高性能混凝土水膠比測(cè)試方法應(yīng)用研究

劉　曉（中鐵二十四局集團(tuán)安徽工程有限公司，安徽合肥230011）

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高性能混凝土水膠比測(cè)試方法應(yīng)用研究

劉曉（中鐵二十四局集團(tuán)安徽工程有限公司，安徽合肥230011）

高性能混凝土是提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的基本措施，而水膠比是影響混凝土耐久性的重要因素，混凝土的水膠比控制是高性能混凝土耐久性質(zhì)量控制的重要內(nèi)容之一。本文采用基于混凝土稠度與水膠比相關(guān)關(guān)系原理的FCT101新拌混凝土測(cè)試儀，研究其測(cè)試高性能混凝土水膠比的準(zhǔn)確性。結(jié)果分析表明FCT101新拌混凝土測(cè)試儀可進(jìn)行同等或類似條件下混凝土水膠比的測(cè)試，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)施工混凝土，可設(shè)定FCTM基準(zhǔn)值，每次測(cè)試的FCTM值與基準(zhǔn)值做比較，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土水膠比的大致判斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土的強(qiáng)度和耐久性的超前控制。

高性能混凝土；水膠比；新拌混凝土測(cè)試儀；超前控制

1　引言

在工程實(shí)際施工過程中，由于原材料性能波動(dòng)、計(jì)量偏差、天氣變化等因素的影響，混凝土澆筑前的水膠比易發(fā)生波動(dòng)，導(dǎo)致混凝土后期強(qiáng)度和耐久性的不可預(yù)知性。因此，施工過程中混凝土水膠比的監(jiān)測(cè)與控制非常關(guān)鍵。

新拌混凝土水膠比的測(cè)定在國(guó)內(nèi)外已有廣泛研究。現(xiàn)行測(cè)試新拌混凝土用水量的標(biāo)準(zhǔn)方法是BS1881：2：1970中所規(guī)定的試驗(yàn)方法，該方法的缺點(diǎn)是沒有考慮新拌混凝土由于水化反應(yīng)對(duì)水膠比造成的影響。Nischer提出的測(cè)定方法是將新拌混凝土與占其質(zhì)量10%的酒精混合后燃燒，反復(fù)進(jìn)行，以該過程中的質(zhì)量損失作為混凝土的含水量。另外，采用估算熱中子的散射度也可以測(cè)定新拌混凝土含水量，其方法是在拌合物中放置一個(gè)輻射源，由于氫是影響熱中子散射和減速的主要成分，且氫幾乎只與水結(jié)合，因此通過核子測(cè)定可以確定混凝土中的含水量值［1］。日本和歐美在20世紀(jì)70年代末至80年代初先后研制出快速測(cè)定新拌混凝土水膠比、分析混凝土組成的測(cè)試設(shè)備，并經(jīng)過不斷改進(jìn)，已經(jīng)形成了成熟技術(shù)。近些年，我國(guó)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)測(cè)試設(shè)備，結(jié)合已有研究成果，形成了一整套新拌混凝土質(zhì)量控制技術(shù)。如武漢理工大學(xué)水中和等人將FCT等設(shè)備用于工程現(xiàn)場(chǎng)混凝土成分測(cè)定，通過建立混凝土強(qiáng)度與水膠比之間的關(guān)系，提出了混凝土超前質(zhì)量控制技術(shù)［2］。

水膠比的變化在影響高性能混凝土強(qiáng)度的同時(shí)，對(duì)混凝土的耐久性參數(shù)諸如混凝土電通量、抗?jié)B性等也會(huì)產(chǎn)生較大影響。本文研究了基于混凝土稠度與水膠比相關(guān)關(guān)系原理的新拌混凝土測(cè)試儀測(cè)試高性能混凝土水膠比的適應(yīng)性，提出可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工混凝土水膠比進(jìn)行超前控制的方法。

