自密實(shí)混凝土的試驗(yàn)研究

摘　要:自密實(shí)混凝土作為一種高性能混凝土,其新拌混凝土能夠在自重下無(wú)須振搗而自行填充模板的空間,形成均勻密實(shí)的混凝土結(jié)構(gòu),因而較適合于澆筑量大、澆筑深度或澆筑高度大、鋼筋密集、有特殊形狀等混凝土工程。

關(guān)鍵詞:自密實(shí)混凝土;原材料;配合比;混凝土性能

中圖分類號(hào):TU502 + 14 　　　　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 　　　　　文章編號(hào):1009 - 5438(2007) 01 - 0030 - 03

　　自密實(shí)混凝土就是能夠在混凝土自重作用下,均勻密實(shí)的填充至模板空間,而不需任何振搗的混凝土。其優(yōu)點(diǎn)是:避免在混凝土施工中因人為因素對(duì)混凝土質(zhì)量的影響;降低勞動(dòng)強(qiáng)度,節(jié)省勞力及振搗機(jī)具的能耗;降低施工噪音,減少環(huán)境污染,可緩解施工擾民的矛盾;簡(jiǎn)化工序、縮短工期、提高效率;可大量利用粉煤灰等工業(yè)廢料,有利于環(huán)境的保護(hù)和降低成本[1 ] 。

1 　自密實(shí)混凝土的研制

1. 1 　制備原理

　　自密實(shí)混凝土具有高工作性、抗離析性、間隙通過(guò)性和填充性。自密實(shí)混凝土的原理是通過(guò)外加劑、膠凝材料和粗骨料的選擇、搭配和配合比設(shè)計(jì)使其具有足夠的塑性粘度,不出現(xiàn)離析和泌水問(wèn)題,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)。利用高效減水劑對(duì)水泥顆粒產(chǎn)生強(qiáng)烈的分散作用,有效控制混凝土的用水量,保證力學(xué)與耐久性的要求。自密實(shí)混凝土還應(yīng)具有較好的抗離析性。試驗(yàn)表明,砂率適宜,粗骨料周圍包裹足夠的砂漿,不易在間隙處聚集而影響填充和密實(shí)效果,提高了拌合物通過(guò)間隙的能力。

1. 2 　設(shè)計(jì)指標(biāo)

　　為了滿足自密實(shí)混凝土的高工作性、抗離析性、間隙通過(guò)性和填充性要求。其具體設(shè)計(jì)指標(biāo)如下:

　　(1) 坍落度:240～270 mm;

　　(2) 擴(kuò)展度:大于600 mm;

　　(3) 密實(shí)度:在無(wú)振搗條件下,能均勻密實(shí)的填充至模板空間;混凝土硬化后無(wú)蜂窩、孔洞;

　　(4) 抗壓強(qiáng)度:混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。

2 　原材料選擇

2. 1 　水泥

　　基于目前我國(guó)原材料狀況,水泥的選擇主要是參考與外加劑的相容性、標(biāo)準(zhǔn)稠度、用水量和強(qiáng)度之間的問(wèn)題,水泥與外加劑是否相適應(yīng),決定著能否配制出某個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的自密實(shí)混凝土,因此應(yīng)選用穩(wěn)定性好的水泥。通過(guò)對(duì)包頭地區(qū)常用的包鋼祁連山P. O42. 5 級(jí)水泥、蒙西P. O42. 5 級(jí)、西卓子山P.O42. 5級(jí)水泥、大同P. O42. 5 級(jí)水泥進(jìn)行試驗(yàn),其結(jié)果見(jiàn)表1。

　　從試驗(yàn)結(jié)果可以看出, 采用包鋼祁連山P.O42. 5級(jí)水泥及大同P. O42. 5 級(jí)水泥配制的混凝土和易性好、無(wú)泌水現(xiàn)象,坍落度大,擴(kuò)展度大,適用于自密實(shí)混凝土的配制。

