摘要:采用福建省粉煤灰作为细掺料,以高效减水剂、增粘剂、引气剂和膨胀剂研制成复合外加剂.成功配制出流动性好、穿越钢筋能力强的自密实高性能混凝土.采用塌落筒、倒塌落筒仪、Ｌ型流速仪、Ｏｒｉｍｅｔ流速仪和实际浇筑钢筋混凝土框架以综合测试其新拌混凝土的施工性能.测试表明,该自密实混凝土较好地解决了混凝土高流动性与材料抗离析性之间的矛盾,满足免振捣的施工要求.

关键词:混凝土;自密实;复合外加剂;流动性;配合比

 

自密实高性能混凝土是在低水胶比下具有很高的流动性而不离析、不泌水,能不经振捣靠自重流平并充满模型和包裹钢筋的新型混凝土.这种混凝土用于难以浇筑甚至无法浇筑的结构,可避免出现振捣不足而造成的空洞、蜂窝、麻面等质量缺陷.同时节省动力和劳力、加快工程进度,并解决噪音扰民问题,具有显著的技术、经济和社会效益.近年来自密实高性能混凝土的研究取得了可喜的成绩,但在材料配合比、各种外加剂的复合上还存在许多值得研究的问题.本文采用福建省的Ⅰ级粉煤灰作为自密实高性能混凝土细掺料,以高效减水剂、增粘剂、引气剂和膨胀剂组合成复合外加剂,研究自密实高性能混凝土的配合比.其特点在于采用地方材料以降低工程造价;同时用塌落度、扩展度、中边差和穿越钢筋的能力综合评价新拌混凝土的流动性和抗离析性以确保硬化后混凝土具有各种优良的力学性能[1].

1　自密实高性能混凝土的流变性能

1.1　自密实高性能混凝土拌和物的流变方程

模型混凝土拌和物被认为是一种粘、弹、塑性材料,其流变模型可由牛顿液体模型和圣维南固体模型并联,再与虎克固体模型串联而成,称为宾汉姆(Bingham)模型[2],如图1所示.

 

τ₀图1　宾汉姆(Bingham)模型

 

当τ<τ₀时,并联部分不产生变形,体系中只有弹性变形γ_ｅ, 即:

τ=Ｇγ_ｅ                                                                                (1)

当τ<τ₀时,在并联部分发生与应力(τ-τ₀)成正比的粘性流动,即:

τ-τ₀=η_p(ｄ_γ/ｖ_ｄｔ)                               (2)

式中:τ为混凝土的剪应力；τ₀为混凝土的屈服剪应力；η₀为塑性粘度；γ_ｖ为粘性流动变形；ｄ_γｖ为在无限小时间ｄ_ｔ时发生的变形，即瞬时变形。总变形γ=γ_ｅ+γ_{ｖwww.tmgc8.com},而γ_ｖ为常数,故此式可写成:

τ=τ₀+η_ｐ（ｄ_γ/ｄ_ｔ）                              (3)

自密实高性能混凝土制备的实质就是选择合适的外加剂、胶凝材料及粗细骨料进行配合比设计，使τ₀和η_ｐ保持在一个适宜的区间。既使新拌混凝土有足够塑性粘度、不离析泌水，又能自由流淌充分填充模型内部空间,形成密实均匀的结构。

1.2　流动性和抗离析性的平衡

自密实高性能混凝土拌和物的特点是具有高流动性而无离析。因此其配合比设计和进行施工的关键是达到用水量、外加剂用量和流动性、抗离析性的平衡(图2)。故可按混凝土浇筑部位的形状、配筋密度、浇筑方法等不同的施工条件进行设计[3]。

 

图2　流动性与抗离析性的关系

 

2　自密实高性能混凝土配合比试验

2.1　原材料选用

水泥：建福牌425#普通硅酸盐水泥(福建省永安水泥厂生产)；

粉煤灰：厦门市嵩屿电厂Ⅰ级粉煤灰；

砂：闽江中砂,表观密度为2599 kg/ｍ³,细度模数为2.7；

石：福州鼓山碎石,表观密度为2595 kg/ｍ³,5～20ｍｍ连续级配,压碎指标为11.5%；

外加剂:自行研制的复合外加剂ＦＤＮ-Ｘ1,减水率>25%；

水:普通自来水.

采用ＳＪＤ-60型单卧轴强制式混凝土搅拌机进行混凝土搅拌.

2.2　自密实高性能混凝土配合比试验及其分析

2.2.1　试验方法

试验目的是要得到优化的配合比,在较低水灰比的情况下混凝土具有足够大的塌落度和扩展度、足够小的中边差,同时又要确保混凝土具有足够好的粘聚性,使之具有穿越钢筋自流平的能力.试验的影响因素多,试验量大,难度也较大,其中最关键的是自制的ＦＤＮ-Ｘ1型复合外加剂中各种外加剂成分的合理搭配.

2.2.2　施工性能测试方法

测定自密实高性能混凝土流动性能的常用指标有:塌落度、扩展度、中边差、流下时间.本文为了使配制的自密实高性能混凝土同时具有足够的流动性和粘聚性,保证其良好的穿越钢筋的能力,同时用Ｌ型流速测定仪、Ｏｒｉｍｅｔ流速仪测定其抗离析性,仪器如图3、图4所示.

 

其中Ｌ型流速仪^[4]要测出以下3项测试指标:混凝土拌合物通过钢筋的速率ｖ_Ｌ；混凝土在水平槽内流动停止时的最终距离L(ｍｍ)；混凝土停止流动后,立筒内混凝土剩余高度ｈ(ｍｍ).

Orimet流速仪^[4]要测出竖管中混凝土流空所经历的时间ｔ,并用它除以竖管中的混凝土体积Ｖ_ｍ,得到混凝土拌合物的流出速度ｖ₀(ｖ₀=Ｖ_ｍ/ｔ)。

2.2.3　配合比试验及其分析

在大量试验基础上，筛选出7组典型配合比用以分析复合外加剂组成及砂率等变化,对自密实高性能混凝土性能的影响。混凝土配合比及其施工性能见表1、表2。

表1　混凝土配合比(采用5～20ｍｍ碎石)

编号

水泥

kg/m³

粉煤灰

kg/m³

砂

kg/m³

石

水www.tmgc8.com

外加剂

水胶比

W/(C+F)

砂率

%

Ａ1

418

219

840

783

233

4.179

0.366

51.8

Ａ2

418

219

840

783

247

4.682

0.388

51.8

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