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2.4 立方體抗壓強度試驗方法及強度影響因素分析

膠凝砂礫石材料是一種新型筑壩材料,其材料特性介于混凝土與土之間。通過對膠凝砂礫石材料影響因素的分析研究,得出膠凝砂礫石材料的力學特性,為以后膠凝砂礫石材料的研究提供理論依據(jù),也為將來膠凝砂礫石材料在工程上的應用提供參考。

2.4.1 試驗方法

膠凝砂礫石材料立方體抗壓試驗試件,按照試驗規(guī)范要求,一組成型3個試件,拆模后,在標準條件(標準養(yǎng)護室的溫度應控制在20℃±5℃,相對濕度在95%以上)下養(yǎng)護到規(guī)定齡期。

尺寸為150mm×150mm×150mm的二級配標準立方體試件具體試驗步驟如下。

(1)到達試驗齡期時,從養(yǎng)護室取出試件,并盡快試驗。試驗前需用濕布覆蓋試件,防止試件干燥。

(2)試驗前將試件擦拭干凈,測量其尺寸,并檢查其外觀。當試件有嚴重缺陷時,應廢棄。試件尺寸測量精確至1mm,并據(jù)此計算試件的承壓面積。如實測尺寸與公稱尺寸之差不超過1mm,可按公稱尺寸進行計算。試件承壓面的不平整度誤差不得超過邊長的0.05%,承壓面與相鄰面的不垂直度不應超過±1°。

(3)調(diào)整壓力試驗機上下壓板的距離,將試件放在試驗機下壓板中間位置,保證試件中心與試驗機的下壓板中心相重合,試件的承壓面應與成型時試件的頂面相垂直,然后調(diào)整上壓板與試件的距離,使上壓板與試件即將接觸。

(4)調(diào)整完畢后,根據(jù)試驗規(guī)范設(shè)置加載速度為0.3MPa/s和相應的試件尺寸及破損常數(shù),開動試驗機,試驗機自動以設(shè)定的加載速度連續(xù)而均勻地加載,觀察試件的受壓過程,當試件接近破壞而開始迅速變形時,試驗機繼續(xù)加載直到荷載峰值與當前加載值滿足破損常數(shù)的要求,此時試驗機自動停止加載,活塞退回,認為試件已破壞,最后記錄破壞荷載。試驗如圖2.4-1所示。

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圖2.4-1 150mm立方體抗壓強度試驗

尺寸分別為300mm×300mm×300mm、450mm×450mm×450mm的三級配和全級配立方體試件具體試驗步驟如下。

(1)到達試驗齡期時,從養(yǎng)護室取出試件,用濕布覆蓋,并盡快試驗。測量試件尺寸,精確至1mm。當試件有嚴重缺陷時應廢棄。

(2)將試件放在試驗機上下壓板中間,上下壓板與試件之間應放有鋼質(zhì)墊板。試件的承壓面應與成型時的頂面相垂直。開動試驗機,當墊板與壓板將接觸時,如有明顯偏斜,應調(diào)整球座使試件受壓均勻。

(3)試驗機以6MPa/min的速度連續(xù)而均勻地加荷(不得沖擊),直至試件破壞并記錄破壞荷載。試驗如圖2.4-2和圖2.4-3所示。

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圖2.4-2 300mm立方體抗壓強度試驗

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圖2.4-3 450mm立方體抗壓強度試驗

2.4.2 水膠比對材料抗壓強度影響分析

水膠比是用水量與膠凝材料用量的比值,在現(xiàn)代工程中,水泥、粉煤灰等被作為常用的膠凝材料。膠凝砂礫石材料是骨料與膠凝材料、水經(jīng)拌和后的一種低強度材料,用水量對膠凝砂礫石材料強度的影響尤為重要。此次試驗主要針對水膠比為0.8~1.6之間的膠凝砂礫石材料強度進行研究。

水膠比與立方體試件28d抗壓強度關(guān)系曲線(以水泥用量50kg/m3,粉煤灰摻量40kg/m3,砂率0.1、0.2、0.3、0.4為例)如圖2.4-4所示。

