【摘 要】 泵送混凝土只有在可泵性能優(yōu)良的條件下,才能保證混凝土順利泵送。而影響混凝土可泵性能的直接因素主要包括所使用骨料的性能、外加劑性能、膠結(jié)材料的品質(zhì)以及混凝土配合比等,而膠結(jié)材料中所使用的摻合料多為地產(chǎn)摻合料,如粉煤灰、高爐礦渣等工業(yè)副產(chǎn)品。它們?cè)跐M足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的前提下對(duì)可泵性能的影響各不相同。因此,必須重視摻合料對(duì)混凝土的可泵性能影響專項(xiàng)研究,才能更好地利用本地資源,改進(jìn)混凝土施工質(zhì)量。
【關(guān)鍵詞】 混凝土;可泵性;摻合料;壓力泌水率
【中圖分類號(hào)】 TU52810 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 B 【文章編號(hào)】 1001 - 6864(2008) 02 - 0155 - 03
0 引言
泵送混凝土的推廣和應(yīng)用極大地推動(dòng)了混凝土技術(shù)的發(fā)展,不僅可以加快施工速度、提高施工效率,還可以優(yōu)化施工環(huán)境。建筑工程的規(guī)?；?、復(fù)雜化及快速化對(duì)泵送混凝土施工提出了越來越高的要求,預(yù)拌混凝土生產(chǎn)廠家和混凝土施工單位都迫切需要科學(xué)可行的評(píng)價(jià)混凝土泵送性能的指標(biāo)和方法,以解決目前存在的一些問題[1 ] 。
混凝土的泵送性能習(xí)慣用”可泵性”來描述,這一技術(shù)指標(biāo)反映了泵送壓力下,混凝土拌合物在管道中通過并達(dá)到澆筑位置的能力。是新拌混凝土流動(dòng)性能的特征值,是評(píng)價(jià)其工作性的關(guān)鍵。目前,國(guó)際上尚無統(tǒng)一的可泵性評(píng)價(jià)方法。
一些研究者應(yīng)用流變學(xué)原理,通過回轉(zhuǎn)粘度計(jì)等測(cè)試技術(shù),用屈服應(yīng)力和粘度系數(shù)表示它的性質(zhì),可從根本上揭示拌合物本質(zhì)特征,但測(cè)試?yán)щy,僅適用于試驗(yàn)室研究。國(guó)外曾用泵送壓力直接反映拌合物的可泵性,但該方法不宜用于常規(guī)實(shí)驗(yàn)。近幾年來,許多研究者應(yīng)用壓力泌水實(shí)驗(yàn),測(cè)量一定壓力下拌合物的泌水量來反映可泵性,取得了滿意效果[2 ] ?；炷恋膲毫γ谒畮缀跖c混凝土生產(chǎn)的所有環(huán)節(jié)有關(guān),如原材料的種類與質(zhì)量、配合比參數(shù)、施工振搗過程與施工環(huán)境等各個(gè)環(huán)節(jié)。摻合料作為泵送混凝土中的不可缺少的組分,它對(duì)混凝土可泵性的影響有必要進(jìn)行深入研究。
1 混凝土的可泵性
常規(guī)混凝土施工時(shí),混凝土工作性能的好壞可用和易性表示,而在泵送混凝土施工時(shí),混凝土的工作性能的好壞是用可泵性表示的?；炷恋目杀眯允侵富炷涟韬衔镌诒盟瓦^程中,不離析、粘塑性好、摩阻力小、不堵管、能順利沿管道輸送的性能。
1. 1 壓力泌水率
工程中一般采用壓力泌水儀,試驗(yàn)壓力泌水率,同時(shí)工地上還結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行控制,即以其10s 時(shí)的相對(duì)壓力泌水率S10的大小表示,一般情況下,當(dāng)S10 不超過40 %時(shí)即認(rèn)為此種混凝土拌合物是可以泵送的。相對(duì)壓力泌水率S10可用下式計(jì)算:
