粉煤灰海工自密实高性能混凝土的试验研究.pdf

全国中文核心期刊 杆 建巍 粉 中 国 科 技 核 心 期 刊 粉燥灰海工自密实离牲能混凝士的 试验研究 王成启， 张悦然 ( 中交上海三航科学研究院有限公司， 上海2 0 0 0 3 2 ) 摘要 ： 为满足海洋环境下混凝土的施工要求， 开展了粉煤灰海工自密实高性能混凝土的试验研究。 结果表明， 掺入 3 0 4 0 粉 煤灰 的 自密实混凝土具有较高的流动 性、 填 充性 、 间隙通过性和抗离析性等工作性 ， 满足 自密实混凝土的施工要求 ； 且具有较高 的抗 压强度和抗氯盐侵蚀性能， 满足海洋 环境 下抗氯盐侵蚀 的耐久性要求 。 关键词 ： 粉煤灰； 海工自密实高性能混凝土； 流动性； 填充性； 间隙通过性； 抗氯盐侵蚀性能 中图分类号： T V 4 3 1 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 1 ) 0 9 0 0 6 3 0 4 Expe r i me nt al s t udy of fly a s h hi gh pe r f o r manc e s e l f -c o m pa c t i ng m a r i ne c o nc r e t e WANG Ch e n g qi ， ZHANG Yu e r a n ( Ch i na Co mmun i c a t i o n s S h a n g h a i T h i r d Ha r b o r En g i n e e rin g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y Re s e a r c h I n s t i t u t e Co Lt d ， S h a ng h a i 2 0 00 3 2， C hi n a ) Abs t r a ct ： T o s a t i s f y ma r i n e c o n c r e t e c o n s t r u c t i o n， fly a s h h i g h p e rfo r ma n c e s e l f - c o mp a c t i n g ma r i n e c o n c r e t e wa s e x p e r i me n t a l l y s t u d i e dEx p e r i me n t a l r e s u l t s s ho w t h a t t he flu i d i t y， f i l l i n g a b i l i t y， p a s s i n g a b i l i t y a n d s e g r e g a t i o n r e s i s t a n c e o f s e l f - c o mp a c t i n g ( ! o n - c r e t e c o n t a i n i n g 3 0 40 fl y a s h a r e g o o d a n d i t s a t i s fi e s mar i n e c o n c r e t e c o n s t ru c t i o n r e q u i r e me n t Mo r e o v e r ， i t s c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d c h l o rid e r e s i s t a n c e are h i g h a n d i t c a n me e t t h e d u r a b i l i t y r e q u i r e me n t i n ma ri ne c i r c u ms t a n c e Ke y wor ds ： fl y a s h； h i g h p e r f o r ma n c e s e l f -c o mp a c t i n g ma r i n e c o n c r e t e： fl ui d i t y ： fi l l i n g ab i l i t y ： p a s s i n g a b i l i t y ： c h l o rid e r e s i s t a n c e 随着现代建筑工程的需要和混凝土技术的发展，已成功 开发了自密实混凝土， 并在工程中获得应用_l - 4 。