掺渗透结晶水工混凝土抗压强度分析

崔海龙

(岫岩满族自治县水利事务中心,辽宁 鞍山 114300)

水工混凝土是一种复合型非均质多孔材料,其微损伤和内部孔隙的连通性、分布、数量、大小等性质,对外界氯离子等有害离子的侵蚀都会造成一定的影响,并进一步影响水工结构耐久性和服役年限。如何最大程度地降低环境作用和服役荷载对内部微结构的影响及减小混凝土内部孔隙率,逐渐成为工程技术领域研究的热点。目前,对于混凝土自修复应用较广泛的一种材料是水泥基渗透结晶材料(CCCW),这种材料与水作用后可以生成填充于裂缝孔隙的枝蔓状结晶体,从而提升体系结构的密实度。许多学者研究探讨了渗透结晶的作用效果,例如王可良等[1]利用抗渗压力和抗压强度试验揭示了混凝土自修复性能受渗透结晶的影响规律,结果发现渗透结晶的裂缝修复效果显著,可以明显提升混凝土抗渗性和强度,在水化过程中渗透结晶生成不溶于水的产物能够很好地填充宏观裂缝和毛细孔道,增强浆体的整体性能;Ferrara等分析了纤维增强水泥基高性能复合材料和普通强度混凝土自愈能力受结晶外加剂的影响,结果表明掺入结晶外加剂加快了力学性能的修复及裂纹愈合过程;Liu等认为渗透结晶材料能够增强混凝土的抗氯离子侵蚀、抗碳化和力学性能,但对抗冻性的影响较低;陈晓雨等[2]对比了复掺渗透结晶、矿粉、粉煤灰和单掺渗透结晶对混凝土抗侵蚀性的影响规律,结果表明矿粉、粉煤灰与渗透结晶复掺时具有更好的性能优化作用;姚嘉诚等[3]研究认为单掺纳米二氧化硅或渗透结晶的增强效果不如两者混掺时;李晓光等[4]利用抗渗性试验探讨了渗透结晶的作用效果,结果发现内掺渗透结晶可以明显提升混凝土防渗效果和自愈能力;黄伟等[5]分析了混凝土裂缝自愈合能力受SJ渗透结晶复合材料的影响,结果表明对受损混凝土抗渗能力SJ渗透结晶表现出良好的改善作用;黄涛等[6]研究了不同裂缝宽度、养护条件及龄期下,混凝土裂缝修复效果受XYPEX渗透结晶材料的影响,试验表明干燥条件下生成的晶体量少,基体结构疏松,而缝面泡水和过水养护情况下更有利于裂缝修复,缝宽越大则生成物数量越多,相应的尺寸也越大;李冰等[7]探讨了混凝土自愈合性能和长期力学强度受内掺渗透结晶掺量的影响规律,结果表明掺1%渗透结晶时混凝土的自愈合能力、抗渗透和力学性能最优。

因此,现有研究主要侧重于不同渗透结晶掺量对混凝土自愈合、抗渗透和长期力学性能的影响分析,而较少考虑对早期力学性能的影响。文章利用对比试验,研究分析了不同渗透结晶材料掺量(0%、1%、2%、3%)对水工混凝土不同龄期抗压、劈拉强度以及拉压比的影响规律。

1 试验方案

1.1 原材料

试验采用华新P·O 42.5级普硅水泥,水泥的主要性能参数,水泥的主要性能参数,见表1;骨料选用丹东东林砂石场提供的Ⅱ区中砂和沪港沿碎石,骨料的主要性能参数,骨料的主要性能参数,见表2;渗透结晶选取北京城荣公司提供的XYPEX(赛柏斯)掺合剂,拌和水为当地自来水。

表2 骨料的主要性能参数

1.2 配合比设计

固定水胶比0.5,砂率40%,采用体积法参照《水工混凝土配合比设计规程》计算确定试验配合比,试验配合比,见表3。

表3 试验配合比

1.3 试验方法

将拌和均匀的混合物制成边长100mm的立方体试件,结合试验目的共制成试件72个用于抗压和劈拉强度测试。首先将称量好的粗、细骨料和XYPEX渗透结晶按先后顺序依次倒入搅拌机,干拌120s后使其充分混合,然后倒入水和水泥搅拌240s,拌和均匀后倒出并装入试模,分组编号,常温静置24h后脱模,最后将各组试件移入标养室养护,养护室湿度RH>95%,温度(20±2)℃。

