内掺花岗岩石粉掺量对水工混凝土性能规律影响研究_阎肖宇.pdf

四 川 水 利内掺花岗岩石粉掺量对水工混凝土性能规律影响研究阎肖宇（山东省水利工程局有限公司，济南，）【摘 要】为了研究内掺花岗岩石粉对水工混凝土性能影响规律，通过室内坍落度试验，抗压、抗折强度试验，快速冻融、快速碳化和抗氯离子侵蚀试验，对不同掺量内掺花岗岩石粉的水工混凝土工作性能、力学性能和耐久性能进行了研究。结果表明：合理内掺掺量的花岗岩石粉可以有效提升水工混凝土使用性能，内掺掺量 的混凝土综合性能表现最佳，研究结果为花岗岩石粉水工混凝土工程实践及相关应用研究提供了一定的参考。【关键词】内掺花岗岩石粉 水工混凝土 工作性能 力学性能 耐久性 中图分类号：文献标志码：文章编号：（）引言水工混凝土是一种特殊的人造材料，其作为水工建造物基本构筑材料，在水利工程建设中广泛应用。然而大量工程应用实践表明，水工混凝土因复杂恶劣的工作环境，极易出现冻胀、渗透或锈蚀等耐久性破坏，严重衰减了水工混凝土的综合使用性能，缩短了水利工程的服役寿命，造成了资源浪费。如何采取有效措施提升水工混凝土的耐久性成为研究的必然趋势。掺合料是提升水工混凝土使用性能和耐久性的技术途径之一，国内外学者对其进行了大量研究工作。然而，随着如粉煤灰、纤维等优质掺合料供需矛盾日益激烈，花岗岩石粉作为提升水工混凝土性能的一种新型掺合料成为了研究的新方向，国内外工作者对花岗岩石粉作为水工混凝土掺合料的可行性进行了一定研究。，研究了花岗岩石粉替代部分细骨料或砂后的混凝土性能，结果表明，合理掺量的花岗岩石粉掺合料有效提升了混凝土的力学性能和耐久性能；王兆东，董刚刚研究了花岗岩复合矿粉对水泥混凝土性能影响及机理探讨，研究表明花岗岩掺合料可以改善水工混凝土性能；叶仙松等研究了外掺花岗岩石粉对水泥胶浆氯离子结合性能的影响，研究表明适量的花岗岩石粉有利于提高胶浆的氯离子结合总量，改善其氯离子结合能力；赵井辉研究了花岗岩石粉对水工混凝土抗碳化性能和抗氯离子渗透性的影响。相关学者虽然对花岗岩石粉掺合料的水工混凝土性能进行了一定研究，但对不同花岗岩石粉掺量的水工混凝土的工作性能、力学性能及耐久性变化规律研究较少，对水工混凝土综合性能改善效果最佳的合理花岗岩石粉掺量研究较少，未能充分发挥其对水工混凝土的改善能力。本文通过水工混凝土室内坍落度试验，抗压、抗折强度试验及抗渗、抗冻性能试验，对不同掺量花岗岩石粉掺合料的水工混凝土的工作性能、力学性能和耐久性能影响规律进行研究，确定水工混凝土综合性能改善效果最佳的花岗岩石粉掺合料合理掺量范围，为花岗岩石粉水工混凝土工程实践和后期相关应用研究提供参考。试验 原原材材料料选选择择粗、细集料选用优质的碎石和河沙，集料性能指标均满足规范指标要求。水泥选用 的普通硅酸盐水泥，其性能指标均满足通用硅酸盐水泥（）规范要求，主要性能指标试验结果见表；掺合料选用优阎肖宇：内掺花岗岩石粉掺量对水工混凝土性能规律影响研究 质的花岗岩石粉，其主要技术指标见表。