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圖2.4-4 水膠比與立方體試件28d抗壓強度關(guān)系曲線

由圖2.4-4可以得出,水膠比對膠凝砂礫石材料的28d抗壓強度影響作用顯著,且大量試驗數(shù)據(jù)說明,在工程常用配合比范圍中,各種配合比下,存在最優(yōu)水膠比,且最優(yōu)水膠比和砂率緊密相關(guān)。工程常見砂率為0.1~0.4,對應的最優(yōu)水膠比在1.0~1.4之間。砂率高時,對應的最優(yōu)水膠比取上限,反之取下限。

《碾壓混凝土壩設(shè)計規(guī)范》(SL 314—2004)規(guī)定,碾壓混凝土的水膠比在0.43~0.70之間,由于碾壓混凝土的強度與水膠比成反比,且過高的水膠比對碾壓混凝土的耐久性也不利,因此,水膠比宜小于0.70。但碾壓混凝土總膠凝材料用量C+F(C代表水泥,F(xiàn)代表粉煤灰)通常大于130kg/m3,因此規(guī)定碾壓混凝土總膠凝材料用量不宜低于130kg/m3。其膠凝材料總量明顯高于膠凝砂礫石材料,兩種材料工程常用的配合比中,每立方米材料中的總用水量都在80~100kg/m3

為了進一步說明“最優(yōu)水膠比”問題,再考慮長齡期因素,水膠比對材料后期強度的影響,設(shè)計了在砂率為0.2,水泥用量為50kg/m3,粉煤灰摻量為30kg/m3、40kg/m3、50kg/m3時,水膠比分別為0.8、1.0、1.2、1.4情況下的配合比,測得90d抗壓強度。水膠比與立方體試件90d抗壓強度關(guān)系曲線如圖2.4-5所示。

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圖2.4-5 水膠比與立方體試件90d抗壓強度關(guān)系曲線

可以看出,當水泥用量為50kg/m3、粉煤灰摻量為30kg/m3時,材料90d抗壓強度在水膠比為1.2時達到最大,此時用水量為96kg/m3;當水泥用量為50kg/m3、粉煤灰摻量為40kg/m3時,材料90d抗壓強度在水膠比為1.0時達到最大,此時用水量為90kg/m3;當水泥用量為50kg/m3、粉煤灰摻量為50kg/m3時,材料90d抗壓強度在水膠比為0.8時達到最大,此時用水量為80kg/m3。材料的后期強度,隨著粉煤灰摻量的增加,其最優(yōu)水膠比逐漸降低,但幅度不大,最優(yōu)水膠比在1.0~1.2之間,每立方米材料中的總用水量依舊都在80~100kg/m3之間。

以上結(jié)果說明,在水泥用量為50kg/m3時,90d齡期最優(yōu)含水量,隨著粉煤灰摻量的增加而降低,主要是因為粉煤灰在增強材料后期強度時的作用明顯。而材料在不同配比下,28d齡期最優(yōu)水膠比均為1.0,主要有兩種可能:①28d齡期粉煤灰作用弱,有效膠凝材料總量少,含水量要求多;②試驗所選膠凝材料總量在80~100kg/m3較多,水膠比最小為1.0,不一定最優(yōu)。通過以上分析,膠凝砂礫石材料用含水量表述其水的添加量可能更合適,膠凝材料在80~100kg/m3時,其最優(yōu)含水量為80~100kg/m3,但二者成反比關(guān)系,即膠凝材料用量多時,含水量取小值,反之,膠凝材料用量少時,含水量取大值。這與一般碾壓混凝土規(guī)律基本一致。

膠凝砂礫石材料施工中,骨料盡量不篩分,砂率盡量不調(diào)整,在同樣膠凝材料用量的情況下,通過尋求最合適的用水量來提高材料強度。“最優(yōu)含水量”的發(fā)現(xiàn),為膠凝砂礫石材料工程應用提供了指導。

