掺花岗岩石粉UHPC配合比设计.docx
福州大学实验报告课程名称：新型建筑材料实验名称：掺花岗岩石粉UHPC配合比设计学院：土木工程学院专业：建筑与土木工程指导教师：报告人：实验项目：高性能混凝土配合比设计一、实验目的研究生结合自己研究方向，根据现有文献和相关混凝土配合比规范，设计高性能混凝土（超高性能混凝土、碱激发混凝土、路面混凝土等）配合比，并通过试验，验证其强度等性能指标是否满足设计要求。每一组高性能混凝土配合比应有变化参数，研究变化参数对高性能混凝土性能的影响。下面以花岗岩石粉替代水泥为例，说明超高性能混凝土配合比设计这个项目的实施过程。二、对实验材料的要求2.1.1 水泥试验用水泥为福建炼石牌水泥有限公司生产的RO425普通混凝土硅酸盐水泥，表观密度,为3050kgn?,水泥的性能指标如表2-lo表2-1水泥的性能指标比表面积烧矢量LOl凝结时间（min）抗折强度（MPa）抗压强度（MPa）(m2Kg)(%)初凝终凝3d28d3d28d3611.071251855.78.527.5452.1.2 硅灰西宁铁合金厂生产的硅灰,SiO2含量290%,粒径为0.10.2um,平均粒径九为0.162um,表观密度展为2293kg2.1.3 细砂细砂是UHPC中的唯一骨料。由于其粒径较小，可被水泥浆体完全包裹，有效改善了骨料与水泥浆体间的界面性能。闽江河砂能够替代石英砂制备UHPc因此，本文制备的UHPC所用的细砂是闽江河砂，粒径不大于0.63mm,密度2.6gCm3。2.1.4 钢纤维江西赣州大业钢丝厂制的表面镀铜光面平直钢纤维，直径约0.150.2mm,长度13mm。2.1.5 减水剂福州创先工程材料有限公司CX-8聚度酸减水剂，减水率25%2.1.6 水采用日常饮用水，其质量符合国家标准混凝土拌合用水标准（JGJ63-89）的要求。2.1.7 花岗岩石粉花岗岩石粉是石材加工过程中产生的废料。花岗岩石粉的矿物组成是与花岗岩相同的，主要成分由惰性材料组成。石材在开采、加工等过程中会产生大量的固体废弃物，这些废弃物对土地、农田、水源等的危害很大、产生了严重的环境污染。在目前，我国花岗岩石粉主要用于制造建筑材料破、预制花岗石板以及作为填充料在混凝土中使用。对于花岗岩石粉填充效应以及在蒸压养护条件下的化学反应机理的研究相对较少。2.1.7.1 化学成份本试验中所用的花岗岩石粉产自福建省连江县。为了解花岗岩石粉的主要化学成分，采用化学分析法对花岗岩石粉原样进行了分析，比表面积为588nkg,花岗岩石粉的化学成分见表2-2o表2-2花岗岩石粉的化学成分分析项目烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2O(%)(%)(%)(%)(%)(%)(%)(%)花岗岩石粉0.7283.212.021.762.310.543.394.722.1.7.2 物理性能不同的材料具有不同的物理特性，不同的物理特性对混凝土有不同的影响，本章通过不同试验得到花岗岩石粉主要的物理性能。（1）花岗岩石粉烧失量将称好的花岗岩石粉在105C下干燥至恒重，放入干燥的杯子，杯子重Ml,用天平精确称取LoOOOg花岗岩石粉试样，实际重量M2,将花岗岩石粉试样放入杯子中，一同放入高温炉，升温至850-900C,恒温15-2Omin,取出，冷却至室温，称得杯子连同花岗岩石粉试样重量M3。烧失量计算方法：（M1+M2-M3）/M2Xl00%式（2-1）（2）花岗岩石粉密度测定：用天平精确称取干燥的花岗岩试样,重量Mg,将称取的干燥花岗岩石粉放入装有水的量筒中，测得体积VI。花岗岩石粉密度计算方法：夕二MV式（2）测得花岗岩石粉的密度为2760kgm3o三、实验环境环境温度1035相对湿度80%四、实验项目4.1 试验配合比设计4.1.1 掺花岗岩取代水泥石粉配合比设计采用的实验配合比是以UHPC六种组分（水泥、硅灰、细砂、钢纤维、减水剂、水）作为基本原料，对己有的研究进行综合分析，选取合适的配合比作为基准配合比，用花岗岩石粉等量取代水泥。实验配合比见表4-1。表4-1掺花岗岩石粉的UHPC配合比设计/n?水泥硅灰石粉细砂减水剂3%钢纤石英粉臼匚UUU(kg)(kg)(kg)(kg)(kg)小kg2维(kg)(Kg)A820.77246.230.00984.9220.52192.06235.5324.7B779.79246.2341.04984.9220.52192.06235.5324.7C738.69246.2382.08984.9220.52192.06235.5324.7D697.65246.23123.12984.9220.52192.06235.5324.7F656.61246.23164.16984.9220.52192.06235.5324.7注：水胶比为0.18；减水剂用量为水泥的2.5%；配合比A、B、C、D、F中石粉取代水泥的比例分别为0%、5%、10%、15%、20%淇中A为基准的UHPC配合比。4.1.2试件制备步骤（1）清理钢模，去除试模内的杂物，然后在试模的内表面涂一层机油后再涂上一层脱模剂，以方便脱模后方面清理；(2)将水泥、细砂、硅灰和花岗岩石粉按照配合比称量，倒入搅拌机内，干拌3min;加入溶有减水剂的一半水，搅拌2min,在搅拌的过程中边搅拌边均匀的撒入钢纤维，最后加入溶有减水剂的另一半水，搅拌2-3min;(3)将UHPC拌合物浇注IoOmmXIoOmmXloOmm模中，在振动台上振动4min,(4)将装满活性粉末混凝土的试模放在振动台上振动，直至表面出浆后停止，然后用抹刀削去多余的混凝土并待一小时后将其表面抹平。