波纹管材试验机(原材料对粗骨料UHPC力学性能的影响研究)
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篇首语:三十年河东,三十年河西,莫欺少年穷。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了波纹管材试验机(原材料对粗骨料UHPC力学性能的影响研究)相关的知识,希望对你有一定的参考价值。
波纹管材试验机(原材料对粗骨料UHPC力学性能的影响研究)
王志金 谢恩慧
中交一公局第四工程有限公司 中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司
摘 要:采用机制砂、粗骨料、端钩型钢纤维和低黏度减水剂成功制备出力学性能优异的粗骨料UHPC,对比了水灰比、粗细骨料各自的级配与坚固性、钢纤维种类、钢纤维掺量和外加剂等的变化对粗骨料UHPC工作性能和力学性能的影响。研究结果表明:各因素对粗骨料UHPC的工作性能和力学性能均有一定程度的影响;含5~10 mm粒径的粗骨料UHPC综合性能优于5~17 mm,石灰岩不适宜制备粗骨料UHPC,机制砂的级配与坚固性对力学性能影响较大;长径比较小的波纹型钢纤维力学性能较低,在一定范围内降低钢纤维掺量对抗压强度影响不大,但会使抗折强度下降;采用低黏度减水剂可大幅度提高粗骨料UHPC的抗压强度与工作性能。
关键词:超高性能混凝土;粗骨料;机制砂;力学性能;
超高性能混凝土(UHPC)具有优异的力学性能、工作性能和耐久性能,与普通混凝土相比不仅能够有效降低结构自重,还能大幅提高混凝土结构的使用寿命,在工程建设中具有巨大的应用潜力。通过在UHPC中掺加粗骨料可有效降低UHPC的生产成本[1],并且可使其具有更高的弹性模量和抗收缩开裂能力,已被成功应用于我国重点工程建设中[2]。
目前,学者对于含粗骨料的UHPC(Coarse Aggregate UHPC,简称 CA-UHPC)力学性能影响的研究大致分为两种情况。一种是在粗骨料掺量不变时,分别对比水灰比、纤维长度、纤维种类、粗骨料粒径级配、粗骨料尺寸等因素对CA-UHPC的影响[3,4,5,6,7,8,9,10,11,12],如水灰比0.16时的抗压强度最大[3],采用玄武岩制备的CA-UHPC抗压强度大于使用花岗岩与铁矿石制备的CA-UHPC抗压强度等[11]。另一种是CA-UHPC基体、纤维与细骨料不变时,单纯对比不同体积粗骨料掺量对其力学性能的影响[3,4,5,6,7,8,9,10,11,13,14,15,16],如弹性模量随着粗骨料掺量增加而线性增加,抗折强度则不断降低。而抗压强度随着骨料掺量的增加均先增加后降低,抗压强度存在一个峰值点。这是由于粗骨料掺量增加使得CA-UHPC工作性能降低,当达到一定范围时导致内部缺陷增加,使得钢纤维结团、分散性差、利用率低,且骨料浆体包裹少,界面过渡区黏结力低,这些弱化效应大于了粗骨料对UHPC的骨架、咬合锚固等的增强效应。抗压强度达到峰值点时,普遍在300~800 kg/m3的较大范围内[3,4,5,6,7,8,9,10,11,13,14,15]。而在制备以上这些CA-UHPC时,细骨料多采用石英砂或者级配良好的河砂,对原材料的质量要求非常高。赵学涛等[17]研究得出机制砂10%~20%部分替代河砂时,CA-UHPC的力学性能较优;杨娟等[18]对比了两种细度模数的机制砂对CA-UHPC的影响。相比而言,目前采用机制砂制备CA-UHPC的研究较为缺乏。
