普通自密實混凝土工作性能試驗分析

摘要: 簡要介紹了普通自密實混凝土的工作原理和工作性能, 通過試驗, 分析了砂率、減水劑及增稠劑對新拌混凝土流動性和填充性的影響, 找出了滿足普通自密實混凝土工作性能的最佳配比。

關鍵詞: 自密實混凝土工作性能配合比

1 自密實混凝土概述

　　免振搗自密實混凝土是高性能混凝土范疇中的一種, 在追求高強度、高耐久性的同時, 重點實現(xiàn)高施工性能。通過對骨料、外加劑、膠凝材料和細摻料等組分的合理選擇與配合比優(yōu)化, 合理地解決流動性與抗分離性之間的矛盾, 提高拌和物的間隙通過能力和填充能力。在骨料自重作用下混凝土能自行密實, 并能填充到復雜形體和密筋結構的各個部位,混凝土硬化后具有良好的力學性能和耐久性能。

　　自密實混凝土首先應具有較高的工作性能, 具體表現(xiàn)為高流動性、高抗分離性、高間隙通過能力和高填充性。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部產(chǎn)生的剪應力τ大于或等于阻止塑性變形能力τ0時, 混凝土開始流動; η是混凝土拌和物內部阻止其流動的一種性能, 稱做塑性粘度, η越小, 在相同外力作用下流動速度越快。與普通混凝土采用機械振搗時因觸變作用令τ0大幅度減小, 使振動影響區(qū)內的混凝土呈液化而流動并密實成型的道理相似; 制備免振搗自密實混凝土的原理是通過骨料、外加劑、膠凝材料和細摻料的優(yōu)選和配合比的優(yōu)化設計, 使τ0減小到適宜范圍, 同時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的空間, 形成密實且均勻的結構。

　　采用高效減水劑可對水泥顆粒產(chǎn)生強烈的分散作用, 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, 拆散其絮凝結構, 釋放它們約束的水, 水泥顆粒間相互滑動能力增大, 使混凝土開始流動的屈服剪應力降低, 獲得高流動性能, 同時能有效控制混凝土用水量, 保證力學與耐久性要求。

　　自密實混凝土應具有較好的抗分離性。試驗表明, 離析的混凝土在通過間隙時, 粗骨料會產(chǎn)生聚集而阻塞間隙, 難以填充模板和保持拌和物均質?；炷岭x析的主要原因是η和τ0過小, 混凝土抵抗粗骨料與水泥沙漿相對移動的能力弱。由此可知, 屈服剪應力τ0 和塑性粘度η既是混凝土開始流動的前提, 又是不離析的條件。

2 配比試驗

2.1 儀器與原材料

①儀器

　　主要儀器設備有: 100mm×100mm×100mm 試模; 水泥混凝土攪拌機; SYE- 2000 型全自動水泥強度試驗機( 最大負荷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), 水泥的化學成分見表1。

表1 水泥的化學成分(%)

　　2) 外加劑: PC 減水劑、增稠劑、引氣劑;

　　3) 砂: 粗砂粒徑≤2.5mm,細砂粒徑≤0.5mm, 細度模數(shù)2.3~3.0;

　　4) 石子: 粒徑5~15mm;

　　5) 水: 自來水

2.2 配比方案

　　自密實混凝土的配制過程中, 流動性、抗離析性能、填充性三因素起關鍵作用。配比中, 水泥、減水劑、增稠劑的用量和砂率決定這三項性能的優(yōu)劣。所以設計以下試驗方案來找出滿足普通自密實混凝土工作性能的最佳配比。

　　水泥用量和砂率的試驗方案( 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。試驗配比見表2。

　　增稠劑用量對混凝土的流動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

　　試驗室溫度為17~25℃, 相對濕度大于50%, 水泥試樣、標準砂、拌和水等的溫度應與室溫相同; 養(yǎng)護室溫度20±3℃, 相對濕度大于90%; 養(yǎng)護水溫度20±3℃。

2.3.2 試塊成型與養(yǎng)護

　　1) 成型前將試模擦凈, 緊密裝配, 內壁均勻涂一薄層機油。

　　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內, 加入水和液態(tài)外加劑, 拌均勻后裝入試模, 裝模時不必振動, 讓混凝土自然、均勻流入模內, 用刮刀刮平, 編號, 放入養(yǎng)護箱養(yǎng)護24±2小時, 脫模。

　　3) 脫模后的試塊放入20℃水中養(yǎng)護14 天。

3 結果分析

3.1 砂率對新拌混凝土流動性和填充性的影響

由試驗結果可以看出:

　　(1) 從目測的混凝土形狀看, 三個水泥用量中, 砂率小于0.4 時混凝土發(fā)生離析, 砂率0.45 時效果最好。

　　(2) 從流動性( 即坍落度, 坍落擴展度, 擴展速度) 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。從經(jīng)濟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 時為最佳, 但流空時間要求在7~15s 之間, 所以選擇水泥的用量為540kg/m3、砂率0.45, 混凝土的流動性和填充性能都可滿足要求。

3.2 減水劑對新拌混凝土流動性和填充性的影響不同減水劑用量的試驗結果見圖3。

　　由圖3 可以看出, 大量減水劑的用量達到0.6%時, 工作性能有改善, 并且接近最佳值, 在0.6%~1%范圍內, 當用量為1%時不太經(jīng)濟。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混凝土的要求。

3.3 增稠劑對新拌混凝土流動性和填充性的影響

　　為了保證自密實混凝土的流動性, 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, 混凝土的流動性必然會受到影響, 需通過試驗確定它的用量。

　　兩種增稠劑最佳參量, 試驗結果見表8, 性能對比圖見圖4。

表8 增稠劑用量對混凝土的流動性和填充性能的影響

　　由試驗可以看出, 增稠劑1 的效果明顯比2 的要好, 當增稠劑1 用量為0.81%時, 新拌混凝土無離析產(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混凝土的要求。

3.4 普通自密實混凝土的最佳配比

　　通過上述試驗, 確定滿足普通自密實混凝土工作性能的最佳配比如下:

參考文獻

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