溢流面抗冲耐磨混凝土中掺锂硅粉的试验研究

郭新强

（新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局 乌鲁木齐 830000）

1 引言

为了验证在相同的抗压强度、抗冻、抗渗等指标的条件下，在配合比中掺加锂硅粉比掺加硅粉的混凝土具有较高抗裂性能。我们在试验室中做了混凝土配合比中掺加锂硅粉与粉煤灰、单掺锂硅粉、单掺硅粉三个不同配比的试验；测试了各种配合比混凝土的抗压强度、轴心抗拉强度、弹性模量、极限拉伸值、抗冲磨强度和磨损率及干燥收缩等各项指标。试验证明：在混凝土中掺加锂硅粉比单纯掺加硅粉具有较强的抗裂和抗冲磨性能。

2 实验原材料及实验内容

2.1 水泥

试验采用新疆天山P.O 42.5普通硅酸盐水泥。水泥监测指标见表1。

2.2 粉煤灰

试验采用玛纳斯电厂Ⅰ级粉煤灰。检测指标见表2。

2.3 锂硅粉

锂硅粉的密度为2.46g/cm3。锂硅粉的化学分析结果见表3。

表1 天山P.O42.5水泥检测指标

表2 粉煤灰检测指标

表3 锂硅粉化学成分单位：%

2.4 细骨料

细骨料为天然中砂、黄砂。主要指标的检验结果见表4。检验结果表明：天然中砂、黄砂性能指标符合DL/T5144—2001《水工混凝土施工规范》的规定。

2.5 粗骨料

粗骨料为天然花岗岩，分 5～20mm、20～40mm，40～80mm三种粒级。有关指标的检验结果见表5、表6，检验结果表明：天然花岗岩性能指标符合DL/T5144—2001《水工混凝土施工规范》的要求。

表4 细骨料性能指标

2.6 外加剂

引气剂为NEA和特研稳定引气剂TYWQ，缓凝高效减水剂为PMS。外加剂的检测指标见表7。

表5 粗骨料性能参数

表6 粗骨料分计筛余及累计筛余

表7 外加剂检测指标

2.7 水

施工用水检测指标见表8。通过数据分析认为，现场用水对两种引气剂的起泡能力影响不大。

3 试验及结果分析

研究采用新疆当地丰富的锂硅粉资源配制高抗裂性的抗冲磨混凝土的可行性，并与传统的硅粉混凝土等进行对比。

3.1 配合比设计

混凝土的设计等线R2840W8F300。混凝土配合比设计与工作性试验结果见表9。

3.2 混凝土力学性能与变形性能

试验测试了各配合比混凝土的抗压强度、轴心抗拉强度、轴心抗拉弹模、抗冲磨强度等力学性能和极限拉伸值、干燥收缩等变形性能。

3.2.1 抗压强度

为使施工中混凝土强度符合设计要求，在进行混凝土配合比设计时，应使混凝土配制强度有一定的富裕度。根据DL/T5144—2001《水工混凝土施工规范》中“配合比选定”的有关要求，混凝土配制强度按下式计算：

表8 施工用水检测指标

表9 混凝土配合比设计与工作性试验结果

式中fcu,0——混凝土的配制强度，MPa；

fcu,k——混凝土设计龄期的强度标准值，取40.0MPa；

t——保证率系数，保证率95%时取1.645；

σ——混凝土强度标准差，取5.0 MPa。

因此，溢流面表层高性能混凝土R2840W8F300配制强度应为48.2MPa。

按DL/T5150—2001《水工混凝土试验规程》相关规定成型、养护及测试试件。各配合比的抗压强度试验结果见表10。

表10 混凝土抗压强度

比较Li和SF，发现SF的抗压强度较Li略高一点，各龄期都在5%左右。这说明在混凝土中掺入10%的硅粉或者锂硅粉，对于混凝土抗压强度提高的幅度差不多。从抗压强度来看，使用锂硅粉取代硅粉作为混凝土掺合料是可行的。3.2.2 轴心抗拉强度、轴心抗拉弹模、极限拉伸值

按DL/T5150—2001《水工混凝土试验规程》中“4.4混凝土轴心抗拉强度和极限拉伸值试验”进行试验。其中应变采用电阻应变片和电阻应变仪进行测量。试验结果见表11。

表11 混凝土轴拉强度、弹模和极限拉伸值

3.3 抗冲磨强度和磨损率

抗冲磨试验结果见表12。

3.4 干缩性能

按照DL/T 5150—2001《水工混凝土试验规程》中“4.11混凝土干缩试验试件尺寸”成型干缩试件，但两端不埋设不锈的金属测头，而是在试件一端内部埋设螺母，在测试时与测试架底部用螺栓连接，使试件与测试架成为一个整体。测试方法与此规范规定的比长仪法不同，本试验采用立式千分表法测试混凝土试件的干燥收缩。立式千分表测量精度为0.001mm，而规范规定的仪器测量精度为0.01mm；而且规范规定方法受人工操作影响较大。试验结果见表13，表14。

表12 抗冲磨试验测试结果

表13 混凝土干缩检测结果

表14 混凝土平均每天干缩检测结果

4 结语

通过上述试验，可以得到以下研究成果：

相比掺入硅粉，在掺入同样质量比的锂硅粉后，混凝土的抗压强度略有降低，轴心抗拉强度略有提高，轴心抗拉弹模低10%，干缩低100×10－6，这些都有利于混凝土的抗开裂性能；抗冲磨强度提高20%以上，磨损率降低20%左右，这些都有利于混凝土的抗冲磨性能。因此，采用锂硅粉替代硅粉用作抗冲磨混凝土主要掺和料是可行的。