確定MgO極限摻量壓蒸試驗的水泥基材料選擇論文
0引言
在水工大體積混凝土中適當外摻特制的輕燒氧化鎂（MgO）,可以補償混凝土的收縮變形，提高混凝土自身的抗裂能力，從而達到簡化大體積混凝土溫控措施、加快施工進度和節(jié)省工程投資的目的[1].目前，確定水工大體積混凝土中MgO極限摻量可參照的國家標準為GBNT750-1992《水泥壓蒸安定性試驗方法》。該方法采用水泥凈漿作為壓蒸試件，以壓蒸膨脹率0.5%時對應的MgO摻量作為混凝土中MgO的極限摻量。由于水泥凈漿不含原級配混凝土中的粗細骨料，當MgO摻率相同時，相同體積水泥凈漿中MgO的絕對含量要比原級配混凝土的多得多，測出的壓蒸膨脹率自然多得多，所以大多專家認為用此方法確定的MgO極限摻量偏少，或者說過于保守[2].為了提高混凝土中MgO的極限摻量，目前除《水泥砂漿安定性試驗方法（試行）》[3]規(guī)定采用水泥砂漿作為壓蒸試件來確定混凝土中MgO的極限摻量外，還有廣東省地方標準DB44NT703-2010《外摻氧化鎂混凝土不分橫縫拱壩技術導則》、貴州省地方標準DB52NT720-2010《全壩外摻氧化鎂混凝土拱壩技術規(guī)程》規(guī)定采用水泥砂漿或一級配混凝土作為壓蒸試件來確定混凝土中MgO的極限摻量。但是，水泥砂漿和一級配混凝土這兩種試件，哪種用來做壓蒸試驗更科學合理呢？李承木、李萬軍、金紅偉[4-6]等專家的研究結(jié)果表明，利用水泥砂漿和一級配混凝土作為壓蒸試件確定的MgO極限摻量存在差異。李承木推薦以一級配混凝土作為壓蒸試件[5]
.筆者認為，此問題的回答需要進一步研究。為此，試驗研究了水泥砂漿試件和一級配混凝土試件在不同MgO摻量及不同粉煤灰摻量情況下的壓蒸膨脹率，試圖找出更適合做壓蒸試驗的水泥基材料，以期為MgO混凝土的研究及應用提供參考資料。
1原材料與試驗方法
1.1原材料
�。�1）水泥：貴州水城拉法基P·O42.5級水泥，密度2.99gNcm3,比表面積268m2Nkg,標準稠度用水量24.7%,安定性合格，其主要化學成分見表1.
�。�2）MgO:遼寧省海城市東方滑鎂公司生產(chǎn)的輕燒MgO,純度90.2%,密度3.23gNcm3,化學成分見表1.
�。�3）粉煤灰：貴州野馬寨發(fā)電廠加工的II級粉煤灰，密度2.45gNcm3,細度（0.045mm篩篩余）為13.55%,需水量比90.8%,化學成分見表1.
�。�4）粗細骨料：試驗所用骨料為貴州某水電站工地的灰?guī)r人工砂石料。人工砂的細度模數(shù)為3.35,顆粒級配良好，屬于I區(qū)粗砂，石粉含量為14.20%.粗骨料由工地加工成直徑5~20mm的小石，級配良好，滿足水工混凝土用粗骨料的質(zhì)量要求[7].
�。�5）外加劑：試驗所用外加劑為萘系高效減水劑，其品質(zhì)符合現(xiàn)行標準[8].
1.2試驗配合比和試驗方法
1.2.1試驗配合比
水泥凈漿、水泥砂漿、一級配混凝土的配合比見表2.
1.2.2試驗方法
水泥凈漿的拌制、成型、壓蒸和試驗數(shù)據(jù)的處理按照GBNT750-1992《水泥壓蒸安定性試驗方法》執(zhí)行；水泥砂漿的拌制、成型、壓蒸和試驗數(shù)據(jù)的處理參照《水泥砂漿安定性試驗方法（試行）》[3]執(zhí)行，用水泥砂漿試件代替水泥凈漿試件進行壓蒸試驗。制作一級配混凝土試件時，是扣除三級配混凝土實際配合比中的中石和大石后再稱量其他各種原材料，然后進行拌制和成型。一級配混凝土試件的壓蒸、試驗數(shù)據(jù)處理參照貴州省地方標準DB52NT720-2010《全壩外摻氧化鎂混凝土拱壩技術規(guī)程》執(zhí)行。水泥凈漿和水泥砂漿試件的尺寸均為25mm×25mm×280mm,一級配混凝土試件的尺寸為60mm×60mm×250mm,水泥砂漿和一級配混凝土的水灰比均采用三級配混凝土的.實際水灰比。
2試驗結(jié)果及分析
2.1試驗結(jié)果
外摻MgO水泥凈漿、水泥砂漿、一級配混凝土的壓蒸膨脹率結(jié)果見表2,其壓蒸膨脹率隨著MgO摻量變化的過程線見圖1~6.