自 密实混凝 土将混凝土屈服应力减小到足以依靠自 重克服剪应力，使混 凝土流动性增大， 同时， 也具有足够的塑性黏度， 依靠自重自 流平、 自密实地充满模板和包裹钢筋。 因自 密实混凝土具有较 高的施工性能， 能保证混凝土在不利条件下密实成型， 从而避 免混凝土振捣不足而产生的空洞、 蜂窝、 麻面等缺陷， 工程上 应用越来越广泛。 当前， 我国国民经济正处于高速发展阶段， 海港码头、 跨 海大桥和堤坝等重大海洋工程正在加速建设。为提高海洋工 程混凝土结构耐久性，码头以及跨海大桥等海工建筑物均采 用海工高性能混凝土5 - 8 ， 以提高混凝土结构使用寿命。同时， 海洋工程的建设对高性能混凝土提出了更高的要求，海洋工 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 0 2 2 5 作者简介： 王成启， 男， 1 9 6 4年生， 安徽繁 昌人 ， 教授级高级工程师 ， 博 士， 从事工程材料的研究工作 。地址 ： 上海市肇 嘉浜 路 8 2 9号， 电话： 0 2 1 6 4 6 9 5 0 3 5 ， E - m a i l ： t j u w e q 1 6 3 c o m。 程往往存在大体积混凝土构件， 这些构件的混凝土配筋密集， 钢筋间距较小， 采用机械振捣容易产生蜂窝、 麻面、 气泡、 空洞 等缺陷， 从而对混凝土的强度和耐久性产生影响。因此， 迫切 需要进行海工自 密实高性能混凝土的研究，以满足海洋环境 高性能混凝土施工需要。 粉煤灰是混凝土最常用的掺合料， 可 改善混凝土的工作性和耐久性等，是配制高性能混凝土的主 要途径之一【9 _ 旧 。本文通过白 密实混凝土原材料的优选， 开展 粉煤灰海工自 密实高性能混凝土的试验研究。 1 试验原材料优选 I 1 水泥 采用台泥句荣5 2 5 型硅酸盐水泥， 比表面积3 7 5 m 2 k g ， 安定性合格， 其性能指标见表 1 。 表 1 水泥的物理力学性能指标 抗折强度 MP a 抗压强度 MP a 凝 结时间 mi n 3 d 2 8 d 3 d 2 8 d 初凝终凝 S O ， Mg O 烧失量 | | | 1 2 粉煤灰 N E W BUI L DI NG MAT E RI AL 5 6 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 王成启， 等： 粉煤灰海工自密实高性能混凝土的试验研究 采用镇江谏壁发电厂产苏源牌 I 级粉煤灰，满足G B ， r 1 5 9 6 - 2 0 0 5 用于水泥和混凝土中的 粉煤灰 的质量要求， 性 能指标见表 2 。 表 2 粉煤灰 的性能指标 老 细度( 4 5 Iz m 含水量烧失量需水量比 活 指数， 方孔筛筛余) ， 7 d 2 8 d 合格 7 3 0 1 8 2 2 5 9 4 7 3 5 8 1 6 1 - 3 骨料 ( 1 ) 细骨料： 河砂， 基本物理性能见表 3 ， 筛分曲 线见图1 。 表 3 河砂 的基本物理性能 图 1 河砂 的筛分 曲线 由表 3 和图 1 可知， 河砂的细度模数为2 7 6 ， 级配良好， 符合J G J 5 2 -2 0 0 6 普通混凝土用砂、 石质量及检验方法标 准 I I 区中砂的要求。 河砂中粒径小于0 1 6 m m的石粉含量为 1 4 ， 符合国内外自 密实混凝土的基本要求。 ( 2 ) 粗骨料： 由于海工自密实高性能混凝土多用于薄壁构 件以及钢筋较为密集的混凝土构件， 粗骨料的粒径不宣过大。 根据国内外自 密实混凝土相关标准规定，粗骨料的最大粒径 不宜大于2 0 m m ，否则将增大混凝土拌合物的流动阻力和分 层离析的几率。 试验采用 5 2 0 m m连续级配的碎石， 由5 1 0 m m和 1 0 2 0 m ln 两级配配制而成， 碎石的性能指标见表4 。 将5 1 0 m m 和 l 0 2 0 m m的碎石分别按1 ： 9 、 2 ： 8 、 3 ：7的质量比配合，筛分 试验结果见图2 。 表4 粗骨料的性能指标 表观密度 堆积密度 含泥量泥块坚 固性压碎针片状 空隙率 ( k g m。 ) ( k g m ) 含 量， ， 指 标 含量 2 75 0 1 73 5 0 3 O 】 1 9 1 1 5 59 3 5 5 从表4 可以看出， 粗骨料中针片状颗粒含量小于8 ， 空 隙率小于4 0 ， 含泥量不大于 l ， 泥块含量不大于0 5 ， 满 足配制自 密实混凝土的基本要求。 6 4 新型建筑材料 2 0 1 1 9 筛孔尺寸 m m 图 2 碎石的筛分曲线 从图2 的 筛分试验结果可以 看出，由 5 1 0 m m和l 0 2 0 I 1 1_ 1 11 按 3 ： 7 质量比配制的连续级配碎石级配良好，满足J G J 5 2 -2 0 0 6 普通混凝土用砂、 石质量及检验方法标准 要求。 因 此，采用5 1 0 m m和 1 0 2 0 m m按3 ： 7比 例配合的碎石制备 海工自 密实混凝土。 1 4 外加剂 采用巴斯夫有限公司的R P 2 5 聚羧酸高效减水剂， 密度为 1 O 5 1 g c m 。 ， p H值为7 1 ， 减水率为3 4 8 ， 性能达到G B 8 0 7 6 _ _ 2 0 0 8 混凝土外加剂 的要求。 2 混凝土配合比与试验方法 2 1 混凝土配合 比 分别配制了粉煤灰掺量为2 0 、 3 0 、 4 0 、 5 0 、 6 0 的 自密实混凝土， 测试混凝土拌合物的工作性、 强度和耐久性， 混凝土的配合比见表5 。 表 5 自密实混凝土的配合比 k m 。 编号 水泥 粉煤灰 砂 石 水 减 水剂 F 2 0 3 8 9 9 7 9 1 4 8 1 0 1 7 0 7 7 8 F 3 0 3 4 0 1 4 6 8 9 9 8 1 0 1 7 0 77 8 F 4 0 2 9 2 1 9 4 8 8 5 8 1 0 1 7 0 77 8 F 5 0 2 4 3 2 4 3 8 7 0 8 1 0 1 7 0 77 8 F 6 0 1 9 4 2 9 2 8 4 5 8 1 0 1 7 O 77 8 2 2 试验 方法 ( 1 ) 工作性试验 工作性能主要包括坍落度、 坍落扩展度、 T 5 0 0 、 L型仪、 V 型仪、 u型仪拌合物稳定性跳桌等试验，试验方法参照C C E S o 2 -2 o o 4 密实混凝土设计与施工指南 和C E C S 2 0 3 ： 2 0 0 6 自 密实混凝土应用技术规程 等标准的有关规定进行。 ( 2 ) 耐久性试验 耐久性试验包括电通量和R C M法扩散系数。 电通量试验 按A S T M C 1 2 0 2 混凝土抗氯离子渗透性标准试验方法 进行； 扩散系数试验按G B J 8 2 8 5 普通混凝土长期性能和耐久性 能试验方法 ( R C M法) 的有关规定进行。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 王成启， 等： 粉煤灰海工 自密实高性能混凝土的试验研究 ( 3 ) 力学性能试验 抗压强度试验按J T J 2 7 0 - - 9 8 ( 7 ,k 运工程混凝土试验规程 的有关规定进行。 3 试验结果讨论与分析 3 1 拌合物性能试验 3 1 1 流动性和填充性试验 坍落度用来表示混凝土工作性能，但不适合于表征自 密 实混凝土拌合物通过钢筋的能力， 2 种混凝土拌合物坍落度 相同， 其通过钢筋的能力也往往不同。大量的研究表明， 坍落 扩展度比坍落度更能反映自密实混凝土的工作性，能有效反 映混凝土拌合物的流动性和填充性， 坍落扩展度越大， 混凝土 拌合物的流动性和填充性越好。 通过测试T 5 0 0 流动时间和V 型漏斗通过时间可以评价自 密实混凝土的黏度， T 5 0 0 越小、 v 型漏斗通过时间越短， 混凝土拌合物的黏度越小， 混凝土拌合 物流动性和填充性越好。 测试了粉煤灰白密实混凝土的流动性和填充性参数， 结 果见表 6 。 表 6 单掺粉煤灰 自密实混凝土的流动性和填充性 从表6可以看出， 掺4 0 粉煤灰的自密实混凝土坍落扩 展度最大， T 5 0 0 流动时间和V型漏斗通过时间最小，混凝土 拌合物的流动性和填充性最好； 其次为掺3 0 粉煤灰白 密实 混凝土。随着粉煤灰掺量( 4 0 6 0 ) 的增加， 混凝土的坍落 扩展度有所减小， T 5 0 0 流动时间和V型漏斗通过时间有所增 加， 混凝土的黏性略有增大， 其流动性和填充性有所下降。