机制砂棱角较多、表面粗糙,已有研究表明,采用机制砂与天然河砂或石英砂制备的无粗骨料UHPC性能之间存在较大差异[19,20,21],因此亟需将机制砂引入CA-UHPC的研究中。本文首先对比了水灰比、粗骨料级配与种类对CA-UHPC力学性能的影响,利用石英砂制备出了28 d抗压强度大于150 MPa的CA-UHPC;然后在此配合比基础上,重点从机制砂种类、钢纤维种类与钢纤维掺量和外加剂种类等4个方面进行含机制砂的CA-UHPC的工作性与力学性能的试验研究,以获得工作性与力学性能均较好的CA-UHPC,使其具有更加广阔的应用前景。
1 试验
1.1原材料
本文CA-UHPC的工作性能与力学性能试验研究由两部分组成,其中研究内容1中细集料采用级配良好的石英砂;研究内容2中细骨料全部为机制砂。两部分试验个别原材料来源不同,在文中用大写的上标英文字母表示。
水泥采用52.5强度等级的硅酸盐水泥,分为P.Ⅱ 52.5RA和P.Ⅱ 52.5B,技术指标见表1。硅灰的SiO2含量为94%,烧失量0.9%,堆积密度为407 kg/m3,强度活性指数115%。粉煤灰微珠烧失量1.0%,45 μm筛余量5.5%,堆积密度1 020 kg/m3,强度活性指数82%。细骨料包括石英砂C、机制砂D、机制砂E和机制砂F,技术指标见表2。粗骨料中玄武岩G压碎值为8.9%,粒径有5~10 mm和10~17 mm两种,石灰岩H和辉绿岩I的压碎值分别为11.6%和4.5%,骨料粒径均为5~10 mm。镀铜钢纤维包括直型钢纤维J、波纹型钢纤维K、波纹型钢纤维L、直型钢纤维M和端钩型钢纤维N,主要技术指标见表3。减水剂O为白色粉末状聚羧酸高效减水剂,减水率约为33%,减水剂P为液体低黏型聚羧酸高效减水剂,减水率约为45%,固含量45%。
表1 水泥技术指标 导出到EXCEL
水泥 | 比表面积m2/kg比表面积m2/kg | 烧矢量%烧矢量% | 初凝时间min初凝时间min | 终凝时间min终凝时间min |
| 抗折强度/MPa | ||
| 28 d | 3 d | 28 d | |||||
P.Ⅱ 52.5 RA | 368 | 1.57 | 162 | 210 | 39.7 | 63.9 | 39.7 | 63.9 |
| 358 | 2.47 | 193 | 242 | 36.1 | 62.3 | 36.1 | 62.3 |
表2 细骨料技术指标 导出到EXCEL
| 石英砂C | 机制砂D | 机制砂E | 机制砂F |
| 2.53 | 2.82 | 2.79 | 3.26 |
| 1.8 | 7.2 | 13.6 | 14.3 |
| 1.10 | 2.20 | 2.34 | 5.11 |
表3 钢纤维技术指标 导出到EXCEL
| 抗拉强度/MPa | 弹性模量/GPa | 直径/mm | 长度/mm | 密度/(kg/cm3) |
| ≥2 850 | 210 | 0.22 | 13 | 7.8 |
| ≥2 850 | 210 | 0.30 | 11 | 7.8 |
| ≥2 850 | 210 | 0.22 | 13 | 7.8 |
| ≥2 850 | 210 | 0.22 | 15 | 7.8 |
| ≥2 850 | 210 | 0.22 | 13 | 7.8 |
1.2试验方案和配合比
所有试验研究中,保持CA-UHPC胶凝材料中的水泥、硅灰与粉煤灰微珠和骨料体系中粗细骨料的掺量不变。见表4、表5。
内容1主要对比CA-UHPC的3个水灰比(目前研究中多采用0.16或0.18水灰比[3,4,6,7,10],因此本文选择0.16、0.17和0.18进行试验,以获得CA-UHPC在该配比下最合适的水灰比)、两种最大粒径骨料(10 mm和17 mm)和两种骨料类型(石灰岩、玄武岩),重点观察在标准养护状态下的抗压强度变化规律。
