水泥及掺合料对混凝土可泵性的影响试验.pdf

1 4 低温建筑技术 2 0 1 3 年第8 期( 总第 1 8 2 期) 水泥及掺合料对混凝土可泵性的影响试验 杨胜江 ( 贵州桥梁建设集 团有限责任公司 ， 贵 阳5 5 0 0 01 ) 【 摘要】 混凝土的可泵性能的好坏， 直接决定了泵送混凝土的工作性， 文中通过系列水泥品种 、 矿物掺合 料掺加比例与品种参数的变化， 具体进行了掺合料品种、 掺量、 水泥品种对 C 5 0 级泵送混凝土的可泵性能进行试 验研究， 得出水泥品种与掺合料类型、 掺量等对混凝土可泵性能的影响规律， 用于指导高塔泵送混凝土的配合比 的设计。 【 关键词】 可泵性； 掺合料 ； 水泥 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 4 1 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 2 0 1 3 ) 0 8 0 0 1 4 0 3 混凝土是 由胶凝材料、 骨料、 水和外加剂等组份经 过计量后拌合硬化而成的， 优质的混凝土首先在其新 拌阶段就应该具有各组分的匀质性且保持一定的稳 定性。但新拌混凝土特别容易产生离析与泌水等情 况， 尤其是大坍落度泵送混凝土， 其产生不均匀的原因 是混凝土各组分的密度不同导致沉降或上浮， 或在泵 送过程中由于泵送压力作用导致混凝土内部的水分 泌出， 致使混凝土出现堵泵， 因此在配制泵送混凝土 时， 可泵性应作为重要技术参数进行试验研究。 1 试验研究 在泵送混凝土出现之前 的普通坍落度混凝土施 工过程中， 是用和易性来评价的混凝土工作性能如何 的， 但是在大坍落度的泵送混凝土施工过程中， 混凝土 的可泵性能需 要用可泵性表示 。混凝 土的可泵性是指 混凝土拌合物在泵送过程中不出现不离析情况、 其粘 塑性好、 泵送的摩阻力小、 不出现泵送过程中的堵管情 况、 并可以顺利沿管道输送的性能。目前， 在工程中对 混凝土的可泵性还没有确切的表示方法。工程中一般 采用压力泌水试验结合施工经验进行控制评判混凝 土的可泵性能的优劣， 即以其 l O s 时的相对压力泌水 率 s 。 。 不超过 4 0 来认定此混凝土拌合物是可以泵送 的， 且值越小可泵性能越好n 。 】 。相对泌水率 S 。 可用 式( 1 ) 计算。 相对泌水率 S ， 。 可用下式计算： s 。： V l o ( 1 ) 式中， S 。 。 为混凝土拌合物加压至 1 0 s 时的相对泌 ( 3 ) 压电复合材料的压电应变常数随极化场强 增大呈非线性增长， 当达到 2 2 5 k V m m时压电应变 常数达最大， 电场继续增大压电应变常数反而减小； 极 化时间为 1 5 m i n 时 P Z T 环氧树脂复合材料压电应变 常数基本达到稳定； 以及随着极化温度的升高， 极化过 程进行顺利， 确定复合压电材料的极化温度为9 0。 ( 4 ) 测试了0 3型 P Z T 环氧树脂压电复合材料 的压电性能及介电性能 ， 介电常数及压电应变常数分 别为2 1 0 5和6 4 p C N。荷载响应稳态输 出8 1 V电 压 ， 在 3 1 0 s内可收集到3 0 4 2 u J 的电量。 参考文献 1 S t a r n e r J A ， A r a d i s o E n e r g y s c a v e n g i n g f o r m o b i l e a n d w i r e l e s s e l e c t r o n i c s J I E E E P e r v a s iv e C o m p u t i n g ， 2 0 0 5 ， 4 ( 1 ) ： 1 8 2 7 2 H e n r y A S ， D a n i e l J I ， G y u h a e C o m p a r i s o n 0 f