表 试验用 水泥试验检测结果检测项目密度（）标准稠度用水量（）安定性雷氏夹法（）比表面积（）凝结时间（）抗折强度（）抗压强度（）初凝终凝烧失量（）硫酸盐三氧化硫（）氧化镁（）碱含量（）氯离子含量（）结果 表 试验用花岗岩石粉试验检测结果检测项目粒度（）密度（）烧失量（）比表面积（）化学成分（）结果 试试验验设设计计参照水工混凝土试验规程（）（以下简称规程），对设计不同花岗岩石粉掺量（、）的水工混凝土进行坍落度试验、抗压、抗折强度试验（零期：、）、快速冻融试验（冻融循环次数：、）、快速碳化试验（时间：、）和抗氯离子侵蚀试验，并根据试验结果，研究分析不同掺量花岗岩石粉水工混凝土的工作性能、力学性能和耐久性变化规律。其中，花岗岩石粉采用内掺方式，掺量为水泥质量的百分比，混凝土具体配合比设计见表。表 试验用水工混凝土配合比设计结果序号内掺比例水泥（）花岗岩石粉（）砂（）小石（）中石（）大石（）水（）减水剂（）试验结果与分析 混混凝凝土土工工作作性性能能分分析析按照规程规定，对不同内掺掺量的花岗岩石粉水工混凝土进行坍落度试验，对混凝土的工作性能分析，不同掺量下水工混凝土坍落度、黏聚性和保水性试验结果如图、表 所示。不同花岗岩石粉掺量下水工混凝土黏聚性和 表 保水性试验结果性能指标掺合料掺量（）黏聚性良好良好良好良好差较差保水性良好良好良好良好差较差图 不同花岗岩石粉掺量下水工混凝土坍落度变化由图 试验结果可知，随着花岗岩石粉掺合料掺量增加，水工混凝土的坍落度不断增大，而坍落度增长率逐渐变小；不同花岗岩石粉掺量下，水工混凝土的坍落度分别增大 、。根据表 结果，当花岗岩石粉掺量低于 时，混凝土的粘聚性和保水性与未掺加添加花岗岩石粉时性能表现相当，当其掺量达到 后，水工混凝土的粘聚性和保水性变差，表明合理掺量范围的花岗岩石粉掺合料可以有效改善水工混凝土的工作性能。混混凝凝土土力力学学性性能能分分析析按照 试验规程，对基于不同掺量花岗岩石粉的水工混凝土进行抗压强度试验和抗折强度试验，对不同掺量下混凝土的力学性能分析，具体试验结果如图、图 所示。图 水工混凝土抗压强度变化 四 川 水 利图 水工混凝土抗折强度变化由图、图 试验结果可知，不同零期、不同花岗岩石粉掺量条件下的水工混凝土抗压强度和抗折强度整体变化趋势一致，随着零期的增长，混凝土强度不断增大，而随着花岗岩石粉掺量增加，混凝土强度呈现先增大后减小规律，在掺量 范围内，混凝土强度出现峰值。对峰值掺量范围的强度指标分析，在掺量 时，、的抗压强度分别提升 、，抗折强度分别提升 、；在掺量 时，混凝土抗压强度和抗折强度分别提升 、和 、。表明花岗岩石粉可以有效提升水工混凝土的力学性能，尤其是对于水工混凝土早期强度的提升更佳显著，且在掺量 时，混凝土的抗压、抗折强度出现最大值。混混凝凝土土耐耐久久性性分分析析按照规程规定，对不同内掺掺量的花岗岩石粉水工混凝土进行快速冻融试验、抗渗性试验和抗氯离子侵蚀试验，对不同掺量下混凝土的耐久性分析，试验结果如图 图 所示。图 水工混凝土冻融循环质量损失变化图 水工混凝土冻融循环相对弹性模量变化图 水工混凝土氯离子扩散系数变化图 水工混凝土碳化深度变化由图、图 试验结果可知，不同零期、不同花岗岩石粉掺量条件下的水工混凝土冻融循环质量损失和相对弹性模量整体变化趋势一致，随着冻融循环次数增加，混凝土质量损失不断增加，相对弹性模量不断减小。而随着花岗岩石粉掺量增加，混凝土质量损失先变小后增大，而相对弹性模量变化趋势与之相反。