内容2在内容1的配合比基础上,粗骨料采用力学性能更好的辉绿岩,并通过改变机制砂种类、钢纤维种类、钢纤维掺量和外加剂种类,采用70 ℃蒸汽养护1 d来快速地对比分析力学性能的变化规律,以最终制备出工作性能和力学性能均优异的含机制砂CA-UHPC。
表4 含石英砂的CA-UHPC配合比 导出到EXCEL
kg/m3
编号 | 水泥 | 矿物掺合料 | 细骨料 | 粗骨料/(5~10 mm) | 粗骨料/(10~17 mm) | 钢纤维 | 减水剂 | 水灰比 |
| 600A | 300 | 620C | 465G | 465 G | 132.6N | 8.0O | 0.16 |
| 600 A | 300 | 620C | 465 G | 465 G | 132.6 N | 9.5 O | 0.17 |
| 600 A | 300 | 620C | 465 G | 465 G | 132.6 N | 9.5 O | 0.18 |
| 600 A | 300 | 620C | 930 G | 0 | 132.6 N | 8.0 O | 0.18 |
| 600 A | 300 | 620C | 930H | 0 | 132.6 N | 7.5 O | 0.18 |
表5 含机制砂的CA-UHPC配合比 导出到EXCEL
kg/m3
编号 | 水泥 | 矿物掺合料 | 细骨料 | 粗骨料(5~10 mm) | 粗骨料(10~17 mm) | 钢纤维 | 减水剂 | 水灰比 |
| 600B | 300 | 620D | 930I | 0 | 132.6J | 9.5 O | 0.18 |
| 600 B | 300 | 620E | 930 I | 0 | 132.6 J | 9.5 O | 0.18 |
| 600 B | 300 | 620F | 930 I | 0 | 132.6 J | 9.5 O | 0.18 |
| 600 B | 300 | 620 D | 930 I | 0 | 132.6 K | 9.5 O | 0.18 |
| 600 B | 300 | 620 D | 930 I | 0 | 132.6 L | 9.5 O | 0.18 |
| 600 B | 300 | 620 D | 930 I | 0 | 132.6M | 9.5 O | 0.18 |
| 600 B | 300 | 620 D | 930 I | 0 | 132.6 N | 9.5 O | 0.18 |
| 600 B | 300 | 620 D | 930 I | 0 | 117.0 N | 9.5 O | 0.18 |
| 600 B | 300 | 620 D | 930 I | 0 | 101.4 N | 9.5 O | 0.18 |
| 600 B | 300 | 620 D | 930 I | 0 | 132.6N | 21.1P | 0.18 |
1.3试件的制备与养护
将称量好的水泥、硅灰、粉煤灰微珠、砂、石依次入强制式混凝土搅拌机内,首先干拌2 min, 然后添加水与减水剂继续搅拌3 min, 再将钢纤维缓慢地加入搅拌机内,继续搅拌5 min, 最后将拌制好的新鲜浆体装入塑料模具内,震动1 min完成成型。其中抗压强度试件尺寸为100 mm×100 mm×100 mm, 弹性模量试件尺寸为300 mm×100 mm×100 mm, 抗折试件尺寸为400 mm×100 mm×100 mm。将成型好的试件表面及时覆膜,并移入温度为(20±2)℃室内,48 h后拆模。采用蒸汽养护的试件在拆模之后用70 ℃热水养护24 h即可,控制升降温速率为12 ℃/h, 其余试件全部放入标准养护室养护。
