自密实混凝土的试验研究

摘　要:自密实混凝土作为一种高性能混凝土,其新拌混凝土能够在自重下无须振捣而自行填充模板的空间,形成均匀密实的混凝土结构,因而较适合于浇筑量大、浇筑深度或浇筑高度大、钢筋密集、有特殊形状等混凝土工程。

关键词:自密实混凝土;原材料;配合比;混凝土性能

中图分类号:TU502 + 14 　　　　　文献标识码:B 　　　　　文章编号:1009 - 5438(2007) 01 - 0030 - 03

　　自密实混凝土就是能够在混凝土自重作用下,均匀密实的填充至模板空间,而不需任何振捣的混凝土。其优点是:避免在混凝土施工中因人为因素对混凝土质量的影响;降低劳动强度,节省劳力及振捣机具的能耗;降低施工噪音,减少环境污染,可缓解施工扰民的矛盾;简化工序、缩短工期、提高效率;可大量利用粉煤灰等工业废料,有利于环境的保护和降低成本[1 ] 。

1 　自密实混凝土的研制

1. 1 　制备原理

　　自密实混凝土具有高工作性、抗离析性、间隙通过性和填充性。自密实混凝土的原理是通过外加剂、胶凝材料和粗骨料的选择、搭配和配合比设计使其具有足够的塑性粘度,不出现离析和泌水问题,能自由流淌充分填充模型内的空间,形成密实且均匀的结构。利用高效减水剂对水泥颗粒产生强烈的分散作用,有效控制混凝土的用水量,保证力学与耐久性的要求。自密实混凝土还应具有较好的抗离析性。试验表明,砂率适宜,粗骨料周围包裹足够的砂浆,不易在间隙处聚集而影响填充和密实效果,提高了拌合物通过间隙的能力。

1. 2 　设计指标

　　为了满足自密实混凝土的高工作性、抗离析性、间隙通过性和填充性要求。其具体设计指标如下:

　　(1) 坍落度:240～270 mm;

　　(2) 扩展度:大于600 mm;

　　(3) 密实度:在无振捣条件下,能均匀密实的填充至模板空间;混凝土硬化后无蜂窝、孔洞;

　　(4) 抗压强度:混凝土强度等级为C30。

2 　原材料选择

2. 1 　水泥

　　基于目前我国原材料状况,水泥的选择主要是参考与外加剂的相容性、标准稠度、用水量和强度之间的问题,水泥与外加剂是否相适应,决定着能否配制出某个强度等级的自密实混凝土,因此应选用稳定性好的水泥。通过对包头地区常用的包钢祁连山P. O42. 5 级水泥、蒙西P. O42. 5 级、西卓子山P.O42. 5级水泥、大同P. O42. 5 级水泥进行试验,其结果见表1。

　　从试验结果可以看出, 采用包钢祁连山P.O42. 5级水泥及大同P. O42. 5 级水泥配制的混凝土和易性好、无泌水现象,坍落度大,扩展度大,适用于自密实混凝土的配制。

2. 2 　掺合料

　　掺合料是自密实混凝土不可缺少的组成部分之一,一般常用的有粉煤灰矿粉等。利用它们的物理效应、填充效应和火山灰效应,不但能提高新拌混凝土的工作性,而且能增强硬化后混凝土的耐久性。粉煤灰为内蒙达拉特电厂产Ⅱ粉煤灰,其主要技术指标为:细度16 % ,烧失量1 % ,三氧化硫量0. 8 %,需水量比61 %。磨细矿渣粉为水泥厂加工,厂家标识S95 级, 实际比表面积4 500 cm2/ g , 流动度比105 % ,流行性指数110 %。

2. 3 　细骨料

　　细骨料在混凝土中存在双重效应,一是圆形颗粒的滚动减水效应;二是比表面积吸水率高的需水效应。这两种相应矛盾的效应,决定了必须根据水泥、掺合料、外加剂等情况综合考虑。砂的含泥量和杂质,会使水泥浆与骨料的粘结力下降,需要增加用水量和增加水泥用量,所以砂必须符合规范技术要求[1 ] 。

　　细骨料选用包头昆河产中砂。其主要技术指标为:细度模数2. 9 ,含泥量2. 1 % ,泥块含量0. 6 %。

2. 4 　粗骨料

　　粗骨料是混凝土中骨料的主要组成,在混凝土的组织结构中起着骨架作用,其粒径大小对混凝土的密实度有较大的影响;由于自密实混凝土常常用于钢筋稠密或薄壁的结构中,因此粗骨料尽可能选用不含或少含针片状颗粒的骨料[2 ] 。