2. 2 　摻合料

　　摻合料是自密實(shí)混凝土不可缺少的組成部分之一,一般常用的有粉煤灰礦粉等。利用它們的物理效應(yīng)、填充效應(yīng)和火山灰效應(yīng),不但能提高新拌混凝土的工作性,而且能增強(qiáng)硬化后混凝土的耐久性。粉煤灰為內(nèi)蒙達(dá)拉特電廠產(chǎn)Ⅱ粉煤灰,其主要技術(shù)指標(biāo)為:細(xì)度16 % ,燒失量1 % ,三氧化硫量0. 8 %,需水量比61 %。磨細(xì)礦渣粉為水泥廠加工,廠家標(biāo)識(shí)S95 級(jí), 實(shí)際比表面積4 500 cm2/ g , 流動(dòng)度比105 % ,流行性指數(shù)110 %。

2. 3 　細(xì)骨料

　　細(xì)骨料在混凝土中存在雙重效應(yīng),一是圓形顆粒的滾動(dòng)減水效應(yīng);二是比表面積吸水率高的需水效應(yīng)。這兩種相應(yīng)矛盾的效應(yīng),決定了必須根據(jù)水泥、摻合料、外加劑等情況綜合考慮。砂的含泥量和雜質(zhì),會(huì)使水泥漿與骨料的粘結(jié)力下降,需要增加用水量和增加水泥用量,所以砂必須符合規(guī)范技術(shù)要求[1 ] 。

　　細(xì)骨料選用包頭昆河產(chǎn)中砂。其主要技術(shù)指標(biāo)為:細(xì)度模數(shù)2. 9 ,含泥量2. 1 % ,泥塊含量0. 6 %。

2. 4 　粗骨料

　　粗骨料是混凝土中骨料的主要組成,在混凝土的組織結(jié)構(gòu)中起著骨架作用,其粒徑大小對(duì)混凝土的密實(shí)度有較大的影響;由于自密實(shí)混凝土常常用于鋼筋稠密或薄壁的結(jié)構(gòu)中,因此粗骨料盡可能選用不含或少含針片狀顆粒的骨料[2 ] 。

　　粗骨料選用包頭水泉溝產(chǎn)碎石,公稱粒徑分別為5～15 mm、5～20 mm、5～25 mm、5～31. 5 mm。其主要技術(shù)指標(biāo)為:含泥量0. 6 % ,泥塊含量0. 1 % ,壓碎指標(biāo)13 % ,針片狀含量。分別對(duì)以上4 種級(jí)配石子進(jìn)行混凝土和易性及密實(shí)度試驗(yàn),其結(jié)果見(jiàn)表2。

　　從試驗(yàn)結(jié)果可以看出,采用5～20 mm 石子配制出的混凝土和易性及密實(shí)度最好。

2. 5 　外加劑

　　自密實(shí)混凝土應(yīng)具備高流動(dòng)性、抗離析性、間隙通過(guò)性和填充性,這4 個(gè)方面都需要以外加劑的手段來(lái)實(shí)現(xiàn),因此對(duì)外加劑的主要要求為: ①與水泥的相容性好; ②減水率大; ③緩凝、保塑。我們分別對(duì)包鋼新興化工廠產(chǎn)FD Ⅱ氨基磺酸鹽高效減水劑,北京方興外加劑廠產(chǎn)JF - 9 泵送劑,北京鑫宏光建材廠產(chǎn)WDN - 2 緩凝高效減水劑進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

　　從表3 可以看出,配制自密實(shí)混凝土,外加劑的減水率要適中,并非越大越好,減水率過(guò)高會(huì)引起混凝土對(duì)用水量過(guò)于敏感,混凝土坍落度不易控制,并造成離析。北京鑫宏光建材廠產(chǎn)的WDN - 2 緩凝高效減水劑,各項(xiàng)性能均能滿足自密實(shí)混凝土的配制要求。

2. 6 　膨脹劑

　　在混凝土中摻入適量的膨脹劑,可提高混凝土的自密實(shí)性及防止混凝土硬化后產(chǎn)生收縮裂縫。膨脹劑選用了北京新中洲產(chǎn)HEA - 1 型膨脹劑,其主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表4。

3 　配合比設(shè)計(jì)