2　原材料及試驗(yàn)方法

2.1混凝土原材料及配合比

水泥：P.O.42.5水泥，比表面積300～350m2/kg；粉煤灰：F類Ⅱ級(jí)粉煤灰，需水量比小于100%；粒化高爐礦渣粉：S95級(jí)磨細(xì)?；郀t礦渣粉，比表面積400～450m2/kg；細(xì)骨料：Ⅱ區(qū)中砂，含泥量小于2.0%；粗骨料：5～20mm碎石，含泥量小于0.5%，泥塊含量為 0.0%；外加劑：聚羧酸高性能緩凝型減水劑，摻量1.0%，減水率大于25.0%。

混凝土試驗(yàn)配合比如表1所示。以編號(hào)為P03的配合比為基準(zhǔn)配合比，其余配合比在其基礎(chǔ)上保持其他組分不變，只調(diào)整混凝土的用水量。

表1　試驗(yàn)混凝土配合比（kg/m3）

2.2試驗(yàn)方法

FCT101新拌混凝土測(cè)試儀（圖1）原理：混凝土的稠度與混凝土的水膠比、強(qiáng)度存在對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過測(cè)定探頭在混凝土中的旋轉(zhuǎn)阻力來表示混凝土的稠度值（FCTM），查找儀器的標(biāo)定存儲(chǔ)的各種稠度值對(duì)應(yīng)的水膠比、強(qiáng)度、坍落度等。

圖1　FCT101新拌混凝土測(cè)試儀

采用FCT101新拌混凝土測(cè)試儀測(cè)試新拌混凝土水膠比；并通過不同時(shí)間現(xiàn)場(chǎng)施工的同一混凝土的測(cè)試結(jié)果，同時(shí)成型電通量試件測(cè)試不同混凝土耐久性，進(jìn)一步驗(yàn)證FCT101新拌混凝土測(cè)試儀測(cè)試新拌混凝土水膠比的準(zhǔn)確性。

2.3試驗(yàn)結(jié)果及分析

按表1的混凝土配合比進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，混凝土拌合均勻后，采用FCT101新拌混凝土測(cè)試儀測(cè)試新拌混凝土水膠比，測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2　水膠比測(cè)試結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明，混凝土的流動(dòng)性隨水膠比的降低而降低。水膠比為0.33時(shí)FCT101新拌混凝土測(cè)試儀的旋轉(zhuǎn)葉片阻力已超過儀器的量程；而水膠比達(dá)到0.39，混凝土離析泌水后抓底，儀器已無法測(cè)試。從表2中可以看出，在測(cè)試的范圍內(nèi)，對(duì)不同水膠比的混凝土，測(cè)試儀葉片在混凝土中的旋轉(zhuǎn)阻力FCTM值與混凝土的流動(dòng)性有著明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將預(yù)測(cè)值與實(shí)際值進(jìn)行偏差分析，結(jié)果表明采用FCT101新拌混凝土測(cè)試儀預(yù)測(cè)水膠比與實(shí)際水膠比的偏差小于10%，初步認(rèn)為可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工的混凝土水膠比進(jìn)行測(cè)試。

初步分析認(rèn)為通過FCTM值在儀器中查找存儲(chǔ)的各種稠度值對(duì)應(yīng)的水膠比有一定的偶然性，即便是采用了繪制的自身水膠比與稠度的關(guān)系特征曲線仍然難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，而儀器葉片在混凝土中的旋轉(zhuǎn)阻力（FCTM）可否作為直接指標(biāo)反映混凝土的水膠比還存疑問，為此通過不同時(shí)間現(xiàn)場(chǎng)施工混凝土的測(cè)試結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證。

3　現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)混凝土施工時(shí)，利用FCT101新拌混凝土測(cè)試儀對(duì)13盤出機(jī)混凝土的FCTM進(jìn)行了測(cè)試，并將每次測(cè)試的混凝土成型電通量試塊測(cè)試其56d電通量，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示?，F(xiàn)場(chǎng)施工混凝土FCTM值如圖2所示。