　　粗骨料选用包头水泉沟产碎石,公称粒径分别为5～15 mm、5～20 mm、5～25 mm、5～31. 5 mm。其主要技术指标为:含泥量0. 6 % ,泥块含量0. 1 % ,压碎指标13 % ,针片状含量。分别对以上4 种级配石子进行混凝土和易性及密实度试验,其结果见表2。

　　从试验结果可以看出,采用5～20 mm 石子配制出的混凝土和易性及密实度最好。

2. 5 　外加剂

　　自密实混凝土应具备高流动性、抗离析性、间隙通过性和填充性,这4 个方面都需要以外加剂的手段来实现,因此对外加剂的主要要求为: ①与水泥的相容性好; ②减水率大; ③缓凝、保塑。我们分别对包钢新兴化工厂产FD Ⅱ氨基磺酸盐高效减水剂,北京方兴外加剂厂产JF - 9 泵送剂,北京鑫宏光建材厂产WDN - 2 缓凝高效减水剂进行试验,试验结果见表3。

　　从表3 可以看出,配制自密实混凝土,外加剂的减水率要适中,并非越大越好,减水率过高会引起混凝土对用水量过于敏感,混凝土坍落度不易控制,并造成离析。北京鑫宏光建材厂产的WDN - 2 缓凝高效减水剂,各项性能均能满足自密实混凝土的配制要求。

2. 6 　膨胀剂

　　在混凝土中掺入适量的膨胀剂,可提高混凝土的自密实性及防止混凝土硬化后产生收缩裂缝。膨胀剂选用了北京新中洲产HEA - 1 型膨胀剂,其主要技术指标见表4。

3 　配合比设计

　　技术路径是既要考虑施工时(新拌状态下) 高流动性,同时又要照顾到混凝土硬化后的耐久性即密实性。自密实混凝土在配合比设计上用粉体取代了相当数量的石子,通过高效减水剂的分散和塑化作用,使浆体具有优良的流动性和粘聚性,能够有效的包裹输运石子,从而达到自流动和自密实的效果。

3. 1 　胶结材料的用量

　　胶结材料的用量是指水泥、矿物掺合料和膨胀剂的总量。不同的胶结材料的用量对混凝土的自密性、和易性有较大的影响。通过对6 种不同用量胶结材料的试验,其混凝土拌合物的性能见表5。

　　从表5 可以看出,当胶结材料的用量为450～550 kg/ m3 时,表面有孔洞,当胶结材料为600 kg/ m3时,混凝土的表面密实,无孔洞,各项性能最佳。

3. 2 　砂率的确定

　　最佳砂率对满足自密实混凝土的密实度非常重要,根据多次试验其结果见表6。

　　从表6 可以看出,不同砂率对混凝土强度影响较小,但对密实度及和易性影响较大。当采用50 %的砂率时,混凝土的和易性及密实度最好,可作为自密实混凝土的最佳砂率。

3. 3 　配合比的试验结果

　　经过对原材料的选择及胶结材料、砂率的确定,我们采用同等级C30 泵送混凝土与自密实混凝土进行强度、坍落度、扩展度、密实度的对比试验。其中1 # 为泵送混凝土,2 # 、3 # 、4 # 为自密实混凝土,分别为单掺粉煤灰及矿粉与双掺粉煤灰与矿粉的混凝土进行比较,其试验结果见表7。

　　从表7 可以看出,各组配比都能满足强度要求,但双掺的自密实混凝土强度要高于其它3 组配比。坍落度、扩展度、和易性与泵送混凝土相比,自密实混凝土具有良好的材料匀质性和稳定性,在流动状态下不泌水、不起泡、无粗骨料离析现象。自密实混凝土不论单掺还是双掺拌,其拌合物都具有良好的流动性,即在自重作用下能够实现自密实;硬化后体积稳定性好,无蜂窝、孔洞[2] 。

4 　结束语

　　与常规混凝土相比,自密实混凝土具有自流平、密实度高、缩短工期、减少人力投入等优点。由于自密实混凝土不需要振捣,因此可以降低由振捣导致的混凝土离析等问题。在自密实混凝土中,胶结材料含量过低不利于新拌混凝土的工作性,考虑到对混凝土强度和耐久性的影响, 将胶结材料定为600 kg/ m3较为合适。在混凝土中掺入粉煤灰和膨胀剂,可改善混凝土拌合物的工作度,提高混凝土的密实度。由于自密实混凝土每立方米可利用粉煤灰等工业废料270 kg ,不但有利于环境的保护,同时还能替代水泥60 kg ,从而降低了工程造价。

参　考　文　献

[1 ] 冯浩, 朱清江1 混凝土外加剂工程应用手册[M] . 北京:中国建筑工业出版社,19991

[2 ]陈建奎1 混凝土外加剂原理与应用[M] . 北京:中国计划出版社,2004.