　　技術(shù)路徑是既要考慮施工時(shí)(新拌狀態(tài)下) 高流動(dòng)性,同時(shí)又要照顧到混凝土硬化后的耐久性即密實(shí)性。自密實(shí)混凝土在配合比設(shè)計(jì)上用粉體取代了相當(dāng)數(shù)量的石子,通過(guò)高效減水劑的分散和塑化作用,使?jié){體具有優(yōu)良的流動(dòng)性和粘聚性,能夠有效的包裹輸運(yùn)石子,從而達(dá)到自流動(dòng)和自密實(shí)的效果。

3. 1 　膠結(jié)材料的用量

　　膠結(jié)材料的用量是指水泥、礦物摻合料和膨脹劑的總量。不同的膠結(jié)材料的用量對(duì)混凝土的自密性、和易性有較大的影響。通過(guò)對(duì)6 種不同用量膠結(jié)材料的試驗(yàn),其混凝土拌合物的性能見(jiàn)表5。

　　從表5 可以看出,當(dāng)膠結(jié)材料的用量為450～550 kg/ m3 時(shí),表面有孔洞,當(dāng)膠結(jié)材料為600 kg/ m3時(shí),混凝土的表面密實(shí),無(wú)孔洞,各項(xiàng)性能最佳。

3. 2 　砂率的確定

　　最佳砂率對(duì)滿足自密實(shí)混凝土的密實(shí)度非常重要,根據(jù)多次試驗(yàn)其結(jié)果見(jiàn)表6。

　　從表6 可以看出,不同砂率對(duì)混凝土強(qiáng)度影響較小,但對(duì)密實(shí)度及和易性影響較大。當(dāng)采用50 %的砂率時(shí),混凝土的和易性及密實(shí)度最好,可作為自密實(shí)混凝土的最佳砂率。

3. 3 　配合比的試驗(yàn)結(jié)果

　　經(jīng)過(guò)對(duì)原材料的選擇及膠結(jié)材料、砂率的確定,我們采用同等級(jí)C30 泵送混凝土與自密實(shí)混凝土進(jìn)行強(qiáng)度、坍落度、擴(kuò)展度、密實(shí)度的對(duì)比試驗(yàn)。其中1 # 為泵送混凝土,2 # 、3 # 、4 # 為自密實(shí)混凝土,分別為單摻粉煤灰及礦粉與雙摻粉煤灰與礦粉的混凝土進(jìn)行比較,其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

　　從表7 可以看出,各組配比都能滿足強(qiáng)度要求,但雙摻的自密實(shí)混凝土強(qiáng)度要高于其它3 組配比。坍落度、擴(kuò)展度、和易性與泵送混凝土相比,自密實(shí)混凝土具有良好的材料勻質(zhì)性和穩(wěn)定性,在流動(dòng)狀態(tài)下不泌水、不起泡、無(wú)粗骨料離析現(xiàn)象。自密實(shí)混凝土不論單摻還是雙摻拌,其拌合物都具有良好的流動(dòng)性,即在自重作用下能夠?qū)崿F(xiàn)自密實(shí);硬化后體積穩(wěn)定性好,無(wú)蜂窩、孔洞[2] 。

4 　結(jié)束語(yǔ)

　　與常規(guī)混凝土相比,自密實(shí)混凝土具有自流平、密實(shí)度高、縮短工期、減少人力投入等優(yōu)點(diǎn)。由于自密實(shí)混凝土不需要振搗,因此可以降低由振搗導(dǎo)致的混凝土離析等問(wèn)題。在自密實(shí)混凝土中,膠結(jié)材料含量過(guò)低不利于新拌混凝土的工作性,考慮到對(duì)混凝土強(qiáng)度和耐久性的影響, 將膠結(jié)材料定為600 kg/ m3較為合適。在混凝土中摻入粉煤灰和膨脹劑,可改善混凝土拌合物的工作度,提高混凝土的密實(shí)度。由于自密實(shí)混凝土每立方米可利用粉煤灰等工業(yè)廢料270 kg ,不但有利于環(huán)境的保護(hù),同時(shí)還能替代水泥60 kg ,從而降低了工程造價(jià)。

參　考　文　獻(xiàn)

[1 ] 馮浩, 朱清江1 混凝土外加劑工程應(yīng)用手冊(cè)[M] . 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,19991

[2 ]陳建奎1 混凝土外加劑原理與應(yīng)用[M] . 北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2004.