2.4.3 砂率對材料抗壓強度影響分析

砂率是影響膠凝砂礫石材料強度的一個重要因素。砂,作為工程當中廣泛采用的建筑石材,不僅起到調(diào)和拌和物性能,改善材料工作性、和易性等作用,同時也起到一定的填充作用,與膠材、水拌和后形成的砂漿對材料強度有一定的影響。膠凝砂礫石材料壩的主要特征之一便是就地取材,經(jīng)濟環(huán)保,在河流上筑壩,河道中的含沙量是客觀存在的,為了能夠就地取材合理利用,通過探究砂率對膠凝砂礫石材料強度的影響,可以為工程上選址筑壩提供可靠的理論依據(jù)。

分析在同一水泥用量、粉煤灰摻量、水膠比情況下,砂率分別為0.1、0.2、0.3、0.4的抗壓強度,如圖2.4-6所示。

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圖2.4-6 砂率與立方體抗壓強度關(guān)系曲線

可以看出,砂率從0.1到0.2,膠凝砂礫石材料抗壓強度呈現(xiàn)明顯的上升趨勢,砂率從0.2到0.3、0.4,膠凝砂礫石材料抗壓強度則呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢,圖形出現(xiàn)“拐點”現(xiàn)象,即膠凝砂礫石材料配合比設(shè)計同樣存在最優(yōu)砂率,砂率為0.2時,膠凝砂礫石材料抗壓強度最大。

分析原因在于:膠凝砂礫石材料不同于其他混凝土材料,主要是通過膠凝材料、砂子和水簡單拌和為膠結(jié)物包裹骨料從而形成一定強度,伴隨著砂率的增大,在膠材用量一定的情況下,包裹骨料表面的膠材漿量就相對較少,這使得骨料之間的膠結(jié)力相對下降,拌和物的工作性也較差;此外由于膠凝砂礫石材料石子骨料粒徑的不同,試件內(nèi)部會形成孔洞,隨著砂率的增大,這部分孔洞逐漸被砂填充,但由于沙粒之間的膠結(jié)力較小,承載能力差,不穩(wěn)定,在受到外部荷載作用的情況下容易形成破壞面,快速破壞,導致材料強度的降低。

為了進一步說明“最優(yōu)砂率”問題,再考慮長齡期因素,砂率對材料后期強度的影響,設(shè)計了在最優(yōu)水膠比為1.0,水泥用量為50kg/m3,粉煤灰摻量為30kg/m3、40kg/m3、50kg/m3時,砂率分別為0.1、0.2、0.4情況下的配合比,測得90d抗壓強度。砂率與立方體試件90d抗壓強度關(guān)系曲線如圖2.4-7所示。

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圖2.4-7 砂率與立方體試件90d抗壓強度關(guān)系曲線

可以看出,砂率從0.1到0.2,膠凝砂礫石材料90d抗壓強度呈現(xiàn)明顯的上升趨勢,砂率從0.2到0.4,膠凝砂礫石材料90d抗壓強度呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢,圖形出現(xiàn)“拐點”現(xiàn)象,即膠凝砂礫石材料配合比設(shè)計也存在最優(yōu)砂率問題,28d強度和90d強度規(guī)律一致,即砂率為0.2時,膠凝砂礫石材料抗壓強度最大。

膠凝砂礫石材料最大的優(yōu)勢就是:材料因地制宜,就地取材,盡量做到對粗骨料、細骨料不篩分,保證其原級配。水利工程遍布祖國大江南北,各地方料場的砂率也不盡相同,當砂率特別低或特別高的時候,可以對砂率進行人為調(diào)整,使其盡量最優(yōu)。

2.4.4 水泥用量對材料抗壓強度影響分析

水泥是目前在國內(nèi)工程中運用最廣泛的膠凝材料,膠凝砂礫石材料工程特性之一就是水泥用量較少,水泥用量是影響膠凝砂礫石材料強度的主要因素。因此,為了研究水泥用量對膠凝砂礫石材料強度的影響,在水膠比為1.0的前提下,控制膠凝材料(水泥+粉煤灰)總量分別為80kg/m3、90kg/m3、100kg/m3,分別說明砂率為0.2、0.3、0.4時,每立方米拌和物中水泥用量的增加對材料抗壓強度的影響,如圖2.4-8所示。