式中, S10為混凝土拌合物加壓至10s 時(shí)的相對(duì)泌水率( %) ,取三次試驗(yàn)結(jié)果的平均值,精確到1 %; V10 、V140 為混凝土拌合物加壓至10s 和140s 時(shí)的泌水量(ml) , V10 、V140 均取三次試驗(yàn)結(jié)果的平均值,精確到整數(shù)位。
壓力泌水試驗(yàn)是檢驗(yàn)混凝土拌合物可泵性好壞的有效方法。在泌水試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),對(duì)于任何坍落度的混凝土拌合物,開始10s 內(nèi)的出水速度很快,140s 后,泌出水的體積很小,因而V10、PV140可以代表混凝土拌合物的保水性能,也反映阻止拌合水在壓力作用下滲透流動(dòng)的內(nèi)阻力。S10的值越小,表明混凝土拌合物的可泵性愈好;反之,則表明可泵性不良。
1. 2 坍落度
泵送混凝土坍落度是指混凝土在施工現(xiàn)場(chǎng)入泵泵送前的坍落度。在選擇混凝土的坍落度時(shí),首先要滿足(JGJPT10- 95)《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定,其坍落度大小的選擇與泵送高度有關(guān)。另外,還應(yīng)該滿足泵送混凝土的流動(dòng)性要求,并考慮到泵送混凝土在運(yùn)輸過程中的坍落度損失。應(yīng)當(dāng)指出,因?yàn)榛炷帘玫墓ぷ鲏毫?一般是隨著混凝土坍落度減小而增大。而泵送混凝土的坍落度又隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而減小,坍落度減小的速度,初期較快,后期緩慢,氣溫高時(shí)較快,氣溫低時(shí)較慢。另外,影響混凝土坍落度損失的其它因素還有水泥品種、單位用水量及水灰比、骨料級(jí)配及含砂率、摻合料和外加劑等。為了能準(zhǔn)確達(dá)到入泵時(shí)規(guī)定的坍落度,必須考慮混凝土的坍落度損失。
2 摻合料對(duì)混凝土泵送性能影響試驗(yàn)研究
泵送混凝土需要拌合物具有高流動(dòng)性、高粘聚性、低泌水性,品種適宜的優(yōu)質(zhì)礦物摻合料可以與水泥顆料形成良好的級(jí)配,或者可以降低膠結(jié)料的需水量,從而改善拌合物的工作性。摻合料種類和摻量對(duì)混凝土的各種性能產(chǎn)生直接或間接的影響,通過摻量變化可以調(diào)節(jié)混凝土的壓力泌水率與坍落度、坍落度擴(kuò)展值、凝結(jié)時(shí)間、和易性等混凝土的早期工作性能。與此同時(shí)也影響到了混凝土的長(zhǎng)期性能。
本研究通過測(cè)試各配合比混凝土壓力泌水率值,結(jié)合混凝土的坍落度試驗(yàn)來綜合評(píng)價(jià)礦物摻合料對(duì)混凝土可泵性的影響,總結(jié)出其影響規(guī)律。
試驗(yàn)粗集料采用5～25mm 連續(xù)級(jí)配碎石,細(xì)集料為中砂, UNF - 5 型高效減水劑,摻合料為粉煤灰、礦粉,分別采用單摻與復(fù)摻(粉煤灰∶礦粉= 3∶7) 兩種方式,取代水泥的量為5 %、15 %、25 % ,摻合料性能見表1 ,混凝土配合比與試驗(yàn)結(jié)果分列于表2 及表3。
根據(jù)所獲得數(shù)據(jù)繪制粉煤灰摻量與壓力泌水率的關(guān)系示于圖1 ,粉煤灰摻量對(duì)混凝土坍落度影響示于圖2。
由圖1 可見,摻礦物摻和料混凝土的工作性能較基準(zhǔn)混凝土有明顯改善。隨著各摻合料取代水泥的量從0 %增大到25 % ,壓力泌水率均呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢(shì),尤其是復(fù)摻粉煤灰和礦粉后,混凝土粘聚性很好,壓力泌水率大幅度降低,且混凝土的工作性能良好,可供泵送使用。
