凈漿流動度及集料級配對自密實混凝土性能影響

陳亞鵬

摘要：試驗采用P.O42.5水泥、礦粉、粉煤灰等為主要原材料，通過調(diào)整減水劑摻量來改變凈漿的流動度，進(jìn)而研究不同的凈漿流動度與自密實砼工作性能之間的關(guān)連性;通過自密實砼的離析指數(shù)的方法來評價它的工作性能;同時還研究了不同的集料尺寸級配在不同的凈漿流動度中對自密實砼拌合物工作性能和硬化性能的影響。結(jié)果表明：自密實砼的凈漿離析指數(shù)隨流動度增大而增大，當(dāng)凈漿流動度為260mm時，測得摻0.3%高效減水劑的凈漿離析指數(shù)為5.9%，比基準(zhǔn)組對比下降了25%。集料尺寸級配對自密實砼的流動性影響較大，呈一定的線性關(guān)系。當(dāng)測得凈漿流動度等于260mm時，10-20mm集料與5-10mm集料各占50%時，混凝土的擴(kuò)展度達(dá)到650mm，坍落度270mm， T500流動時間6.01s，自密實砼的工作性能達(dá)到最佳，28d抗壓強度達(dá)到頂峰60.2MPa。

關(guān)鍵詞：自密實混凝土 ?凈漿流動度 ??骨料尺寸級配 ??離析指數(shù)

引言

自密實砼是一種擁有高流動性、均勻性、抗離析性和穩(wěn)定性的建筑材料。澆筑時憑借自身的重力而流動，不采取振搗措施就能達(dá)到密實，在今后很有發(fā)展趨勢[1] 。

較普通砼，自密實砼綜合效益比較高，可以免振搗，依靠其自身的重重力填充空隙、并成型，這降低了施工噪音，改善了施工環(huán)境和周邊居民的居住壞境[2]。解決了難以澆筑甚至無法澆筑的部位，例如鋼筋過于密集，施工空間小，暗道、斷面等情況，提高了施工速度，縮短工程工期。從而使自密實混凝土得到了大量的推廣應(yīng)用[3]。

自密實的工作性比較難控制，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)明確的基本要點有[6][7]：

第一：滿足工作度要求。

第二，滿足強度要求。

試驗通過研究不同高效減水劑摻量調(diào)節(jié)漿體流動度對自密實砼離析指數(shù)的影響、并研究粗細(xì)集料顆粒的級配對自密實砼性能影響。

1試驗原材料及試件制備

1.1原材料

1.1.1水泥

試驗所用水泥為42.5R級普通波特蘭水泥，生產(chǎn)廠家為永登祁連山水泥有限公司。表1.1為水泥物理指標(biāo)。

1.1.2粉煤灰

粉煤灰采用微珠級粉煤灰，由科之杰新材料集團(tuán)有限公司提供。粉煤灰性能指標(biāo)見表1.2。

1.1.3礦粉

礦粉是由?；郀t礦渣經(jīng)過振動磨粉磨一小時所得，其性能見下表1.3

1.1.6細(xì)集料

細(xì)集料采用河砂，細(xì)度等級為Ⅱ類中砂，細(xì)度模數(shù)為2.8。

1.1.7粗集料

試驗所用粗集料為碎石集料，粒徑為10-20mm和5-10mm。

1.1.8減水劑

減水劑為高性能聚羧酸減水劑。

1.2試件制備

1.2.1凈漿的制備

首先按配合比稱取水泥、粉煤灰、礦粉等并混合均勻，加入拌合用水充分?jǐn)嚢瑁贁嚢?0s，快速攪拌10s），然后加入減水劑攪拌10s，最后將料漿倒入試摸，并進(jìn)行離析指數(shù)性能的測試。配合比見表1.4。

1.2.2自密實混凝土的制備

第一步，按配合比要求稱取粉煤灰、水泥、礦粉等并混合均勻，第二步，加入稱量好的粗細(xì)集料、水和減水劑進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁〝嚢?0s），參照《自密實混凝土設(shè)計與施工指南》CCES 02-2004和《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》CECS 203：2006等標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行工作性能測試、最后將拌合物注模成型。放置1天后拆模并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，溫濕度分別控制為20±2℃和RH≥95%。配合比見表1.5。

2性能測試

2.1.1抗壓強度性能測試

試件的抗壓強度根據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50081-2016進(jìn)行測定。

2.1.1工作性能測試

自密實砼拌合物的工作性能參照《自密實混凝土設(shè)計與施工指南》CCES 02-2004和CECS 《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》203：2006等標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

2.1.2離析指數(shù)性能測試

借鑒ASTMC 1610/C1610Ma-2006標(biāo)準(zhǔn)中測定自密實砼離析的試驗裝置和標(biāo)準(zhǔn)方法。測試裝置如圖1所示。測試時，將自密實砼漿體一次性裝入該測試裝置中，抹平上表面，并開啟振動臺振2 min后關(guān)閉，最后將PVC管內(nèi)的上下層混凝土分別取出并稱重，其結(jié)果記作Mt和Mb。按下式計算離析指數(shù)I。見圖2.1。

3試驗結(jié)果與討論

3.1 不同摻量的減水劑對自密實砼漿體性能影響

試驗所用的水膠比為0.3，同時設(shè)計摻量分別為0%、0.2%、0.3%、0.4%和0.5%的聚羧酸高效減水劑，來研究凈漿流動度對自密實砼離析性能。見圖3.1。