不同砂率情況下,每立方米膠凝砂礫石材料中,水泥用量每增加10kg,材料抗壓強度可提高百分比見表2.4-1。

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圖2.4-8 水泥用量與抗壓強度關(guān)系曲線

表2.4-1 水泥增量與抗壓強度關(guān)系

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注 表中C表示水泥用量,F(xiàn)表示粉煤灰摻量,單位為kg/m3

可見同等條件下,每立方米膠凝砂礫石材料中,水泥用量每增加10kg,材料抗壓強度可提高15%~22%。且當膠凝材料(水泥+粉煤灰)總量小于100kg/m3時,在最優(yōu)水膠比、最優(yōu)砂率下,水泥用量為40kg/m3時,膠凝砂礫石材料抗壓強度可達3~5MPa;水泥用量為50kg/m3時,膠凝砂礫石材料抗壓強度可達5~6MPa;水泥用量為60kg/m3時,膠凝砂礫石材料抗壓強度可達6~8MPa;水泥用量為70kg/m3時,膠凝砂礫石材料抗壓強度可達8~10MPa。

同時“超貧膠結(jié)材料壩研究”中有以下結(jié)論:試驗用425號水泥和525號水泥,取10kg/m3、20kg/m3、30kg/m3、40kg/m3、50kg/m3、60kg/m3、70kg/m3、80kg/m3和100kg/m3共9個水泥用量,研究水泥用量對超貧膠結(jié)材料強度的影響。試驗時調(diào)整水膠比的大小,使試件能夠成型為原則,試驗結(jié)果如圖2.4-9所示。

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圖2.4-9 水泥用量與超貧膠結(jié)材料強度的相關(guān)性

由圖2.4-9可知,水泥用量增加,超貧膠結(jié)材料的抗壓強度增大。當水泥用量在50kg/m3以下時,水泥用量變化對超貧膠結(jié)材料強度的影響不明顯;當水泥用量大于50kg/m3時,隨著水泥用量的增加,超貧膠結(jié)材料強度增長明顯加快。

綜上所述,在膠凝砂礫石材料當中,水泥作為膠凝材料,起到主要的膠結(jié)作用,水泥用量的增加對膠凝砂礫石材料抗壓強度的增強作用顯著,水泥用量是影響膠凝砂礫石材料強度的主要因素之一。

2.4.5 粉煤灰摻量對材料抗壓強度影響分析

膠凝砂礫石材料作為新型筑壩材料不僅經(jīng)濟實用而且綠色環(huán)保。粉煤灰作為當代現(xiàn)代化工業(yè)廢料,摻入膠凝砂礫石材料之中,不僅能夠提高材料強度,還可以有效改善材料的耐久性能。此次試驗中,為了研究粉煤灰摻量對膠凝砂礫石材料抗壓強度的影響,在水膠比為1.0的前提下,控制水泥用量分別為40kg/m3、50kg/m3、60kg/m3、70kg/m3,分別說明砂率為0.2、0.3、0.4時,每立方米拌和物中粉煤灰摻量的增加對材料抗壓強度的影響。粉煤灰摻量與立方體抗壓強度關(guān)系曲線如圖2.4-10所示。

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圖2.4-10 粉煤灰摻量與立方體抗壓強度關(guān)系曲線

