普通自密实混凝土工作性能试验分析

摘要: 简要介绍了普通自密实混凝土的工作原理和工作性能, 通过试验, 分析了砂率、减水剂及增稠剂对新拌混凝土流动性和填充性的影响, 找出了满足普通自密实混凝土工作性能的最佳配比。

关键词: 自密实混凝土工作性能配合比

1 自密实混凝土概述

　　免振捣自密实混凝土是高性能混凝土范畴中的一种, 在追求高强度、高耐久性的同时, 重点实现高施工性能。通过对骨料、外加剂、胶凝材料和细掺料等组分的合理选择与配合比优化, 合理地解决流动性与抗分离性之间的矛盾, 提高拌和物的间隙通过能力和填充能力。在骨料自重作用下混凝土能自行密实, 并能填充到复杂形体和密筋结构的各个部位,混凝土硬化后具有良好的力学性能和耐久性能。

　　自密实混凝土首先应具有较高的工作性能, 具体表现为高流动性、高抗分离性、高间隙通过能力和高填充性。根据宾汉姆方程: τ=τ0+η·r, 在外力作用下混凝土拌和物内部产生的剪应力τ大于或等于阻止塑性变形能力τ0时, 混凝土开始流动; η是混凝土拌和物内部阻止其流动的一种性能, 称做塑性粘度, η越小, 在相同外力作用下流动速度越快。与普通混凝土采用机械振捣时因触变作用令τ0大幅度减小, 使振动影响区内的混凝土呈液化而流动并密实成型的道理相似; 制备免振捣自密实混凝土的原理是通过骨料、外加剂、胶凝材料和细掺料的优选和配合比的优化设计, 使τ0减小到适宜范围, 同时又具有足够的塑性粘度, 使骨料悬浮于水泥浆中, 不出现离析和泌水, 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。

　　采用高效减水剂可对水泥颗粒产生强烈的分散作用, 高效减水剂在水泥颗粒界面的吸附和形成的双电层, 使水泥颗粒间产生静电斥力作用, 拆散其絮凝结构, 释放它们约束的水, 水泥颗粒间相互滑动能力增大, 使混凝土开始流动的屈服剪应力降低, 获得高流动性能, 同时能有效控制混凝土用水量, 保证力学与耐久性要求。

　　自密实混凝土应具有较好的抗分离性。试验表明, 离析的混凝土在通过间隙时, 粗骨料会产生聚集而阻塞间隙, 难以填充模板和保持拌和物均质。混凝土离析的主要原因是η和τ0过小, 混凝土抵抗粗骨料与水泥沙浆相对移动的能力弱。由此可知, 屈服剪应力τ0 和塑性粘度η既是混凝土开始流动的前提, 又是不离析的条件。

2 配比试验

2.1 仪器与原材料

①仪器

　　主要仪器设备有: 100mm×100mm×100mm 试模; 水泥混凝土搅拌机; SYE- 2000 型全自动水泥强度试验机( 最大负荷2000kN) 。

②原材料

　　1) 水泥: PO42.5 普通硅酸盐水泥, 上海海豹水泥厂生产, 水泥的化学成分见表1。

表1 水泥的化学成分(%)

　　2) 外加剂: PC 减水剂、增稠剂、引气剂;

　　3) 砂: 粗砂粒径≤2.5mm,细砂粒径≤0.5mm, 细度模数2.3~3.0;

　　4) 石子: 粒径5~15mm;

　　5) 水: 自来水

2.2 配比方案

　　自密实混凝土的配制过程中, 流动性、抗离析性能、填充性三因素起关键作用。配比中, 水泥、减水剂、增稠剂的用量和砂率决定这三项性能的优劣。所以设计以下试验方案来找出满足普通自密实混凝土工作性能的最佳配比。

　　水泥用量和砂率的试验方案( 水灰比控制在0.4) : 水泥用量分别为: 510kg、540kg、570kg。砂率分别为: 0.35、0.40、0.45。试验配比见表2。

　　增稠剂用量对混凝土的流动性和填充性能的影响的配比如表5、表6。

2.3 试件制备

2.3.1 温度和湿度要求

　　试验室温度为17~25℃, 相对湿度大于50%, 水泥试样、标准砂、拌和水等的温度应与室温相同; 养护室温度20±3℃, 相对湿度大于90%; 养护水温度20±3℃。

2.3.2 试块成型与养护

　　1) 成型前将试模擦净, 紧密装配, 内壁均匀涂一薄层机油。

　　2) 按配合比称取水泥, 将固态外加剂掺入水泥中, 用小勺干拌均匀, 砂子和各种掺和料放入搅拌机内, 加入水和液态外加剂, 拌均匀后装入试模, 装模时不必振动, 让混凝土自然、均匀流入模内, 用刮刀刮平, 编号, 放入养护箱养护24±2小时, 脱模。

　　3) 脱模后的试块放入20℃水中养护14 天。

3 结果分析

3.1 砂率对新拌混凝土流动性和填充性的影响

由试验结果可以看出:

　　(1) 从目测的混凝土形状看, 三个水泥用量中, 砂率小于0.4 时混凝土发生离析, 砂率0.45 时效果最好。

　　(2) 从流动性( 即坍落度, 坍落扩展度, 扩展速度) 观察,混凝土中水泥用量为540kg 和570kg 的效果差不多, 但要比510kg 强。从经济角度考虑选择水泥的用量为540kg/m3。

　　从填充性考虑, 水泥用量为570kg/m3、砂率为0.45 时为最佳, 但流空时间要求在7~15s 之间, 所以选择水泥的用量为540kg/m3、砂率0.45, 混凝土的流动性和填充性能都可满足要求。

3.2 减水剂对新拌混凝土流动性和填充性的影响不同减水剂用量的试验结果见图3。

　　由图3 可以看出, 大量减水剂的用量达到0.6%时, 工作性能有改善, 并且接近最佳值, 在0.6%~1%范围内, 当用量为1%时不太经济。经综合比较, 确定0.7%的用量为最佳, 各方面的性能都能满足自密实混凝土的要求。

3.3 增稠剂对新拌混凝土流动性和填充性的影响

　　为了保证自密实混凝土的流动性, 加了大量的减水剂,为了防止减水剂造成混凝土的离析, 在混凝土中需加入增稠剂, 增加混凝土的粘性, 保证混凝土不产生离析。但加入增稠剂后, 混凝土的流动性必然会受到影响, 需通过试验确定它的用量。

　　两种增稠剂最佳参量, 试验结果见表8, 性能对比图见图4。

表8 增稠剂用量对混凝土的流动性和填充性能的影响

　　由试验可以看出, 增稠剂1 的效果明显比2 的要好, 当增稠剂1 用量为0.81%时, 新拌混凝土无离析产生, 工作性能都有改善。经综合比较, 确定0.81%的用量为最佳, 各方面的性能都能满足自密实混凝土的要求。

3.4 普通自密实混凝土的最佳配比

　　通过上述试验, 确定满足普通自密实混凝土工作性能的最佳配比如下:

参考文献

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