2.2試驗結(jié)果分析
�。�1）從圖1~6看到，以壓蒸膨脹率不大于0.5%確定的MgO極限摻量均大于以壓蒸膨脹率隨MgO摻量變化曲線的拐點確定的MgO極限摻量。但是，對應于這兩種判定標準，采用水泥砂漿試件和一級配混凝土試件確定的MgO極限摻量均比采用水泥凈漿試件確定的MgO極限摻量高。例如，以壓蒸膨脹率不大于0.5%作為混凝土中MgO極限摻量的判定標準，圖2顯示的未摻粉煤灰的水泥砂漿試件和一級配混凝土試件確定的MgO極限摻量分別為5.2%、6.2%,均比圖1顯示的水泥凈漿試件測得的MgO極限摻量2.2%高；以壓蒸膨脹率隨MgO摻量變化曲線的拐點作為混凝土中MgO極限摻量的判定標準，圖2顯示的未摻粉煤灰的水泥砂漿試件和一級配混凝土試件確定的MgO極限摻量分別為4.0%、5.0%,均比圖1顯示的水泥凈漿試件測得的MgO極限摻量2.0%高。這是因為，試件的壓蒸膨脹率除了與MgO的摻量有關外，還與單位體積內(nèi)MgO的絕對含量有關[9].顯然，相同的MgO摻量，由于水泥砂漿試件和一級配混凝土試件中含有骨料，單位體積中MgO的絕對含量比水泥凈漿試件的少，壓蒸膨脹率減小，導致利用水泥砂漿試件和一級配混凝土試件確定的MgO極限摻量增大。這再次說明，按照GBNT750-1992《水泥壓蒸安定性試驗方法》，以水泥凈漿作為壓蒸試件來確定混凝土中MgO的極限摻量顯得保守。相比之下，以水泥砂漿或一級配混凝土作為壓蒸試件來確定外摻MgO混凝土中MgO的極限摻量更接近工程實際。
�。�2）摻入粉煤灰后，對外摻MgO水泥砂漿試件和一級配混凝土試件的壓蒸膨脹變形均有抑制作用，且隨著粉煤灰摻量的增加，其抑制壓蒸膨脹變形的能力增強，導致采用摻入粉煤灰的水泥基材料作為壓蒸試件確定的MgO極限摻量增大。如圖5和圖6所示，若以壓蒸膨脹率不大于0.5%作為混凝土中MgO極限摻量的判定標準，采用未摻粉煤灰的水泥砂漿試件和一級配混凝土試件確定的MgO極限摻量為5.2%和6.2%,而當摻入20%、40%的粉煤灰時，采用水泥砂漿試件和一級配混凝土試件確定的MgO極限摻量則分別增加到6.8%、10%和8.0%、10%.
同時，隨著粉煤灰摻量的增大，粉煤灰對不同水泥基材料壓蒸膨脹變形的抑制能力有所差異。粉煤灰摻量較低時，粉煤灰對水泥砂漿試件和一級配混凝土試件壓蒸膨脹變形的抑制能力基本相同；粉煤灰摻量較高時，粉煤灰對水泥砂漿試件壓蒸膨脹變形的抑制能力大于一級配混凝土試件。即隨著粉煤灰摻量的增大，利用水泥砂漿試件確定的MgO極限摻量的增速高于利用一級配混凝土試件確定的MgO極限摻量的增速。例如，同樣以壓蒸膨脹率不大于0.5%作為混凝土中MgO極限摻量的判定標準，當粉煤灰摻量為20%時，利用水泥砂漿試件和一級配混凝土試件確定的MgO極限摻量分別比未摻粉煤灰時提高了30.77%和29.03%,粉煤灰對這兩種水泥基材料壓蒸膨脹變形的抑制能力基本相同；當粉煤灰摻量為40%時，利用水泥砂漿試件和一級配混凝土試件確定的MgO極限摻量分別比未摻粉煤灰時提高了92.31%和61.29%,粉煤灰對水泥砂漿試件壓蒸膨脹變形的抑制能力明顯大于對一級配混凝土試件的。初步分析，可能是因為粉煤灰摻量相同時，單位體積水泥砂漿試件中粉煤灰的絕對含量要比一級配混凝土試件多（如表2所示）引起。當粉煤灰摻量較低時，二者的差值不明顯，不足以導致粉煤灰對這兩種試件壓蒸膨脹變形的抑制能力產(chǎn)生明顯差異；當粉煤灰摻量較高時，這種差值增大，導致粉煤灰對水泥砂漿試件壓蒸膨脹變形的抑制能力大于一級配混凝土試件。