不同砂率情況下,每立方米膠凝砂礫石材料中,粉煤灰摻量每增加10kg,材料抗壓強度可提高百分比見表2.4-2。

表2.4-2 粉煤灰增量與抗壓強度關(guān)系

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由以上分析可以看出,同等條件下,每立方米膠凝砂礫石材料中,粉煤灰摻量每增加10kg,材料28d抗壓強度均有所增加,增加幅度大多在1%~10%之間,離散性大,不能清楚地反映粉煤灰摻量增加對材料抗壓強度的提升效果。分析原因在于:①摻入一定量的粉煤灰,除小部分粉煤灰參與二次水化反應提高膠凝砂礫石材料的強度外,剩余未參與反應的粉煤灰充當惰性填料,起到微集料的填充效應,填充膠凝砂礫石材料試件內(nèi)部的孔隙,減小材料孔隙,改善材料的和易性、密實性和防止粗骨料分離,從而起到提高強度的作用;②由于粉煤灰本身的特性,其二次水化反應對材料強度的影響主要體現(xiàn)在后期,在此28d齡期內(nèi),粉煤灰特性尚未完全發(fā)揮,因此對膠凝砂礫石材料強度的增高并不明顯。故通過90d齡期試件試驗,進一步研究粉煤灰對材料后期強度的影響。

2.4.5.1 粉煤灰最優(yōu)摻量研究

水利工程中,大多都會摻入粉煤灰,尤其是碾壓混凝土壩,其粉煤灰摻量最高達總膠凝材料的70%(江埡水電站)。《膠結(jié)顆粒料筑壩技術(shù)導則》(SL 678—2014)中也提出,在用膠凝砂礫石材料筑壩時,可摻入粉煤灰。但對粉煤灰是否存在最優(yōu)摻量,摻多少時最經(jīng)濟,并未提及。此次試驗中,為了解決這些疑問,設(shè)計了在水膠比為1.0、最優(yōu)砂率為0.2的前提下,水泥用量為50kg/m3、60kg/m3時,粉煤灰摻量分別為20kg/m3、30kg/m3、40kg/m3、50kg/m3、60kg/m3、80kg/m3、100kg/m3情況下的配合比,測得90d抗壓強度。粉煤灰摻量與立方體試件90d抗壓強度關(guān)系曲線如圖2.4-11所示。

由圖2.4-11可知,在同樣水泥用量、同樣水膠比、同樣砂率前提下,隨著粉煤灰摻量的增加,立方體試件90d抗壓強度有一個先上升后下降的走勢,說明在該材料中,粉煤灰存在最優(yōu)摻量問題。進一步分析,當水泥用量為50kg/m3時,粉煤灰摻量為50kg/m3時出現(xiàn)峰值;當水泥用量為60kg/m3時,粉煤灰摻量為60kg/m3時出現(xiàn)峰值。可見粉煤灰摻量為膠凝材料總量(水泥+粉煤灰)的50%時,為“最優(yōu)摻量”。在尋求最優(yōu)摻量的同時,著者進一步研究粉煤灰摻量為多少時,對材料強度提高的效率最高,增加速度最明顯,如圖2.4-12所示。

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圖2.4-11 粉煤灰摻量與立方體試件90d抗壓強度關(guān)系曲線

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圖2.4-12 粉煤灰摻量與立方體試件90d抗壓強度增加值的關(guān)系

由圖2.4-12可知,在同樣水泥用量、同樣水膠比、同樣砂率前提下,當水泥用量為50kg/m3時,粉煤灰摻量為30kg/m3時,強度提高比最高(斜率最大),此時粉煤灰摻量為膠凝材料總量(水泥+粉煤灰)的37.5%;當水泥用量為60kg/m3時,粉煤灰摻量為40kg/m3時,強度提高比最高(斜率最大),此時粉煤灰摻量為膠凝材料總量(水泥+粉煤灰)的40%。可見粉煤灰摻量為膠凝材料總量(水泥+粉煤灰)的40%左右時,為“經(jīng)濟摻量”,即摻入粉煤灰增加強度的效率最高。

2.4.5.2 粉煤灰摻量對材料后期強度影響研究

為了研究粉煤灰摻量對材料后期強度的影響,著者設(shè)計了在水膠比為1.0,水泥用量為50kg/m3,砂率分別為0.1、0.2、0.3時,粉煤灰摻量分別為30kg/m3、40kg/m3、50kg/m3情況下的配合比,測得90d抗壓強度。粉煤灰摻量與立方體試件90d抗壓強度關(guān)系曲線如圖2.4-13所示。

