摘要: 簡(jiǎn)要介紹了普通自密實(shí)混凝土的工作原理和工作性能, 通過(guò)試驗(yàn), 分析了砂率、減水劑及增稠劑對(duì)新拌混凝土流動(dòng)性和填充性的影響, 找出了滿足普通自密實(shí)混凝土工作性能的最佳配比。
關(guān)鍵詞: 自密實(shí)混凝土工作性能配合比
1 自密實(shí)混凝土概述
免振搗自密實(shí)混凝土是高性能混凝土范疇中的一種, 在追求高強(qiáng)度、高耐久性的同時(shí), 重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)高施工性能。通過(guò)對(duì)骨料、外加劑、膠凝材料和細(xì)摻料等組分的合理選擇與配合比優(yōu)化, 合理地解決流動(dòng)性與抗分離性之間的矛盾, 提高拌和物的間隙通過(guò)能力和填充能力。在骨料自重作用下混凝土能自行密實(shí), 并能填充到復(fù)雜形體和密筋結(jié)構(gòu)的各個(gè)部位,混凝土硬化后具有良好的力學(xué)性能和耐久性能。
自密實(shí)混凝土首先應(yīng)具有較高的工作性能, 具體表現(xiàn)為高流動(dòng)性、高抗分離性、高間隙通過(guò)能力和高填充性。根據(jù)賓漢姆方程: τ=τ0+η·r, 在外力作用下混凝土拌和物內(nèi)部產(chǎn)生的剪應(yīng)力τ大于或等于阻止塑性變形能力τ0時(shí), 混凝土開始流動(dòng); η是混凝土拌和物內(nèi)部阻止其流動(dòng)的一種性能, 稱做塑性粘度, η越小, 在相同外力作用下流動(dòng)速度越快。與普通混凝土采用機(jī)械振搗時(shí)因觸變作用令τ0大幅度減小, 使振動(dòng)影響區(qū)內(nèi)的混凝土呈液化而流動(dòng)并密實(shí)成型的道理相似; 制備免振搗自密實(shí)混凝土的原理是通過(guò)骨料、外加劑、膠凝材料和細(xì)摻料的優(yōu)選和配合比的優(yōu)化設(shè)計(jì), 使τ0減小到適宜范圍, 同時(shí)又具有足夠的塑性粘度, 使骨料懸浮于水泥漿中, 不出現(xiàn)離析和泌水, 能自由流淌充分填充模型內(nèi)的空間, 形成密實(shí)且均勻的結(jié)構(gòu)。
采用高效減水劑可對(duì)水泥顆粒產(chǎn)生強(qiáng)烈的分散作用, 高效減水劑在水泥顆粒界面的吸附和形成的雙電層, 使水泥顆粒間產(chǎn)生靜電斥力作用, 拆散其絮凝結(jié)構(gòu), 釋放它們約束的水, 水泥顆粒間相互滑動(dòng)能力增大, 使混凝土開始流動(dòng)的屈服剪應(yīng)力降低, 獲得高流動(dòng)性能, 同時(shí)能有效控制混凝土用水量, 保證力學(xué)與耐久性要求。
自密實(shí)混凝土應(yīng)具有較好的抗分離性。試驗(yàn)表明, 離析的混凝土在通過(guò)間隙時(shí), 粗骨料會(huì)產(chǎn)生聚集而阻塞間隙, 難以填充模板和保持拌和物均質(zhì)?；炷岭x析的主要原因是η和τ0過(guò)小, 混凝土抵抗粗骨料與水泥沙漿相對(duì)移動(dòng)的能力弱。由此可知, 屈服剪應(yīng)力τ0 和塑性粘度η既是混凝土開始流動(dòng)的前提, 又是不離析的條件。
2 配比試驗(yàn)
2.1 儀器與原材料
①儀器
主要儀器設(shè)備有: 100mm×100mm×100mm 試模; 水泥混凝土攪拌機(jī); SYE- 2000 型全自動(dòng)水泥強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)( 最大負(fù)荷2000kN) 。
②原材料
1) 水泥: PO42.5 普通硅酸鹽水泥, 上海海豹水泥廠生產(chǎn), 水泥的化學(xué)成分見(jiàn)表1。
表1 水泥的化學(xué)成分(%)
2) 外加劑: PC 減水劑、增稠劑、引氣劑;
3) 砂: 粗砂粒徑≤2.5mm,細(xì)砂粒徑≤0.5mm, 細(xì)度模數(shù)2.3~3.0;
4) 石子: 粒徑5~15mm;
5) 水: 自來(lái)水
2.2 配比方案
自密實(shí)混凝土的配制過(guò)程中, 流動(dòng)性、抗離析性能、填充性三因素起關(guān)鍵作用。配比中, 水泥、減水劑、增稠劑的用量和砂率決定這三項(xiàng)性能的優(yōu)劣。所以設(shè)計(jì)以下試驗(yàn)方案來(lái)找出滿足普通自密實(shí)混凝土工作性能的最佳配比。
