淺談用水量在泵送混凝土配合比設(shè)計中的作用
20世紀80年代初期,大體積混凝土澆筑主要采用三級配,混凝土的單位用水量一般在1 10~130kg。有些地區(qū)骨料級配好,混凝土單位用水量可達100kg以下,餛凝土的強度及耐久性均很好。隨著混凝土施工技術(shù)及外加劑應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展,泵送混凝土及高效減水劑在混凝土施工中普遍被采用,隨后商品混凝土也不斷被人們接受。 由于泵送混凝土有其特定的工作條件.因而必須使用二級配.石子粒徑不得太于4cm,坍落度宜控制在14cm以上。這樣,即使使用高教減水劑,混凝土的單位用水量也在不同程度上提高了,一般用到140~150kg/m3。采用普通減水劑,單位用水量最高可達180kg。泵送混凝土的抗凍性能明顯低于普通混凝土。1989年在懷柔水庫東溢洪道施工中.由于混凝土出機坍落度無法滿足泵送要求,為滿足施工要求,我們在保持水灰比不變的條件下,同時增加了水及水泥用量。但混凝土的凍融循環(huán)仍比原配臺比低50~100次。查閱所用規(guī)程、規(guī)范、規(guī)定中都沒有提及限制用水量的條文,所有配臺比設(shè)計均以水灰比為前提,抗?jié)B、抗凍性能的保證只給定了一個允許最大值水灰比。在采用最低用水量時,也只是提到對耐久性有益。
用水量對混凝土強度、耐久性到底有多大影響,是關(guān)系到如何進行泵送混凝土設(shè)計的一個重要問題。為此,我們針對這個問題安排了兩組系列試驗,希望通過試驗進一步了解用水量的作用,做好泵送混凝土配合比設(shè)計。
1 混凝土配合比的選用及結(jié)果
混凝土配合比的選用參照SD105-82《水工混凝土試驗規(guī)程》,按C18D150泵送混凝土進行設(shè)計,水灰比不大于0 .50;用水量取值范圍125~166kg/m3。
所用材料:礦渣硅酸鹽425#水泥,細骨料為中砂,粗骨料為0.5~4.0cm卵石。
(1)采用相同水灰比、相同砂率、相同外加劑,設(shè)定不同坍落度的方法,確定泵送的配臺比,測其強度及抗凍性,配合比及試驗結(jié)果見表1。
(2)正交設(shè)計混凝土配合比及試驗結(jié)果。為盡可能充分反映混凝土的各影響因素且筒化試驗,針對用水量、水灰比、振搗時間等諸因素,我們采用了正交設(shè)計法,利用對應(yīng)的九組抗壓強度、抗凍及氣泡間距結(jié)果進行極差分析。
2 結(jié)果分析
(1) 在外加劑、水灰比、砂率不變的情況下,餛凝土的強度取決于水灰比.盡管水泥與用水量相應(yīng)增加,坍落度不斷變大.但強度幾乎沒變化。這是由于水泥用量的增加,彌補了由于坍落度增大、用水量增加所引起的強度降低現(xiàn)象。另外外加劑自始至終沒有變化,它對強度的影響沒能反映出來。
(2) 混凝土的抗凍性主要取決于單位用水量。在諸多因素沒有變化的情況下,只有混凝土的抗凍性發(fā)生了明顯變化 我們可以直觀地看到用水量在其中起了決定作用。水灰比為0.50時,是抗凍150次的允許最大水灰比值。按普通混凝土設(shè)計,抗凍指標很容易達到。但當坍落度大于12cm時,情況卻發(fā)生了變化,1#配合比用水量143kg,水泥用量為286kg,抗凍可達250次.而03#配比用水量160kg(增17k異),水泥用量高達320kg(比01#增加34kg),抗凍卻未達到150次 水泥用量的增加不但沒有使其達到設(shè)計性能,反而降低了混凝土性能 因此在泵送混凝土配臺比設(shè)計中,應(yīng)在限定水灰比的同時、針對不同的抗凍要求,限定用水量,使其在滿足最低水泥用量時.發(fā)揮出最好效果。
(3)用水量在泵進混凝土中對抗壓強度、抗凍性能及氣泡間距的作用均大于水灰比。
正交設(shè)計試驗結(jié)果表明,用水量小,抗壓強度、抗凍性能及氣泡間距三個指標都占優(yōu)勢,而水灰比的影響卻不明顯.其原因有兩個:
①混凝土密實度高:混凝土密實度與混凝土孔隙有關(guān),硬化漿俸存在大量孔隙,而孔隙中又含有水分,孔隙包括較為粗大的毛細孔,遍布于水泥漿體中,水灰比越大,毛細孔越多,毛細孔中的水分是游離水;較微細的孔隙是凝膠孔,水化的純硅酸鹽水泥凝膠孔約占凝膠體積的28%,它是一個常數(shù)。凝膠孔中的水分是吸附水.而水泥水化產(chǎn)物中的化學結(jié)合水,則是固相的一部分。降低用水量,就是降低了毛孔中的游離水含量.這部分水不參加水化。用水量的降低,毛細孔則相應(yīng)減少,混凝土的密實度高,因此強度及耐久性好。這種情況在高強混凝土設(shè)計中,反映很明顯,即使不摻引氣劑,由于密實度高,混凝土的抗凍性及抗?jié)B性能均很好。
②可凍水含量少?;炷量箖鲂阅苁且曰炷两?jīng)受凍融循環(huán)多少來評定的,它的作用機理是,當混凝土受凍后,混凝土體內(nèi)孔隙中的水產(chǎn)生凍張力,致使體積膨脹、結(jié)構(gòu)破壞。當混凝土的抗凍性好,同時密實度高,強度也高。
3 結(jié)束語
對于泵送混凝土單位用水量的作用比水灰比更為重要,這一點已通過試驗得到驗證,這就要求我們在進行泵送混凝土設(shè)計中,同時兼顧用水量及水灰比兩個因素: 目前我們只是認識到了其重要性,如何更好地進行泵送混凝土設(shè)計,還要靠我們不斷探索。
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