不同砂率情況下,每立方米膠凝砂礫石材料中,粉煤灰摻量每增加10kg,材料抗壓強度可提高百分比見表2.4-3。

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圖2.4-13 粉煤灰摻量與立方體試件90d抗壓強度關(guān)系曲線

表2.4-3 粉煤灰增量與抗壓強度關(guān)系

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由以上分析可以看出,同等條件下,每立方米膠凝砂礫石材料中,粉煤灰摻量每增加10kg,材料90d抗壓強度會增強,增幅在5%~20%,比28d抗壓強度增幅大。砂率低時,增幅偏上限,砂率高時,增幅偏下限。也說明當砂率較低時,粉煤灰起到了代替砂的作用,使試件填充更密實。

2.4.6 齡期對材料抗壓強度影響分析

齡期是影響膠凝砂礫石材料強度的因素之一,在混凝土的研究中,混凝土的抗壓強度是隨著齡期的增長而增大的,但若在試件中摻入一定量粉煤灰,由于粉煤灰的自身特性,材料后期強度會提高。

以水泥用量為50kg/m3,粉煤灰摻量為30kg/m3、40kg/m3、50kg/m3,砂率為0.2,水膠比為1.0、1.2、1.4的配合比為例,試驗結(jié)果如圖2.4-14所示。

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圖2.4-14 90d強度增長率與水膠比關(guān)系曲線

可以明顯看出,膠凝砂礫石材料的抗壓強度隨養(yǎng)護齡期的增長而增大,這和混凝土具有相同的性質(zhì),齡期越長,強度越大。90d齡期的膠凝砂礫石材料抗壓強度為28d齡期抗壓強度的110%~140%,在水泥和粉煤灰作用下,180d齡期的膠凝砂礫石材料抗壓強度為90d齡期抗壓強度的115%左右,且材料90d和28d強度增長率隨著水膠比的增大而增大。大水膠比可以使材料后期強度顯著提高,但此時的水膠比不一定是使材料強度達到最高的“最優(yōu)水膠比”。

2.4.7 尺寸效應

尺寸效應是材料的一種力學性能,是隨著材料幾何尺寸的增長,強度的試驗值呈下降趨勢。在混凝土試驗和土工試驗中常常存在尺寸效應,直接影響材料的真實強度、承載能力和耐久性。膠凝砂礫石材料是一種新型壩體材料,主要運用于水利工程,水利工程由于實際結(jié)構(gòu)往往很大,進行真實結(jié)構(gòu)系統(tǒng)試驗的可能性很小,往往是以試驗室小型尺寸試件得出的破壞結(jié)論來指導實際結(jié)構(gòu)工程,因此,需要針對膠凝砂礫石材料的尺寸效應進行研究,為以后指導膠凝砂礫石材料實際工程提供理論基礎(chǔ)。

為了進一步探究試件尺寸對膠凝砂礫石材料強度的影響,此次試驗以二級配骨料為試驗原料[中石子(20~40mm):小石子(5~20mm)=6:4],成型試件為尺寸為150mm×150mm×150mm、300mm×300mm×300mm、450mm×450mm×450mm的立方體試件,試件中骨料的最大粒徑為40mm,攪拌成型后養(yǎng)護至28d齡期,試驗結(jié)果見表2.4-4。

表2.4-4 膠凝砂礫石材料不同尺寸試驗結(jié)果

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從表2.4-4可以看出,尺寸為300mm×300mm×300mm試件的抗壓強度低于150mm×150mm×150mm試件的抗壓強度,且300mm×300mm× 300mm試件的抗壓強度為150mm×150mm×150mm試件的抗壓強度的87.5%;尺寸為450mm×450mm×450mm試件的抗壓強度低于150mm× 150mm×150mm試件的抗壓強度,且450mm×450mm×450mm試件的抗壓強度為150mm×150mm×150mm試件的抗壓強度的71.5%。