1.4测试方法
力学性能按照《活性粉末混凝土结构技术规程》(DBJ43/T325—2017)进行测试,其中立方体抗压强度与静力弹性模量采用3 000 kN量程的压力试验机进行测量,抗折强度采用1 000 kN量程的万能试验机进行测量。立方体抗压强度每组3个试件,加载速率为1.2 MPa/s。静力受压弹性模量每组6个试件,加载与卸载速率均为1.2 MPa/s, 采用千分表测量位移值。抗折强度测试每组3个试件,加载速率为0.1 MPa/s, 通过记录试件的最大破坏荷载进行计算。
2 试验结果与讨论
2.1含石英砂CA-UHPC的工作性能与力学性能
2.1.1水灰比的影响
CA-UHPC标准养护3 d、7 d、14 d和28 d抗压强度变化规律如图1所示。由图1可见,3 d龄期时,A1、A2和A3抗压强度分别为109.6 MPa、106.8 MPa和106.8 MPa, 均达到了28 d抗压强度的68%以上。7 d龄期时抗压强度已增加到28 d强度的78%~83%,14 d龄期时抗压强度已增加到90%以上,该变化规律与Xu L等[10]用0.18水灰比做出的结果类似。28 d龄期时,A1、A2和A3抗压强度分别为160.2 MPa、157.2 MPa和155.5 MPa, 0.17和0.18水灰比较0.16水灰比下的抗压强度低1.9%~2.9%。且在不同龄期时,均呈现出高水灰比,CA-UHPC抗压强度略低于0.16水灰比的抗压强度。CA-UHPC基体是经过胶凝材料体系与细骨料体系的多级紧密堆积,并采用低水灰比与高性能外加剂而形成的微观结构致密的复合水泥基材料,内部孔隙率极低,具有较高的力学性能。当增加胶凝材料单位体积用水量时,水泥水化后留下更多的微观孔隙结构,一定程度上造成混凝土强度的降低。已有研究表明,0.18水灰比的CA-UHPC抗压强度比0.16水灰比低2.4%~6.9%[10],不含粗骨料UHPC的抗压强度0.18比0.16水灰比的低约14.7%[7]。而本研究中,0.18与0.16水灰比抗压强度仅相差2.9%。0.17与0.18水灰比的CA-UHPC之间的抗压强度差别也不明显,28 d抗压强度仅低了1.7 MPa, 在14 d龄期时的抗压强度甚至出现相反的规律。水灰比为0.16、0.17和0.18的CA-UHPC扩展度分别为400 mm、460 mm和510 mm, 随着水灰比的增加工作性的提升较为明显,扩展度均达到了工程中CA-UHPC对工作性能的要求[2]。因此,本文选择工作性能最好的水灰比0.18作为CA-UHPC的基准水灰比。
图1 不同水灰比CA-UHPC的立方体抗压强度发展规律 下载原图
2.1.2粗骨料种类与级配的影响
A3、A4和A5粗骨料掺量均为930 kg/m3,其中A3、A4粗骨料是玄武岩,A3粗骨料粒径为5~10 mm与10~17 mm按1∶1比例混合,A4的粗骨料粒径为5~10 mm, A5的粗骨料为5~10 mm粒径的石灰岩。
对比A3与A4可知,将大粒径10~17 mm的粗骨料等质量替换成5~10 mm骨料时,扩展度由500 mm增加至560 mm, 工作性能变得更好。而对于普通混凝土,骨料粒径在5~25 mm之间时,工作性能随着粒径增加而提高[22]。且对于自密实混凝土,骨料粒径为20 mm、16 mm和10 mm扩展度分别为630 mm、650 mm和660 mm, 同样工作性能随着粒径增加而改善[23]。对于CA-UHPC却有不同的规律,本文试验结果与黄维蓉等[6,7,8]研究一致,在一定范围内,骨料粒径大的CA-UHPC工作性低。8~10 mm和5~8 mm CA-UHPC的扩展度变化规律也与本文相似。主要是因为随着粗骨料尺寸的增加,钢纤维与粗骨料更易构成的“棚架效应”,导致CA-UHPC的工作性能降低。且随着粗骨料粒径的增大,CA-UHPC的流变参数也会增加,从而使得工作性能降低[8]。