4.1.3试件的养护4.1.3.1 蒸压养护试件制备完成静置24h后拆模，拆模后转入蒸压釜中进行蒸压养护，蒸压养护转入标准养护室与采用标准养护的试件进行同条件养护至规定龄期。蒸压养护制度为,抽真空半小时，升温升压1小时，恒温恒压6小时，降压2小时，恒温温度为19020(C,恒压压力为L2MPa°4.2.抗压性能试验1.1.1 试件设计水泥胶砂强度检测方法(ISo法)GB/T17671-1999»采用边长为IOomm的立方体试件测试UHPC的抗压强度染作为UHPC材料的标准强度，用于UHPC结构的设计计算。表42UHPC抗压试件尺寸及数量试件编号试件尺寸/mn?试件数量/个A6B100×100×1006C6D6F61.1.2 混凝土立方体抗压强度试验方法棱柱体抗压强度试验采用上海三思计量仪器制造有限公司生产的YAW-30(M)KN微机控制电液伺服压力试验机，最大试验力3000KN,准确等级为I级。应变片规格：河北省邢台金力传感原件厂制造，应变片规格：3×60,电阻值120.3。，灵敏系数2.12；5×60,电阻值122.50,灵敏系数2.086。试验加载装置如图1所示。试验步骤：(1)用抹布将试块表面擦干净，检查试块外观是否有缺陷；用签字笔和钢尺将试件的中心轴画出(2)用砂纸打磨试块表面，是试块平整光滑，再用沾有无水乙醇的棉团擦拭试块表面，然后用胶水将应变片对准已标出的中心轴位置粘贴在试件中心位置，对正，并将应变片端子与导线焊接好；(3)净试件放入压力机中，调整位置是试块对中，将导线连接到采集箱上；(4)调试应变采集系统，使采集系统连接的各通道上的初始值均为零。首先，采用1.2MPazS的加载速度加载到IOoKN后静止一段时间，调整应变值，使其力学对中，其次，采用1.2MPa/s的加载速度加载到100oKN,最后以0.005mms的横位移加载速度进行加载，直至试块破坏为止。4.3 主要仪器装置图1200t的压力机4.4 .实验结果表4-4花岗岩石粉替代UHPC中部分水泥7d的立方体抗压和抗折强度试件编号抗压强度测试值/MPa平均值/MPa抗折强度测试值/Mpa平均值/MPaA148.9152.6144.0147.726.328.427.727.5B149.3151.2148.8149.432.232.632.932.6C168.5166.9159.3164.835.134.932.733.3D191.7188.4190.7190.333.431.731.932.3F162.1159.8158.4160.128.625.133.529.0表4-5花岗岩石粉替代UHPC中部分水泥Md的立方体抗压和抗折强度试件编号抗压强度测试值/MPa平均值/MPa抗折强度测试值/Mpa平均值/MPaA163.4152.6152.8158.327.426.425.726.5B162.1174.2162.8166.431.133.532.332.3C177.0174.2164.8172.034.335.233.134.2D183.3180.1188.7184.032.832.831.532.4F161.4170.1156.8162.827.826.031.028.3注：水胶比为0.18；减水剂用量为水泥的2.5%；配合比A、B、C、D、F中花岗岩石粉取代水泥的比例分别为0%、5乐10乐15%、20%;其中A为基准的UHPC配合比。养护条件：蒸压养护。w%图2不同掺量花岗岩石粉替代水泥的抗压强度曲线图3不同掺量花岗岩石粉替代水泥的抗折强度曲线五、实验结论从表4-4可以看出，随着花岗岩石粉替代普通硅酸盐水泥的量从0%至15%不断增加，UHPC的抗压强度也从147.7MPa增力到1903Mpa,强度提高了28.84%。当花岗岩石粉替代普通硅酸盐水泥量超过15%时，UHPC抗压强度从190.3MPa下降到160.IMPa明显下降，下降了15.87%。当替代量在15%左右时，抗压强度提高最明显。抗折强度略微有所增加，当替代量超过10%时，抗折强度略微有所下降。从表45可以看出，随着花岗岩石粉替代普通硅酸盐水泥的量从0%至15%不断增加，UHPC的抗压强度也从158.3MPa增加到184.0Mpa,强度提高了16.2%。当花岗岩石粉替代普通硅酸盐水泥量超过15%时，UHPC抗压强度从184.0MPa下降到162.8MPa明显下降，下降了11.5%。当替代量在15%左右时，抗压强度提高最明显。抗折强度略微有所增加，当替代量超过10%时，抗折强度略微有所下降。这是因为花岗岩石粉的细度比普通硅酸盐水泥更加的细，填充了UHPC水化过程中形成的孔隙，使UHPC更加的密实，提高了强度。另外再蒸压条件下，花岗岩有一定的活性，石粉中的活性SiCh参与水泥的二次水化反应，促进了CSH的形成。由于UHPC低水灰比的特点，水泥的水化度比较低，花岗岩石粉替代部分水泥，稀释作用促进水泥的水化反应，使得强度增高。当替代量继续增加时，由于水泥量减少过多，影响了水泥的水化反应，使得C-S-H的量急剧减少，UHPC内部结构变得松散，使得强度降低。随着龄期的增加，UHPC的抗压抗折都有所增加。这是因为随着龄期的增加，后期的水化的反应还在进行，但增加不明显也说明了加前大部分水化反应已经完成。