圖2表明：①現(xiàn)場(chǎng)施工混凝土FCTM值在298～600之間，最大值比表2中基準(zhǔn)配合比的1078低428，如按表2可推測(cè)現(xiàn)場(chǎng)混凝土水膠比比實(shí)際要大得多；②56d混凝土電通量與FCTM值的呈近似相反規(guī)律，即FCTM值越大，56d電通量越小。對(duì)比表2中水膠比為0.37的配合比測(cè)得的FCTM值為749，如按照FCT101儀器本身的校定施工混凝土的水膠比大致為0.39，但實(shí)際測(cè)試混凝土狀態(tài)較好，這與表2室內(nèi)試驗(yàn)0.39水膠比離析泌水現(xiàn)象矛盾。為什么室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)到的數(shù)據(jù)相差如此之大呢？

圖2　施工混凝土FCTM值測(cè)試結(jié)果

分析認(rèn)為試驗(yàn)混凝土配合比水膠比為0.35，且摻有20%左右的礦粉，在此低水膠比下，室內(nèi)攪拌的混凝土漿體會(huì)顯得較粘、難鏟。繼續(xù)減小用水量，混凝土越來越粘，因而室內(nèi)試驗(yàn)出現(xiàn)水膠比為0.33時(shí)FCT101新拌混凝土測(cè)試儀的旋轉(zhuǎn)葉片阻力已超過儀器的量程的現(xiàn)象。現(xiàn)場(chǎng)混凝土攪拌采用大方量雙軸強(qiáng)制性攪拌機(jī)，其攪拌效果大大優(yōu)于室內(nèi)單軸式強(qiáng)制性攪拌機(jī)，混凝土減水劑的效用得到更大的發(fā)揮，另外現(xiàn)場(chǎng)攪拌時(shí)會(huì)從空氣引進(jìn)較多的氣泡，使得混凝土含氣量增大，混凝土的和易性得到改善。因而現(xiàn)場(chǎng)攪拌的混凝土測(cè)得的FCTM值要比室內(nèi)試驗(yàn)FCTM值大得多。

如上所述，F(xiàn)CT101新拌混凝土測(cè)試儀可進(jìn)行同等或類似條件下混凝土水膠比的測(cè)試，儀器測(cè)試的FCTM值結(jié)果基本可以反映混凝土的狀態(tài)。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)施工混凝土，筆者建議首先可對(duì)采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)含水率換算的施工配合比的混凝土FCTM值進(jìn)行測(cè)試，以此作為基準(zhǔn)值，如以后施工測(cè)得的混凝土FCTM值大于此基準(zhǔn)值，表明混凝土水膠比低于理論水膠比；反之如FCTM值小于此基準(zhǔn)值，表明混凝土水膠比高于理論水膠比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土水膠比的大致判斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土強(qiáng)度和耐久性的超前控制。

4　結(jié)論

（1）FCT101新拌混凝土測(cè)試儀可進(jìn)行同等或類似條件下混凝土水膠比的測(cè)試，儀器測(cè)試的FCTM值結(jié)果基本可以反映混凝土的狀態(tài)。

（2）56d混凝土電通量與FCTM值的呈近似相反規(guī)律，即FCTM值越大，56d電通量越小。

（3）對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)施工混凝土，建議首先可對(duì)采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)含水率換算的施工配合比的混凝土FCTM值進(jìn)行測(cè)試，以此作為基準(zhǔn)值，如以后施工測(cè)得的混凝土FCTM值大于此基準(zhǔn)值，表明混凝土水膠比低于理論水膠比；反之如FCTM值小于此基準(zhǔn)值，表明混凝土水膠比高于理論水膠比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土水膠比的大致判斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土強(qiáng)度和耐久性的超前控制，對(duì)混凝土拌的生產(chǎn)和施工控制具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

［1］劉 松.混凝土工程事前反饋質(zhì)量控制技術(shù)研究［D］.武漢理工大學(xué)，2007.

［2］周紫晨，水中和，袁新順，付志恒.新拌混凝土成分快速測(cè)定新技術(shù)原理及應(yīng)用［J］.混凝土，2008（12）.

［3］李亞靜，蘇忠純.水膠比快速檢測(cè)技術(shù)［J］.中國(guó)港灣建設(shè)，2011（5）.

2016-3-8

TU755

A

2095-2066（2016）10-0181-02