为了揭示不同龄期内掺渗透结晶试件强度变化规律,参照《水工混凝土试验规程》中的流程测定各组试件3d、7d、28d龄期劈拉和抗压强度。

2 结果与分析

2.1 渗透结晶对抗压强度的影响

水工混凝土抗压强度受XYPEX渗透结晶掺量的影响规律,混凝土抗压强度,见图1。结果显示随XYPEX渗透结晶掺量的增加试件3d抗压强度表现出先减小后增大再减小的变化趋势。掺2%XYPEX渗透结晶试件的3d抗压强度较基准组增加3.6%,掺1%和3%XYPEX渗透结晶试件的3d抗压强度较基准组分别减小9.5%、18.7%。随XYPEX渗透结晶掺量的增加试件7d抗压强度表现出逐渐减小的变化趋势,掺1%、2%、3%XYPEX渗透结晶试件的7d抗压强度较基准组分别减小1.4%、7.4%和10.7%,未掺XYPEX渗透结晶的基准组试件7d抗压强度最高达到36.3MPa。随XYPEX渗透结晶掺量的增加试件28d抗压强度表现出先增大后减小的变化趋势,掺1%、2%、3%XYPEX渗透结晶试件的28d抗压强度较基准组分别增大15.1%、5.6%和1.5%,其中掺1%XYPEX渗透结晶试件的28d抗压强度最高达到47.2MPa。总体而言,掺2%XYPEX渗透结晶能够提升试件3d抗压强度,掺1%、3%XYPEX渗透结晶反而会削弱试件3d抗压强度,掺1%、2%、3%XYPEX渗透均会在不同程度上削弱试件7d抗压强度,但能够在一定程度上提升后期强度。

(a)3d龄期

2.2 渗透结晶对劈拉强度的影响

水工混凝土劈拉强度受XYPEX渗透结晶掺量的影响规律,混凝土劈拉强度,见图2,结果表明随XYPEX渗透结晶掺量的增加试件3d劈拉强度表现出先增大后减小的变化趋势。其中,掺2%XYPEX渗透结晶试件的3d劈拉强度较基准组增加10.4%,最高达到2.34MPa,而掺1%和3%XYPEX渗透结晶试件的3d劈拉强度较基准组分别增大2.8%、2.4%。随XYPEX渗透结晶掺量的增加试件7d劈拉强度表现出先减小后增大再减小的变化趋势,并且基准组整体高于掺XYPEX渗透结晶组的7d劈拉强度,掺1%、2%、3%XYPEX渗透结晶试件的7d劈拉强度较基准组分别减小5.3%、1.9%、16.2%。随XYPEX渗透结晶掺量的增加试件28d劈拉强度表现出先增大后减小的变化趋势,其中掺1%XYPEX渗透结晶试件的28d劈拉强度较基准组分别增大11.3%,而掺2%、3%XYPEX渗透结晶试件的28d劈拉强度较基准组分别减小12.1%、14.8%,其中掺1%XYPEX渗透结晶试件的28d劈拉强度最高达到2.85MPa。总体而言,掺2%XYPEX渗透结晶能够提升试件3d劈拉强度,掺1%、2%、3%XYPEX渗透均会在不同程度上削弱试件7d劈拉强度,掺1%XYPEX渗透试件的28d劈拉强度最优。

(a)3d龄期

2.3 渗透结晶对拉压强度比的影响

水工混凝土拉压强度比受XYPEX渗透结晶掺量的影响规律,混凝土拉压比,见图3,由图3可知随着XYPEX渗透结晶掺量的增加试件3d拉压强度比表现出先增大后减小再增大的变化趋势,其中掺1%、2%、3%XYPEX渗透结晶试件的3d拉压强度比较基准组分别增大14.3%、6.0%、25.0%。随着XYPEX渗透结晶掺量的增加试件7d拉压强度比表现出先减小后增大再减小的变化趋势,其中掺2%XYPEX渗透结晶试件的7d拉压强度比较基准组增加6.9%,而掺1%、3%XYPEX渗透结晶试件的7d拉压强度比较基准组分别减小4.2%和6.9%。随XYPEX渗透结晶掺量的增加试件28d拉压强度比表现出不断减小的变化趋势[10-11],并且基准组整体高于掺XYPEX渗透结晶组的28d拉压强度比。

(a)3d龄期

3 结 论

1)结合试验数据可知,掺2%XYPEX渗透结晶能够提升试件3d抗压强度,而掺1%、3%XYPEX渗透结晶反而会削弱试件3d抗压强度,掺1%、2%、3%XYPEX渗透均会在不同程度上削弱试件7d抗压强度,但能够在一定程度上提升后期强度,掺1%XYPEX渗透结晶试件的28d抗压强度最高。

2)掺2%XYPEX渗透结晶能够提升试件3d劈拉强度,掺1%、2%、3%XYPEX渗透均会在不同程度上削弱试件7d劈拉强度,掺1%XYPEX渗透试件的28d劈拉强度最优。

3)对于3d、7d和28d龄期拉压强度比,渗透结晶的最优掺量为3%、2%和0%,掺入适量的XYPEX渗透结晶有利于优化浆体的内部结构,对提高混凝土早期抗压、劈拉及拉压强度比具有积极作用,但随着XYPEX掺量的增大试件28d拉压强度比呈现出下降趋势,表明28d劈拉强度相比于抗压强度的增长幅度较低。