水泥用量和砂率的試驗(yàn)方案( 水灰比控制在0.4) : 水泥用量分別為: 510kg、540kg、570kg。砂率分別為: 0.35、0.40、0.45。試驗(yàn)配比見(jiàn)表2。
增稠劑用量對(duì)混凝土的流動(dòng)性和填充性能的影響的配比如表5、表6。
2.3 試件制備
2.3.1 溫度和濕度要求
試驗(yàn)室溫度為17~25℃, 相對(duì)濕度大于50%, 水泥試樣、標(biāo)準(zhǔn)砂、拌和水等的溫度應(yīng)與室溫相同; 養(yǎng)護(hù)室溫度20±3℃, 相對(duì)濕度大于90%; 養(yǎng)護(hù)水溫度20±3℃。
2.3.2 試塊成型與養(yǎng)護(hù)
1) 成型前將試模擦凈, 緊密裝配, 內(nèi)壁均勻涂一薄層機(jī)油。
2) 按配合比稱取水泥, 將固態(tài)外加劑摻入水泥中, 用小勺干拌均勻, 砂子和各種摻和料放入攪拌機(jī)內(nèi), 加入水和液態(tài)外加劑, 拌均勻后裝入試模, 裝模時(shí)不必振動(dòng), 讓混凝土自然、均勻流入模內(nèi), 用刮刀刮平, 編號(hào), 放入養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)24±2小時(shí), 脫模。
3) 脫模后的試塊放入20℃水中養(yǎng)護(hù)14 天。
3 結(jié)果分析
3.1 砂率對(duì)新拌混凝土流動(dòng)性和填充性的影響
由試驗(yàn)結(jié)果可以看出:
(1) 從目測(cè)的混凝土形狀看, 三個(gè)水泥用量中, 砂率小于0.4 時(shí)混凝土發(fā)生離析, 砂率0.45 時(shí)效果最好。
(2) 從流動(dòng)性( 即坍落度, 坍落擴(kuò)展度, 擴(kuò)展速度) 觀察,混凝土中水泥用量為540kg 和570kg 的效果差不多, 但要比510kg 強(qiáng)。從經(jīng)濟(jì)角度考慮選擇水泥的用量為540kg/m3。
從填充性考慮, 水泥用量為570kg/m3、砂率為0.45 時(shí)為最佳, 但流空時(shí)間要求在7~15s 之間, 所以選擇水泥的用量為540kg/m3、砂率0.45, 混凝土的流動(dòng)性和填充性能都可滿足要求。
3.2 減水劑對(duì)新拌混凝土流動(dòng)性和填充性的影響不同減水劑用量的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。
由圖3 可以看出, 大量減水劑的用量達(dá)到0.6%時(shí), 工作性能有改善, 并且接近最佳值, 在0.6%~1%范圍內(nèi), 當(dāng)用量為1%時(shí)不太經(jīng)濟(jì)。經(jīng)綜合比較, 確定0.7%的用量為最佳, 各方面的性能都能滿足自密實(shí)混凝土的要求。
3.3 增稠劑對(duì)新拌混凝土流動(dòng)性和填充性的影響
為了保證自密實(shí)混凝土的流動(dòng)性, 加了大量的減水劑,為了防止減水劑造成混凝土的離析, 在混凝土中需加入增稠劑, 增加混凝土的粘性, 保證混凝土不產(chǎn)生離析。但加入增稠劑后, 混凝土的流動(dòng)性必然會(huì)受到影響, 需通過(guò)試驗(yàn)確定它的用量。
兩種增稠劑最佳參量, 試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8, 性能對(duì)比圖見(jiàn)圖4。
表8 增稠劑用量對(duì)混凝土的流動(dòng)性和填充性能的影響
由試驗(yàn)可以看出, 增稠劑1 的效果明顯比2 的要好, 當(dāng)增稠劑1 用量為0.81%時(shí), 新拌混凝土無(wú)離析產(chǎn)生, 工作性能都有改善。經(jīng)綜合比較, 確定0.81%的用量為最佳, 各方面的性能都能滿足自密實(shí)混凝土的要求。
3.4 普通自密實(shí)混凝土的最佳配比
通過(guò)上述試驗(yàn), 確定滿足普通自密實(shí)混凝土工作性能的最佳配比如下:
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