齡期

2.3 滲透結(jié)晶對(duì)拉壓強(qiáng)度比的影響

水工混凝土拉壓強(qiáng)度比受XYPEX滲透結(jié)晶摻量的影響規(guī)律,混凝土拉壓比,見(jiàn)圖3,由圖3可知隨著XYPEX滲透結(jié)晶摻量的增加試件3d拉壓強(qiáng)度比表現(xiàn)出先增大后減小再增大的變化趨勢(shì),其中摻1%、2%、3%XYPEX滲透結(jié)晶試件的3d拉壓強(qiáng)度比較基準(zhǔn)組分別增大14.3%、6.0%、25.0%。隨著XYPEX滲透結(jié)晶摻量的增加試件7d拉壓強(qiáng)度比表現(xiàn)出先減小后增大再減小的變化趨勢(shì),其中摻2%XYPEX滲透結(jié)晶試件的7d拉壓強(qiáng)度比較基準(zhǔn)組增加6.9%,而摻1%、3%XYPEX滲透結(jié)晶試件的7d拉壓強(qiáng)度比較基準(zhǔn)組分別減小4.2%和6.9%。隨XYPEX滲透結(jié)晶摻量的增加試件28d拉壓強(qiáng)度比表現(xiàn)出不斷減小的變化趨勢(shì)[10-11],并且基準(zhǔn)組整體高于摻XYPEX滲透結(jié)晶組的28d拉壓強(qiáng)度比。

(a)3d齡期

3 結(jié) 論

1)結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,摻2%XYPEX滲透結(jié)晶能夠提升試件3d抗壓強(qiáng)度,而摻1%、3%XYPEX滲透結(jié)晶反而會(huì)削弱試件3d抗壓強(qiáng)度,摻1%、2%、3%XYPEX滲透均會(huì)在不同程度上削弱試件7d抗壓強(qiáng)度,但能夠在一定程度上提升后期強(qiáng)度,摻1%XYPEX滲透結(jié)晶試件的28d抗壓強(qiáng)度最高。

2)摻2%XYPEX滲透結(jié)晶能夠提升試件3d劈拉強(qiáng)度,摻1%、2%、3%XYPEX滲透均會(huì)在不同程度上削弱試件7d劈拉強(qiáng)度,摻1%XYPEX滲透試件的28d劈拉強(qiáng)度最優(yōu)。

3)對(duì)于3d、7d和28d齡期拉壓強(qiáng)度比,滲透結(jié)晶的最優(yōu)摻量為3%、2%和0%,摻入適量的XYPEX滲透結(jié)晶有利于優(yōu)化漿體的內(nèi)部結(jié)構(gòu),對(duì)提高混凝土早期抗壓、劈拉及拉壓強(qiáng)度比具有積極作用,但隨著XYPEX摻量的增大試件28d拉壓強(qiáng)度比呈現(xiàn)出下降趨勢(shì),表明28d劈拉強(qiáng)度相比于抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)幅度較低。