在掺量 范围内，水工混凝土质量损失和相对弹性模量可能出现峰值，与未掺加花岗岩石粉的水工混凝土数据对比，冻融循环混凝土质量损失增加、阎肖宇：内掺花岗岩石粉掺量对水工混凝土性能规律影响研究 、，而混凝土相对弹性 模 量 增 加 、，表明适量花岗岩石粉掺量可以提升水工混凝土的抗冻性能。对图 试验数据分析，随着花岗岩石粉掺量增加，混凝土氯离子扩散系数先变小后增大，且在掺量 时预期出现峰值，相比于未掺加花岗岩石粉的水工混凝土数据，混凝土氯离子扩散系数 约 分 别 减 小 、。混凝土氯离子扩散系数越小，则其抵抗氯离子渗透侵蚀的能力越强，由图 可知，随着花岗岩石粉掺量增大，水工混凝土的抗氯离子渗透侵蚀能力呈现先增强后减弱的趋势，且当内掺掺量 时，水工混凝土的抗氯离子侵蚀能力表现最佳，表明适量花岗岩石粉掺量可以提升水工混凝土的抗氯离子侵蚀性能。对图 试验数据分析，相同碳化零期下，随着花岗岩石粉掺量增加，混凝土碳化深度先变小后增大，且在掺量 时预期出现峰值。相对于基准组，不同内掺掺量花岗岩石粉的水工混凝土碳 化 深 度（碳 化 零 期 时）约 分 别 减 小、。水工混凝土的碳化深度越小，表明其抗碳化能力越强，由图 可知，水工混凝土的抗碳化性能随着花岗岩石粉掺量增加，呈现先增强后减弱的趋势，且当内掺掺量 时，混凝土抵抗碳化能力表现最佳，表明适量花岗岩石粉掺量可以提升水工混凝土的抗碳化性能。结论本文通过调整花岗岩石粉掺量进行多组混凝土工作性能测定与分析，研究最优掺量范围及掺量对混凝土性能的影响规律，结论如下：（）花岗岩石粉作为一种新型掺合料可以有效改善和提升水工混凝土的工作性能、力学性能和耐久性能，其内掺掺量为 时，水工混凝土的综合性能表现最佳；（）不同花岗岩石粉掺量对水工混凝土性能影响规律不同，随着花岗岩石粉掺量增加，水工混凝土的坍落度不断增大，黏聚性和保水性逐渐衰减；而水工混凝土的抗压、抗折强度、抗冻性、抗氯离子渗透性及抗碳化性能呈现先增大后减小的变化趋势。参 考 文 献张坤强花岗岩石粉对水工混凝土性能影响规律及作用机理研究山东农业大学，董丽秋矿物掺合料对水工混凝土性能的影响研究黑龙江水利科技，（）：闫 义掺合料对水工聚合物改性砂浆抗开裂性能影响的试验研究水利技术监督，（）：靳 璐纤维素纤维水工混凝土力学与抗渗试验研究水利科技与经济，（）：杨冬鹏多种掺合料对水工混凝土抗冻性能的影响研究东北水利水电，（）：，邹华胜不同矿物掺合料改良大坝碾压混凝土工程力学性能研究水利技术监督，（）：，陈子寒矿物掺合料水工混凝土力学性能和抗冻性能试验研究河北工程大学，李 翼，黄小波，肖延亮粉煤灰掺量对大坝混凝土性能影响试验研究低碳世界，（）：，：，（）：，：王兆东花岗岩复合矿粉对水泥混凝土性能影响及机理探讨济南：济南大学，董刚刚花岗岩石粉混凝土力学、耐久性能和微观结构研究泰安：山东农业大学，叶仙松，李北星，祝文凯，等花岗岩石粉与矿物掺合料对胶浆氯离子结合性能的影响武汉大学学报（工学版），（）：赵井辉废弃矿物掺合料水工混凝土氯离子侵蚀、碳化及微观孔隙结构研究泰安：山东农业大学，作者简介：阎肖宇（），女，山东荣成人，硕士，主要从事水利工程施工管理及工程造价工作。：