�。�3）由圖2~4可見，不論是以壓蒸膨脹率不大于0.5%作為混凝土中MgO極限摻量的判定標準，還是以壓蒸膨脹率隨MgO摻量變化曲線的拐點作為混凝土中MgO極限摻量的判定標準，當未摻粉煤灰和粉煤灰摻量為20%時，利用一級配混凝土作為壓蒸試件確定的MgO極限摻量均比利用水泥砂漿作為壓蒸試件確定的MgO極限摻量高約1個百分點，這與李承木得出的結(jié)論一致[5];當粉煤灰摻量為40%時，利用水泥砂漿和一級配混凝土作為壓蒸試件確定的MgO極限摻量基本相同。即利用水泥砂漿作為壓蒸試件確定的MgO極限摻量小于或接近于利用一級配混凝土作為壓蒸試件確定的MgO極限摻量。
這是因為，一方面，水泥砂漿試件比一級配混凝土試件的尺寸小且不含小石，單位體積中MgO的絕對含量多（當MgO摻量相同時）,且試件均勻性好、靈敏度高，導致利用水泥砂漿試件確定的MgO極限摻量低于利用一級配混凝土試件確定的MgO極限摻量。另一方面，如前所述，當粉煤灰摻量較高時，粉煤灰對水泥砂漿試件壓蒸膨脹變形的抑制能力大于一級配混凝土試件，導致此時利用水泥砂漿試件確定的MgO極限摻量高于一級配混凝土試件。
因此，當未摻粉煤灰時，只有第一方面的因素起作用；當粉煤灰摻量為20%時，粉煤灰摻量較低，第一方面的因素起主導作用；當粉煤灰摻量為40%時，兩方面的因素共同導致了這兩種水泥基材料確定的MgO極限摻量基本相同。
本試驗采用的水泥砂漿試件和一級配混凝土試件均能保持和原級配混凝土相同的灰砂比和水灰比。但從試件成型的難易度看，因水泥砂漿試件比一級配混凝土試件的尺寸小且不含小石，所以水泥砂漿試件比一級配混凝土試件更易成型；從試件的勻質(zhì)性看，水泥砂漿試件因尺寸小，均勻性更好，揭示的壓蒸膨脹變形隨氧化鎂和粉煤灰摻量變化的靈敏度更高。另外，一級配混凝土試件中含有粗骨料，因粗骨料與水泥石的熱膨脹系數(shù)存在差異，其壓蒸膨脹變形有可能被夸大，所反應的真實性不如水泥砂漿試件。因此，利用水泥砂漿作為壓蒸試件確定MgO的極限摻量應更加科學合理，確定出的MgO摻量也符合安全原則。
3結(jié)論
（1）與水泥凈漿相比，利用水泥砂漿和一級配混凝土作為壓蒸試件均可提高混凝土中MgO的極限摻量。但從試件成型的難易性、試件的勻質(zhì)性、MgO極限摻量的安全性等分析，利用水泥砂漿作為壓蒸試件來確定MgO的極限摻量應更加科學合理。
（2）粉煤灰對外摻MgO水泥砂漿試件和一級配混凝土試件的壓蒸膨脹變形均有抑制作用。當粉煤灰摻量較低時，粉煤灰對水泥砂漿試件和一級配混凝土試件壓蒸膨脹變形的抑制能力基本相同；當粉煤灰摻量較高時，粉煤灰對水泥砂漿試件壓蒸膨脹變形的抑制能力大于一級配混凝土試件。當未摻粉煤灰和粉煤灰摻量為20%時，利用一級配混凝土作為壓蒸試件確定的MgO極限摻量均比利用水泥砂漿作為壓蒸試件確定的MgO極限摻量高約1個百分點；當粉煤灰摻量為40%時，利用水泥砂漿和一級配混凝土作為壓蒸試件確定的MgO極限摻量基本相同。
�。�3）以壓蒸膨脹率不大于0.5%確定的MgO極限摻量均大于以壓蒸膨脹率隨MgO摻量變化曲線的拐點確定的MgO極限摻量。使用哪一種判定標準更能反應混凝土的實際情況，還需要結(jié)合混凝土的自生體積變形和微觀結(jié)構(gòu)進行進一步的研究。
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