C60自密實混凝土自密實性及流變性研究

桂 乾

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，成都，610072)

引言

高強混凝土粘度較高、流動性差及塑性不易保持等導致混凝土泵送時壓力高，容易產(chǎn)生泄漏導致混凝土離析、堵管等諸多問題，是混凝土施工的一大難題。良好的自密實性能及流變性不僅僅提升施工效率，并且設備的磨損也大幅降低。

某混凝土壩采用C60自密實混凝土，設計強度為C60?？傮w要求為：部位設計強度為C60等級，混凝土28d抗壓強度須超過70MPa；混凝土應具備高流動性，自密實性優(yōu)良等特征；混凝土拌合物擴展度為650±50mm，2h擴展度損失值≤70mm；混凝土與鋼板粘結(jié)良好，無可見縫隙。

1 試驗原材料

實驗水泥為P·O42.5水泥，標準稠度需水量27.8%，3d抗壓強度28.9MPa，28d抗壓強度52.1MPa；粉煤灰為I級粉煤灰，細度6.2%，燒失量2.8%，需水量比92%；礦粉為S95級礦粉，比表面積不低于400m2/kg，礦粉28d活性指數(shù)達102%；砂采用中粗河砂，細度模數(shù)2.6，碎石級配連續(xù)，顆粒粒徑為5mm～25mm；外加劑為聚羧酸高效外加劑，固含量22%，減水率30%；水為自來水。

2 C60自密實混凝土性能研究

2.1 C60自密實混凝土自密實性能研究

配合比S001、S002作為對比配合比，為基礎(chǔ)實驗膠凝材料體系中優(yōu)選出來的配合比，配合比S003為最終施工配合比，各配合比見表1，其工作性能及力學性能見表2。

表1 C60自密實混凝土優(yōu)選配合比(單位：kg/m3)

表2 C60自密實混凝土優(yōu)選配合比性能

圖1 三種配合比的混凝土不同齡期抗壓強度對比

3個配合比自密實性能的區(qū)別在于膠凝材料中超細礦物摻合料的比例不同，S001配合比為“硅灰+超細礦粉”雙摻體系，混凝土密實程度相對較高，但混凝土粘度很大，對于高層泵送阻力大，施工困難，28d抗壓強度占比達到127.3%，強度滿足要求，但新拌混凝土自密實性能無法滿足施工要求，主要考核指標倒坍時間較長，坍落與J環(huán)擴展度之差較大，S001配合比中水泥用量與膠材總量偏高，會形成較高的水化溫升，導致收縮加劇，具有開裂風險；S002配合比單摻硅灰，由于硅灰的形態(tài)效應，混凝土體系粘度適中，自密實性能大幅改善，但硅灰活性基本局限于早期，混凝土后期強度貢獻比例較少，28d抗壓強度占比達到114.0%，并且硅灰單方成本較高，導致S002配合比經(jīng)濟性較差；S003配合比中摻加超細粉煤灰，該粉煤灰顯著優(yōu)勢為其自身具備的形態(tài)效應，球形顆粒可降低摩擦阻力，顯著改善混凝土粘度，有利于高強混凝土泵送施工，單測超細粉煤灰28d活性指數(shù)達到90%，可貢獻混凝土后期強度，通過取代水泥，降低整體體系水泥用量，降低水化放熱，避免由于溫升導致的開裂，體積穩(wěn)定性好。因此，通過實驗發(fā)現(xiàn)，超細粉煤灰的優(yōu)勢更加明顯。配合比新拌混凝土工作性能如圖2-7所示。

圖2 S001配合比U型箱實驗

圖3 S001配合比坍落擴展度

圖4 S002配合比U型箱實驗

圖5 S002配合比坍落擴展度

圖6 S003配合比U型箱實驗

圖7 S003配合比坍落擴展度

2.2 C60自密實混凝土流變性能研究

黏度η主要是對混凝土內(nèi)聚性能進行表征的參數(shù)，內(nèi)聚性能對混凝土在高壓過程中的可泵性評價有著重要的指導意義。在混凝土流變理論的基礎(chǔ)上，公司自主開發(fā)出混凝土流變儀，見圖8。

圖8 混凝土流變儀

依據(jù)調(diào)速電機扭矩測試原理，測量容器內(nèi)不同混凝土黏度下及混凝土不同深度時的扭矩值，并根據(jù)S.Morinaga公式擬合混凝土屈服應力值和粘度來表征混凝土的流變性能，并可調(diào)整轉(zhuǎn)臂桿上阻力柱在混凝土中的不同深度，表征混凝土的勻質(zhì)性。

本文使用自主開發(fā)的混凝土流變儀測定3個配合比的流變性能。其實驗結(jié)果見表3。

表3 C60自密實混凝土配合比流變性能實驗結(jié)果

從計算結(jié)果看，配合比S001屈服應力最小，但是粘度最大，這與配合比S001中硅灰的特性有關(guān)。摻加硅灰后，混凝土和易性優(yōu)良，更易于發(fā)生流動變形，在實際生產(chǎn)應用中更易于填充空間和穿越鋼筋。但是硅灰混凝土的粘度值高，混凝土自身內(nèi)聚力較強，泵送過程中與泵管的摩擦力大，會導致泵送壓力過大，不利于高層泵送。

配合比S002中降低了水泥用量，增加了粉煤灰用量，混凝土粘度有所降低，但屈服應力高，表明混凝土勻質(zhì)性較配合比S001差，不易于發(fā)生流動變形，混凝土流動性及填充性較差。

而摻加微珠的配合比S003屈服應力適中，粘度最低。微珠的“滾珠”效應大大降低了混凝土的內(nèi)聚力，在混凝土中起到潤滑作用，大大降低了混凝土的粘度，在泵送過程中降低與泵管的摩擦力，提高了泵送效率，降低了泵送難度。

3 小結(jié)

自密實混凝土中引入超細礦物摻合料-超細粉煤灰，可大幅降低混凝土整體粘度，主要由于粉煤灰為球形顆粒，阻力小，降低泵送設備以及泵送管道的磨損程度，倒坍時間不超過3.0s，也反映混凝土整體粘度較低，對于泵送是有利的?；炷琳w膠凝材料總量不高，并且水泥用量顯著降低，主要優(yōu)勢在于改善混凝土體系水化溫升情況，升溫勻速平緩，通過測試，體系絕熱溫度峰值為64.6℃，有利于提高混凝土體積穩(wěn)定性。