由图2可知。28 d龄期时,粗骨料粒径5~10 mm的CA-UHPC抗压强度为159.0 MPa, 粗骨料粒径为5~17 mm的抗压强度为155.5 MPa, 随着粗骨料最大粒径的降低,抗压强度增加了3.5 MPa(2.3%)。可能由于粒径较大的粗骨料比表面积较小,使得骨料与UHPC基体整体的结合强度较弱。粗骨料粒径过大或过小往往会降低CA-UHPC的强度[6,8],因此,寻找合适粒径的粗骨料对CA-UHPC的工作性和抗压强度是有帮助的。粗骨料为石灰岩的CA-UHPC,28 d抗压强度仅为143.5 MPa, 同等条件下,相比于玄武岩CA-UHPC抗压强度降低了15.5 MPa(9.7%)。石灰岩属于碳酸盐类,抗压强度在70~128 MPa[24],压碎值为11.6%,在工程中多用于制备普通混凝土。而玄武岩属于硅酸盐类,质地坚硬表面粗糙,抗压强度在160~250 MPa之间[24],压碎值为9.6%,多用于高强混凝土的研究中,因此在制备CA-UHPC时应选择力学性能较高的硅酸盐类粗骨料。
图2 粗骨料级配与种类对CA-UHPC 立方体抗压强度的影响 下载原图
2.2含机制砂CA-UHPC的工作性能与力学性能
2.2.1机制砂种类的影响
B1、B2和B3原材料中水泥的性质与A4基本相同,粗骨料选择力学性能更优异且经过整形的5~10 mm粒径的辉绿岩,细骨料全部采用机制砂进行等质量替换。为了提高含机制砂CA-UHPC的工作性能,钢纤维选择与端钩型钢纤维尺寸相同的直型钢纤维(因为同等条件下,直型钢纤维UHPC的工作性能要高于端钩型钢纤维[25]),其余原材料均相同。
表6为CA-UHPC的扩展度试验结果,B1、B2和B3扩展度分别为330 mm、360 mm和380 mm。由试验结果可知,尽管含机制砂CA-UHPC采用了表面更加圆润的辉绿岩和直型钢纤维,但工作性远低于A4的560 mm扩展度。表明采用机制砂制备的CA-UHPC的工作性相对较差,由于机制砂表面粗糙、棱角多且石粉含量高,导致混凝土流动性降低[19]。而石英砂的粒径均匀、颗粒圆润,颗粒间不易咬合,在浆体内能够起到一定的滚珠润滑作用,工作性能较好。
表6 不同种类机制砂对CA-UHPC工作与力学性能的影响 导出到EXCEL
| 抗压强度/MPa | 抗折强度/MPa | 扩展度/mm |
| 164.7 | 20.1 | 330 |
| 154.3 | 16.3 | 360 |
| 152.5 | 17.8 | 380 |
B1、B2机制砂中50~100目(0.3~0.15 mm)、30~50目(0.6~0.3 mm)和16~30目(1.18~0.6 mm)颗粒含量较为均匀,分别在15%~20%之间,8~16目(2.36~1.18 mm)颗粒含量最高,约占24%,石粉含量均在2.2%左右。而B3石粉含量高且粒径级配不均匀,50~100目(0.3~0.15 mm)含量低,约占7%,4~8目(2.36~4.75 mm)含量较高,约占30%。虽然B3石粉含量较高,但粗颗粒含量较高,细颗粒含量较低,比表面积总体偏小。使包裹在机制砂颗粒表面一定厚度的UHPC浆体体积减小,导致不受细骨料约束的自由浆体增加,从而B3的工作性相对最大。