p i e z oel e c tr i c e n e r - g Y h a r v e s t i n g d e v i c e s f o r c h a r g i n g b a tt e r i e s J J o u r n a l o f I n t e l l i - g e n t Ma t e r i al S y s t e m s a n d S t r u c t u r e s ， 2 0 0 5 ， 1 6 ( 1 0 ) ： 7 9 98 0 7 3 许小勇。 张学红， 刘树林， 刘颖慧 压电式振动发电研究与 应用综述 J 机电一体化， 2 0 1 0 ， 1 6 ( 3 ) ： 1 3 1 7 4 杨拥民， 张玉光， 陈仲生， 陶利民， 邓冠前基于压电陶瓷的振 动能量捕获技术现状及展望 J 中国机 械工程， 2 0 0 9 ， 2 0 ( 1 ) ： 1 1 21 1 6 5 黄世峰， 常钧， 秦磊， 等 1 3 型水泥基压电复合材料传感 器的性能 J 复合材料学报， 2 0 0 8 ， 2 5 ( 1 ) ： 1 1 2 1 1 8 6 F u r u k a w a T，I s h i d a K，F u k a d a E P i e z o e l e c t ri c p r o p e r t i e s i n t h e c o m p o s i t e s s y s t e m s of p o l y m e r a n d e e r a m i c J J o u r n al o f A p p l i e d P h y s i c s ，1 9 7 9 ， 5 0 ( 7 ) ： 4 9 0 4 4 9 0 7 7 L e f e b v r e E ，B a d e l A ，R i c h a r d C ， e t a1 A c o m p a r i s o n b e t w e e n s e v e r a l v i b r a t i o n - po w e r e d p i e z o e l e c tr i c g e n e r a t o r s f o r s t a n da l o n e s y s t e m s J S e n s o r s and A c t u a t o rs ， 2 0 0 6 ， 1 2 6 ( 2 ) ： 4 0 5 4 1 6 8 游达， 张联盟 P Z T P V D F 压电复合材料微观结构与性能研 究 J 武汉理工大学学报， 2 0 0 3 ， 2 5 ( 6 ) ： 1 O l 2 收稿 日 期 2 0 1 3 0 4 1 5 【 作者简介】 吕建福( 1 9 8 0一 ) ， 男， 内蒙古兴和人， 博士后， 从 事基于压 电材料的路面机械能收集工作 。 杨胜江： 水泥及掺合料对混凝土可泵性的影响试验 1 5 水率， ， s 。 。 取三次试验结果的平均值， 精确到 1 ； 。 、 柏为混凝土拌合物加压至 l O s 和 1 4 0 s 时的泌水 量 m l ， ” 均取 3次试验结果的平均值， 精确到整 数位。 本工程配合 比设计过程中， 采用混凝土的压力泌 水率测试和混凝土坍落度测试 ， 来综合评价水泥品种、 掺合料对混凝土的可泵性能的影响。 1 1 试 验配合 比 试验基准配合比如表 1 所示。 表 1 混凝土基准试验配合比 1 2试验计划 试验采用四种不同厂家生产的 P 0 4 2 5水泥， 水 泥编号分别为 A、 B、 C 、 D， 采用 I 级 、 I I 级粉 煤灰与 $ 9 5 级矿粉进行试验研究， 分别测试对应配合比混凝土的 坍落度、 常压泌水率以及压力泌水率。 2试验结果与分析 2 1 水泥品种对混凝土可泵性的影响 水泥与混凝 土的泌水性能密切相关 。水泥的凝结 时间、 细度、 比表面积与颗粒分布都会影响混凝土的泌 水性能 。