看圖中所知，自密實砼凈漿離析指數(shù)隨著凈漿流動度增大而增大。當(dāng)凈漿流動度一定時，其離析指數(shù)隨著減水劑摻量的增大呈先降低后增大的趨勢。當(dāng)聚羧酸減水劑從0增大到0.3%時，離析指數(shù)下降，當(dāng)從0.3%到0.5%時，離析指數(shù)增大。當(dāng)凈漿流動度為260mm時，摻0.3%減水劑的凈漿離析指數(shù)為5.9%，與基準(zhǔn)組相對比下降了25%。其最佳摻量為0.3%。

3.2 集料尺寸及級配對自密實砼性能的影響

通過試驗，將大石子10-20 mm、小石子5-10 mm的摻入比例分別為7：3、6：4、5：5、4：6時，凈漿流動度分別為240、250、260、270。調(diào)整級配方法符合 《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標(biāo)準(zhǔn)》JGJ 52-2006的要求。 按照前述配合比配制自密實混凝土，并測定工作性能測和抗壓強度。不同骨料尺寸級配的混凝土擴(kuò)展度圖3.2 。

由圖可見，隨著凈漿流動度的增大，砼擴(kuò)展度呈增大趨勢，但增大超過一定的范圍出現(xiàn)離析泌水現(xiàn)象。隨著10-20 mm集料與5-10 mm集料的比例減小，自密實砼擴(kuò)展度先增大后減小。當(dāng)10-20 mm集料：5-10 mm集料比例由7：3減小到5：5時，擴(kuò)展度增大，工作性能得到優(yōu)化，但比例為4：6時，擴(kuò)展度反而下降。其主要原因是較大顆粒和細(xì)小顆粒含量達(dá)到一定較優(yōu)比例后，細(xì)小顆粒會干擾較大顆粒之間的距離，使集料顆粒之間的穩(wěn)定性降低，擴(kuò)展度增大，但粒徑越大 ， 顆粒在混凝土拌合中下沉速度越快 ， 造成混凝土內(nèi)顆粒分布不均勻 ， 粒徑太小 ， 使得石子的比表面積增加 ， 空隙率增大， 勢必要增加水泥用量，從而影響混凝土工作性能。當(dāng)大石子：小石子比例為5：5時，混凝土的擴(kuò)展度達(dá)到650mm。

砼工作性能主要由坍落度來表示。不同集料尺寸級配的砼坍落度見圖3.3。

由圖可知，坍落度與集料尺寸級配存在一定的線性關(guān)系。隨著10-20 mm集料：5-10 mm集料比列的減小，坍落度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。當(dāng)大石子與小石子比例從7：3變化到5：5時，坍落度增大，離析泌水現(xiàn)象減小、混凝土工作性能得到優(yōu)化，當(dāng)大石子與小石子比例減小到4：6時，混凝土工作性能下降。當(dāng)10-20 mm集料：5-10 mm集料比例為5：5時，砼的坍落度達(dá)到最佳的270mm，與上述對擴(kuò)展度的影響效果一致。

通過試驗測試T500流動時間可以評價自密實砼的黏度。不同骨料尺寸級配的混凝土T500流動時間見圖3.4。

由圖可見，隨著10-20 mm集料與5-10 mm集料比例下降，T500流動時間先減小后增加。當(dāng)10-20 mm集料與5-10 mm集料比例下降到4：6時，T500流動時間反而增加。當(dāng)10-20 mm集料與5-10 mm集料比例為5：5時，混凝土的T500流動時間最小6.01s。

從圖中可見，隨著10-20 mm集料與5-10 mm集料比例下降，自密實砼28d抗壓強度先增大后減小。當(dāng)10-20 mm集料與5-10 mm集料比例從7：3變化到5：5時，其抗壓強度增大，當(dāng)10-20 mm集料與5-10 mm集料比例下降到4：6時，其抗壓強度反而下降，原因是10-20 mm集料與5-10 mm集料比例不穩(wěn)定，顆粒內(nèi)部缺陷存在的機(jī)率越大，造成砼內(nèi)顆粒分布不均勻，進(jìn)而使硬化后的砼強度降低，當(dāng)集料粒徑太小，導(dǎo)致空隙率增大，會大大削弱骨料界面的粘結(jié)力，進(jìn)而降低混凝土的強度。當(dāng)10-20 mm集料與5-10 mm集料比例為5：5、凈漿流動度為260mm時，自密實砼28d抗壓強度達(dá)到最佳60.2MPa。

結(jié)論：

1.自密實砼凈漿離析指數(shù)隨著流動度增大而增大，當(dāng)凈漿流動度為260mm時，摻0.3%聚羧酸高效減水劑的凈漿離析指數(shù)為5.9%，比基準(zhǔn)組對比下降了25%。其最佳摻量為0.3%。

2. 當(dāng)10-20 mm集料與5-10 mm集料質(zhì)量分?jǐn)?shù)比大于5：5時，因大石子含量過大更容易產(chǎn)生沉降導(dǎo)致工作性能下降，當(dāng)10-20 mm集料與5-10 mm集料質(zhì)量分?jǐn)?shù)比小于5：5時，流動阻力過小，不足以限制10-20 mm集料的沉降而造成工作性能不佳。10-20 mm集料與5-10 mm集料質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為5：5時，自密實混凝土工作性能良好。

3. 集料尺寸級配對砼的流動性影響顯著，并呈現(xiàn)出一定的線性關(guān)系。當(dāng)凈漿流動度為260mm時，10-20 mm集料與5-10 mm集料質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為5：5時，砼的擴(kuò)展度達(dá)到650mm，坍落度270mm， T500流動時間6.01s，工作性能達(dá)到最佳狀態(tài)，并且28d抗壓強度達(dá)到最佳60.2MPa。

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