分析原因在于:膠凝砂礫石材料膠凝材料用量較少,在同一骨料級配的情況下,試件尺寸越大,材料的相對密實程度越低,骨料之間膠凝材料的膠結(jié)作用越低,此外,試件尺寸的增大,使得試件承壓面與軸心距相對增大,試件的抗壓強度減小。因此,試件尺寸越大,材料抗壓強度試驗結(jié)果越低。

2.4.8 骨料級配對材料抗壓強度影響分析

骨料級配對膠凝砂礫石材料強度的影響主要體現(xiàn)在,膠凝砂礫石材料骨料主要以卵石為主,通過少量膠凝材料的膠結(jié)作用將不同粒徑的骨料膠結(jié)在一起,從而形成具有一定強度的建筑材料。因此,作為主骨架材料,骨料對材料強度的影響是至關(guān)重要的。此次試驗針對二級配、三級配、全級配骨料進行了多組試驗,分別采用4個不同粒徑的卵石,即小石子(5~20mm)、中石子(20~40mm)、大石子(40~80mm)、特大石子(80~150mm),研究級配對材料抗壓強度的影響。此外,為了進一步探究骨料粒徑對膠凝砂礫石材料強度的影響,此次試驗在參照原有規(guī)范比例的基礎(chǔ)上,對試驗組骨料粒徑比例進行了調(diào)整,具體試驗結(jié)果見表2.4-5。

表2.4-5 不同級配料抗壓強度

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不同級配下,對應的抗壓強度見表2.4-6。

表2.4-6 不同級配28d的抗壓強度

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由表2.4-6可以看出,隨著膠凝砂礫石材料骨料級配的增大,材料強度總體上體現(xiàn)出降低的趨勢,骨料級配對膠凝砂礫石材料試驗強度有較大影響。同種配合比前提下,三級配300mm×300mm×300mm立方體試塊28d抗壓強度是二級配150mm×150mm×150mm立方體試塊28d抗壓強度的75%左右;全級配450mm×450mm×450mm立方體試塊28d抗壓強度是二級配150mm×150mm×150mm立方體試塊28d抗壓強度的65%左右。

三級配、全級配試件強度低于二級配試件強度,分析原因,一方面由于級配影響,另一方面也與試件尺寸有關(guān)。

另外,在三級配的試驗中,調(diào)整不同粒徑骨料的摻量,研究不同級配對材料強度的影響。試驗數(shù)據(jù)見表2.4-7。

表2.4-7 骨料級配不同時的抗壓強度

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從表2.4-7中可以看出,同樣配合比前提下的三級配試件,不同粒徑骨料的摻量,對材料強度影響很大。試驗抗壓強度最大值是最小值的近2倍。可見,骨料級配良好與否,對材料強度影響重大。

土的級配情況是否良好,常用不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc來描述,級配良好的土,能同時滿足Cu≥5和Cc=1~3。

不均勻系數(shù):

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曲率系數(shù):

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式中:d60、d30、d10分別為粒徑分布曲線上縱坐標為60%、30%、10%時對應的土料粒徑。

參照這種方法,繪制出3種不同骨料(粒徑5~20mm、20~40mm和40~80mm)不同摻量的粒徑曲線,求得Cu和Cc值,參考土料級配優(yōu)良判別標準,尋求膠凝砂礫石材料骨料級配優(yōu)良與否的判別辦法,如圖2.4-15所示。對應的Cu和Cc值見表2.2-8。

當骨料級配同時滿足Cu≥5和Cc=1~3時,材料的抗壓強度均集中在5.34~5.71MPa之間,均值為5.52MPa,標準差為0.16,分布很集中。骨料級配不能同時滿足Cu≥5和Cc=1~3的兩組強度分別是平均強度的58%和84%,其強度明顯偏低。

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圖2.4-15 不同摻量的粒徑曲線

表2.4-8  Cu、Cc

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可見,骨料級配對材料抗壓強度影響很大,級配良好的骨料強度較高。可參照土料級配良好判別標準,用不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc來描述,級配良好的骨料,能同時滿足Cu≥5和Cc=1~3。

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