对 水泥 品种对 压 力 泌水 的影 响进 行试 验 研 究 ， 已确定选用何种水泥进行施工应用。水泥品种对 泵送混凝土压力泌水坍落度影响试验数据列于表 2 中。 表 2 水泥对压 力泌 水与坍落度影响数据 试验用水泥为普通硅酸盐水泥， 性能列于表 3中。 通过 以上试验所 得数据 可 以知道 ， 混凝 土 的压 力泌 水 率随着水泥品种的不同， 在相同配合 比条件下有所不 同。正如理论研究得到的结果一样 ， 遵循着一定的普 遍规律。水泥中的矿物混合材种类对混凝土的压力泌 水率的影响显著， A、 c 、 D厂生产的水泥所用的混合材 均为高炉矿渣， 高炉水淬磨细矿渣吸附水的能力本身 就很小， 因此， 采用这些厂家制备的混凝土的压力泌水 率就很大 ， 且常压泌水率 也很大 ， 而混合材为粉煤灰 的 B水泥 ， 由于粉煤 灰的细 度 与颗粒 尺寸效 益使得 其 混 凝土的压泌水率与压力泌水率最小 ， 仅为 3 8 5 。表 现出如上试验结果， 大于B水泥很多。 表 3 试验 用水 泥性能指标 同时， 水泥的细度也影响到了混凝土的压力泌水 率， 水泥细度增大， 由试验数据可以看 出， 其制备出混 凝土的压力泌水率也在增大， 细度最大的 D水泥， 压 力泌水率达到了 5 4 6 。在配合比设计选用水泥时 需要对细度影响进行足够的研究， 可以有选择时， 尽可 能地使用细度 适 宜的水 泥 进行 混 凝 土配合 比试验 与 混凝土生产 。 由表 2与表 3数据可以知 ， 随着水泥凝结时间的 不断延长 ， 混凝土的压力泌水率在不断地增大。凝结 时间是水泥早期水化速率快慢的直接反应， 凝结时间 快， 混凝土内部早期的自由水被水泥水化消耗的就多， 这样 自由水含量降低必然导致泌水率降低。 水 泥厂家不同 ， 导致其 生产 工艺 与矿 物组 成等均 有所不同， 其标准稠度用水量、 凝结时间、 细度以及与 减水剂 的适应性等均有所不 同 ， 因此 ， 水 泥品质对所制 备混凝土的坍落度以及坍落扩展度的影响也 十分地 显著。从上述试验数据可见 ， 水泥细度与凝结时间对 坍落度的影响最为明显 ， 水泥中混凝土的种类对坍落 度的影 响次之 。 2 2 掺合料种类对混凝土可泵性的影响 由于掺合料的种类与细度的不同， 使得其需水量 不同， 其在新拌混凝土中的作用是不同的， 不同种类掺 合料的需水量试验表明， 其需水量有着明显差异 ， 细度 也是如此 。在本研究 中， 选择 了两种类 型不 同 品质 的 掺合料进行试验研究， 试 验研究 了粉煤灰与矿渣两类 掺合料 ， 同一厂家 的 I 级 、 I I 级 两种粉 煤灰进行单 掺与 复掺试验 混凝 土基准配合 比中的水泥 使用量为 48 5k g m3 ，掺合料采用等量取代法， 取代率 1 5 ， 掺量 为 7 2 k g m 。压力泌水率与坍落度两项指标为试验研 究对象 ， 试验结果见表 4 。 由表4的试验结果数据 ， 可以看到， 掺合料的品种 对 压力泌水的影响很大 ， 矿 渣对 压力泌 水率 的抑制基 本不起作用， 为最大值 4 3 4 ， 矿渣作为掺合料的混 凝土试验研究结果表明其初始泌水率 V 。 和 1 4 0 s 的泌 水率值均为试验研究中最大。由此可见， 矿粉增大了 混凝土 的泌水性能 ， 因此 ， 单掺矿渣粉 时混凝 土的可泵 性能有待改善 ， 不宜单掺用于混凝 土高层泵送施工 。I 1 6 低温建筑技术 2 0 1 3 年第8期( 总第 1 8 2 期) 级、 I I 级两种粉煤灰的压力泌水率与压力泌水的值随 粉煤灰的品质从 I 级降到 I I 级都有所增大， 从 2 4 3 变化到了3 1 2 。采用复合掺合料时， 混凝土泌水量 小于单掺矿渣的混凝土泌水率 ， 但大于 I 级粉煤灰单 掺混凝土的值。当复合比例为 4 ： 6时， 状态最好。