壓力泌水總量V140 表示的是混凝土拌合物在壓力作用下的脫水情況,若脫水嚴(yán)重,易造成骨料聚結(jié),使管道堵塞不能泵送;但壓力泌水總量太小的混凝土拌合物不易在管壁形成潤(rùn)滑層,也會(huì)增大阻力而不利于泵送[3 ] 。試驗(yàn)結(jié)果表明,復(fù)摻水泥用量25 %的礦渣與粉煤灰的J 組混凝土拌合物壓力泌水率最小,在140s 后泌出的水量為4913ml ,其壓力泌水率比值S10為1510 % ,此時(shí)坍落度為217mm ,最適宜泵送。
在混凝土中同時(shí)摻用I 級(jí)粉煤灰和礦渣微粉,比單摻粉煤灰或單摻礦渣微粉具有更好的效果,因?yàn)樗鼈冎g不僅能優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),而且具有更好的綜合效應(yīng)。
摻加粉煤灰減少混凝土泌水可以從以下幾個(gè)方面理解:一是微集料效應(yīng),在膠凝材料中,水泥的粒徑最大,礦渣次之,粉煤灰最小,把活性礦物質(zhì)材料按適當(dāng)?shù)谋壤龔?fù)合作為膠凝材料,形成連續(xù)級(jí)配,使混凝土中固相堆積密實(shí)度提高,混凝土中的孔隙細(xì)化,泌水通道減小,通道距離增加,阻礙了水分泌出;礦渣和粉煤灰的顆粒均小于水泥顆粒,比表面積較水泥大很多,因此對(duì)水分的吸附作用加強(qiáng),因而可泌自由水減少。二是形態(tài)效應(yīng),通過電鏡分析,水泥、礦渣、粉煤灰的形貌特征各不相同,水泥粒子的表面粗糙,形狀不規(guī)則,礦渣粒子的形態(tài)與水泥類似,而粉煤灰是表面光滑的玻璃體。由于礦渣的表面不規(guī)則,摻入到混凝土中會(huì)減少流動(dòng)性,而粉煤灰的表面光滑,與礦渣的情況正相反,復(fù)合礦渣與粉煤灰摻入到混凝土中,則可以很好的改善混凝土的流動(dòng)性;三是礦渣和粉煤灰的密度較小,相對(duì)于水泥顆粒而言,不易產(chǎn)生漿體沉降離析,拌和物經(jīng)時(shí)均勻性較好,有利于減少泌水。當(dāng)然,摻合料對(duì)改善泌水的有利作用是在其品質(zhì)較好的前提下。如果品質(zhì)較差,需水量增大,會(huì)使混凝土中可泌水量增大,同時(shí),較差品質(zhì)的摻合料反應(yīng)活性遠(yuǎn)低于水泥,會(huì)使混凝土中的結(jié)合水量顯著減少,導(dǎo)致可泌水分增加[4 ] 。
從圖2 可以看出,混凝土的坍落度隨著摻合料摻量的增加而提高,在粉煤灰等量取代25 %水泥時(shí)提高仍在繼續(xù),達(dá)到223mm ,混凝土的狀態(tài)良好,粘聚性理想,混凝土的坍落擴(kuò)展度達(dá)到了640mm。
由此可知,混凝土中摻加一定量的摻合料,特別是Ⅰ級(jí)粉煤灰有利于混凝土的坍落度提高,可以增加混凝土的工作性。這主要是由于活性摻合料同水泥相比,一般具有較高的比表面積,所以具有比較好的飽水性,改善混凝土的泌水性和粘聚性。在膠凝材料水化的初期階段,摻合料粒子包裹在水泥顆粒的表面,切斷了水泥粒子之間的相互搭接, 延緩了水化產(chǎn)物之間的反應(yīng),因而在水灰比相同的情況下,增大了混凝土的坍落度。
3 結(jié)語(yǔ)
綜上分析,在混凝土中摻加I 級(jí)粉煤灰和礦渣微粉,可顯著改善混凝土的工作性能,且由于二者的綜合效應(yīng),復(fù)摻比單摻粉煤灰或單摻礦渣微粉具有更好的效果。通過加入一定量的摻合料可以增加混凝土的可泵性,而且隨著摻合料摻量的增加,可泵性能逐漸增加。
參考文獻(xiàn)
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