B1、B2、B3的抗压强度分别为164.7 MPa、154.3 MPa和152.5 MPa。B1与B2机制砂的粒径级配基本相同,细度模数接近,而抗压强度却相差10.4 MPa(6.3%)。可能是由于B2的工作性能略低于B1,混凝土内部气泡未能得到充分排出,导致CA-UHPC缺陷增加。但同时发现B1和B2机制砂的坚固性不同,B2机制砂的压碎值为13.6%,而B1的压碎值仅为7.2%,机制砂母岩强度会直接影响机制砂的物理性能,进而导致混凝土力学性能的差异。B3机制砂的压碎值为14.3%,且级配较差,50~100目颗粒含量低,不是最紧密堆积状态,因此制得的CA-UHPC抗压强度最低。不同种类机制砂配制的CA-UHPC工作性与抗压强度差别较大,因此,在配制含机制砂CA-UHPC时,需要特别注意机制砂的级配调整与机制砂本身的物理力学性能差异。
2.2.2钢纤维种类的影响
钢纤维种类对CA-UHPC的工作性能与力学性能影响显著。B4扩展度为480 mm, 而B5、B6和B7几乎没有工作性。由于在CA-UHPC中,骨料与纤维之间形成的“棚架效应”,本身会使CA-UHPC的工作性能降低,而掺加棱角尖锐的机制砂会使得工作性能得到进一步恶化,使得B1的扩展度仅为330 mm。B4、B5、B6和B7采用的机制砂与B1完全相同。试验结果显示,采用长度更长的直型钢纤维和长度直径相同而形貌不同的端钩型或波纹型钢纤维时,CA-UHPC在坍落流动时,钢纤维与粗骨料之间更易相互缠绕制约,工作性能变得更低。而采用长径比较小的波纹型钢纤维时,钢纤维与粗骨料之间的“棚架效应”较弱,更易均匀分散,工作性能可得到大幅度的提升。
如表7所示,基准组B1的抗压强度为164.7 MPa, 其中B6和B7的抗压强度相比于基准组B1抗压强度稍有增加,分别增加了1.9 MPa和0.6 MPa, B5抗压强度降低2.0 MPa, 而B4抗压强度降低了13.4 MPa。B1的抗折强度为20.1 MPa, B6和B7的抗折强度比B1增加2.3 MPa和2.1 MPa, B4和B5分别降低3.2 MPa和0.9 MPa。
表7 不同种类钢纤维对CA-UHPC工作与力学性能的影响 导出到EXCEL
| 抗压强度/MPa | 抗折强度/MPa | 弹性模量/GPa | 扩展度/mm |
| 151.3 | 16.9 | 50.3 | 480 |
| 162.7 | 19.2 | 53.2 | 210 |
| 166.6 | 22.4 | 53.6 | 210 |
| 165.3 | 22.2 | 53.1 | 210 |
同掺量下,直型和波纹型在提升力学性能方面比端钩型钢纤维低[26]。而本文中,增加直型钢纤维的长度和改变钢纤维的形貌对提升CA-UHPC的抗压强度并不明显。由于改变了钢纤维的参数,机制砂CA-UHPC的工作性变得更低,使得内部缺陷较多,这与改变钢纤维长度和形貌来增加与UHPC基体的锚固能力相比,两者的平衡作用导致抗压强度变化不大。而长度稍长的直型钢纤维和端钩型钢纤维的抗折强度有小幅度的提升,长径比较小的波纹型钢纤维(l/d=37),纤维利用率低,抗压强度与抗折强度最低。
如表7所示,B4、B5、B6和B7的弹性模量分别为50.3 GPa、53.2 GPa、53.6 GPa和53.1 GPa。同等掺量下,直径和长度相同时,由直型、波纹型与端钩型钢纤维组成的CA-UHPC,其弹性模量差异也很微小。B4的弹性模量最低,可能是抗压强度低导致的,因为抗压强度与弹性模量存在较强的相关性[27]。
2.2.3钢纤维掺量的影响
在提升UHPC力学性能方面,端钩型钢纤维比直型钢纤维表现得更加优异[26],因此本文只对比了端钩型钢纤维在不同掺量下的性能指标。