混 凝土的坍落度的影响不是很大， 矿渣粉的坍落度最好， I I 级粉煤灰对混凝土坍落度影响很大， 仅为 1 5 3 e m， 不适合用于工程中。 表4 掺合料种类压力泌水与坍落度影响数据 注： 复合掺加比例为 I 级粉煤灰与矿渣的质量比( 5 ： 5 ) 和( 4 ： 6 ) 。 综合分析， 可以 I 级粉煤灰单掺混凝土配合 比或 I 级粉煤灰与矿渣复合 比例为4 ： 6取代水泥质量 1 5 混凝土配合比进行施工应用。但是综合考虑施工的操 作性和经济性 ， 应该排除复合掺合料的混凝土配合比。 所以， 选用 I 级粉煤灰单掺混凝土配合比供施工使用。 2 3 粉煤灰掺量对混凝土可泵性的影响 粉煤灰的掺量变化对混凝土的早期性能和长期 性能都会带来不同的影响， 通过适 当改变粉煤灰的掺 量， 新拌混凝土的压力泌水率、 坍落度等混凝土的各项 早期工作性能均会产生变化。 改变粉煤灰掺量( 等量取代水泥率分别为 0 、 5 、 1 5 、 2 5 ) ， 分别测试混凝土的压力泌水率和混 凝土的坍落度值。测试所得的粉煤灰掺量与混凝土压 力泌水率的关系数据变化规律如图 1所示， 粉煤灰掺 量变化对新拌混凝土的坍落度影响关系曲线如图2 。 从图 1 可以看出， 随着粉煤灰的取代水泥的量的 不断增加， 新拌混凝土的压力泌水率值不断减低， 在粉 煤灰的等量取代水泥 1 5 及以后的混凝土的和易性 能良好 ， 粘聚性不断地提高， 混凝土的压力泌水率大幅 度降低。初始的压力泌水非常地低 ， 1 5 时即可达到 7 9 的低压力泌水值， 适宜泵送施工使用。 图2的规律曲线可以看出， 粉煤灰掺量的增加使 得混凝土的坍落度变大， 当 I 级粉煤灰的等质量取代 水泥率为 2 5 ， 此时， 试验混凝土的坍落度值在不断 地提高 ， 坍落度值达到了 2 2 8 e m， 混凝土的坍落度扩 展值达到了6 5 5 c m， 此时， 混凝土的工作状态 良好 ， 粘 聚性适中， 混凝土未出现抓底与离析等情况， 一定量的 I 级粉煤灰作 为掺合料加入混凝土后， 有利于混凝土 的坍落度提高， 并且可以提高混凝土的工作性。 5 O 萋 蚕 0 昌 壤 客 粉煤灰掺量， 粉煤灰掺量， 图1 粉嘲谢I 量 了 耋 i I水率懈 耢=嘞碣嘎与i 昆 j 瞒度关系 混凝土工作性改善原因源于粉煤灰本身颗粒的 形态效应。I 级粉煤灰颗粒粒径大部分小于水泥粒子 的颗粒粒径， 掺入后填充在水泥颗粒体系的空隙中， 使 得空隙间原有的自由水释放出来， 这部分释放出来 的 水分在新拌混凝土内部起到了润滑作用， 增加了混凝 土颗粒间的水份， 从而增加了混凝土的坍落度和坍落 度扩展值。另外， 粉煤灰粒子的颗粒形态球形状态 ， 在 混凝土内部起到了“ 滚珠” 作用， 对混凝土颗粒间起到 润滑作用 ， 使得混凝土的坍落度与坍落度扩展值提高。 3结语 ( 1 ) 为了得到一个适宜高塔泵送使用的具有较 低的压力 泌 水率 ， 其 混凝 土 的大坍 落度 在 2 0 0 2 2 0 ra m之间的混凝土配合 比， 首先在满足经济性与混 凝土力学性能的基础上应该选用一种细度适 中、 凝结 时间正常的水泥。在本地区的4种水泥中应该优先选 B水泥为施工实际应用的水泥。由其配制的混凝土坍 落度理想， 压力泌水率小 ， 即混凝土的可泵性优良。 ( 2 ) 混凝土的可泵性可以采用掺加适量的 I 级 粉煤灰来得到改善， 选用 I级粉煤灰等量取代水泥 1 5 的掺量进行 1 2 5 0级泵送混凝土配合 比设计参考 使用。 参考文献 1 张意志 混凝土可泵性的影响因素及改善措施 J 商品混 凝 土， 2 0 1 2， ( 7 ) ： 3 6 2 张胤， 陶建勋 砂率对混凝土可泵性的影响 J 贵州工业大 学学报 ( 自然科学 版) ， 2 0 0 4 ， ( 4) ： 8 89 0 收稿日 期】 2 0 l 3一 o 4 一 l 6 作者简介】 杨胜江( 1 9 7 6 一) ， 男， 贵州安龙人， 高级工程师， 从事交通土建工程与研究工作。