由表8可知,B7、B8和B9的扩展度分别为210 mm、260 mm和420 mm, 只有1.3%掺量的CA-UHPC满足工程施工要求。B7、B8和B9抗压强度分别为165.3 MPa、164.1 MPa和163.7 MPa, 抗压强度只有微小差异,文献[10]中CA-UHPC钢纤维掺量从1.0%到2.0%,28 d抗压强度仅增加了2.0 MPa。本文中弹性模量分别为53.1 MPa、51.8 MPa和53.8 MPa, 变化同样不显著。而不含粗骨料UHPC抗压强度与弹性模量钢纤维在1.0%~2.0%之间变化较大[10]。B7、B8和B9抗折强度分别为22.2 MPa、20.3 MPa和19.6 MPa, 抗折强度随着钢纤维含量的降低而降低,1.3%、1.5%比1.7%掺量降低1.9 MPa(8.6%)和2.2 MPa(9.9%)。通过降低钢纤维掺量虽然可以达到改善CA-UHPC工作性的目的,但会带来一定程度的力学性能损失。
表8 不同钢纤维掺量对CA-UHPC工作与力学性能的影响 导出到EXCEL
| 抗压强度/MPa | 抗折强度/MPa | 弹性模量/GPa | 扩展度/mm |
| 165.3 | 22.2 | 53.1 | 210 |
| 164.1 | 20.3 | 51.8 | 260 |
| 163.7 | 19.6 | 53.8 | 420 |
2.2.4外加剂种类的影响
由表9可知,低黏型高效减水剂使含机制砂CA-UHPC的扩展度从200 mm提高到了440 mm, 工作性能得到大幅度的改善。B10的抗压强度为178.1 MPa, 比B9增加了12.8 MPa(7.7%),力学性能也得到显著地提升。减水率的提高可进一步破坏水泥的絮状结构,释放更多的自由水,有效地改善UHPC基体中水的被包裹情况,使得UHPC基体的黏度降低,在制备过程中气泡更容易排出,结构更加致密,从而提升了CA-UHPC的整体性能。
表9 外加剂种类对CA-UHPC工作与力学性能的影响 导出到EXCEL
编号 | 抗压强度/MPa | 扩展度/mm |
| 165.3 | 200 |
| 178.1 | 440 |
UHPC的水灰比很低,减水剂起着非常关键的作用。随着减水剂掺量的增加,UHPC的工作性能会相应提升,当减水剂掺量达到临界饱和点后,浆体的流动度很难再次改变,UHPC的力学性能也有不同程度地损失[28,29]。并且掺量过多时会伴有混凝土缓凝现象的产生[30]。因此,对于工作性能较差的含机制砂的CA-UHPC来说,在保持钢纤维、粗骨料掺量不变的情况下,选择减水效率更高的外加剂是十分重要的一个环节。
3 结语
本文采用机制砂制备出了力学性能优异的CA-UHPC,通过试验对比了水灰比变化、粗骨料级配、粗骨料种类对含石英砂CA-UHPC性能的影响,并在此基础上研究了机制砂种类、钢纤维种类、钢纤维掺量和减水剂种类对含机制砂CA-UHPC的性能影响,主要得出以下结论。
(1)水灰比0.18比0.16的立方体抗压强度低4.7 MPa(2.9%),而坍落扩展度却提升110 mm(28%)。5~10 mm粒径的CA-UHPC工作性能和力学性能优于5~17 mm。石灰岩比玄武岩抗压强度低15.5 MPa(9.7%),不适宜制备CA-UHPC。
(2)机制砂的级配与坚固性对CA-UHPC力学性能影响较大,抗压强度差异在10 MPa左右。同等钢纤维掺量下,长径比较小的波纹型力学性能较低,直径相同长度稍长2 mm的直型钢纤维与波纹型、端钩型钢纤维之间的力学性能差异微小。1.3%、1.5%和1.7%掺量下端钩型钢纤维抗压强度与弹性模量变化不大,但抗折强度会随着纤维含量的降低而下降。
(3)采用低黏度减水剂可大幅度提高CA-UHPC的抗压强度与工作性能,制得了抗压强度为178.1 MPa、扩展度为440 mm的含机制砂CA-UHPC。
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