粉 煤灰掺量在2 0 一 6 0 1 变化， 其坍落扩展度为6 8 5 7 0 0 m m 、 T 5 0 0流动时间为4 8 5 5 s 、 V型漏斗通过时间为 l 8 7 2 0 1 S ， 均在较为合适的范围内。但从自密实混凝土的填充性和流 动性来看， 粉煤灰掺量宜为4 0 。此外， 试验结果还表明， 坍 落扩展度、 T 5 0 0 流动时间和V型漏斗通过时间具有较好的一 致性，均较好地反映出自密实混凝土拌合物的流动性和填充 性。 3 1 2 间隙通过性试验 采用L型仪和U型仪表征自密实混凝土拌合物间隙通 过性， L型仪高度比 J H ) 、 U型仪填充高度的测试结果见 表 7 。 表 7 单掺粉煤灰自密实混凝土的间隙通过性 编号 F 2 0 F 3 0 F 4 0 F 5 0 F 6 0 L型仪 高度 比 。) O 9 0 O 9 1 O 9 0 O 8 8 0 8 6 u型仪填 充高度 m m 3 2 9 3 3 0 3 2 8 3 2 5 3 2 4 表7 的测试结果表明， L 型仪高度比均大于0 8 0 。 其中掺 入2 0 一 4 0 的粉煤灰混凝土拌合物 L 型仪高度比较大， 间隙 通过性较好； 而粉煤灰掺量较大的混凝土拌合物， 黏性增大， 问隙通过性有所下降。 此外， U型仪填充高度与L 型仪高度比 具有相同的变化规律，也较好地反映粉煤灰白密实混凝土的 间隙通过性。 3 1 - 3 抗离析稳定性试验 进行混凝土拌合物稳定性跳桌试验，判断自 密实混凝土 的抗离析稳定性， 测试结果见表8 。 表 8 单掺粉煤灰自密实混凝土的抗离析-陛 编号 F 2 0 F 3 0 F 4 0 F 5 0 F 6 0 粗骨料振动离析率 7 8 7 3 7 2 7 1 6 9 从表8 可以 看出， 单掺粉煤灰的自 密实混凝土粗骨料振动 离析率均小于 1 0 ， 表明粉煤灰自密实混凝土拌合物抗离析 稳定性较好， 且随着粉煤灰掺量的增加， 粗骨料振动离析率不 断降低， 混凝土抗离析稳定性不断提高。 从拌合物抗离析稳定 试验结果来看， 粉煤灰掺量不宜低于3 0 。 3 2 抗压强度试验 粉煤灰白密实混凝土的抗压强度、 含气量和表观密度测 试结果见表9 。 表 9 粉煤灰白密实混凝土的物理力学性能 从表 9 可以看出， 随着粉煤灰掺量的增加， 自 密实混凝土 的含气量变化不大； 表观密度略有下降， 但变化不大； 抗压强 度逐渐降低， 粉煤灰掺量从2 0 增加到6 0 ， 7 、 2 8 、 5 6 和9 0 d 抗压强度分别下降3 7 0 、 1 8 6 、 1 7 6 和9 5 ， 降低幅度随 着龄期的增加而不断减小。 粉煤灰掺量为2 0 6 0 的自 密实 混凝土2 8 d 抗压强度均大于5 0 b l P a ， 基本满足海工混凝土的 强度要求，对于常用的C 5 0 混凝土粉煤灰掺量宜控制在4 0 以内。 3 3 耐久性试验 ( 见表1 0 ) N E W B U I L DI NG MAT E R I AL S 6 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 王成启， 等： 粉煤灰海工 自密实高性能混凝土的试验研 究 表 1 0 粉煤灰自密实混凝土的电通量和扩散系数 1 0 m 2 s ， 能满足海洋环境下抗氯盐侵蚀的耐久性要求。 参考文献 ： 1 O k a n mr a H， O u c h i M S e l f c o mp a c t i n g c o n c r e t e ： d e v e l o p m e n t ， p r e 从表 1 0可以看出， 随着龄期的增加， 混凝土的电通量不 3 断降低。 随着粉煤灰掺量的增加， 自 密实混凝土的电通量先降 低后升高； 粉煤灰掺量为4 0 的自密实混凝土电通量相对较 f 4 小， 5 6 d 和9 0 d 的电通量均小于 1 0 0 0 C ， 具有较高的抗氯盐 侵蚀能力； 粉煤灰掺量为5 0 、 6 0 时， 混凝土的电通量相对 5 较高， 均大于 1 0 0 0 C 。 扩散系数的变化规律与电通量基本相同，粉煤灰掺量为 6 4 0 的自密实混凝土的扩散系数较小。粉煤灰掺量为3 0 、 4 0 的自密实混凝土9 0 d 扩散系数分别为 1 4 3 5 x 1 0 m 2 s 、 7 1 1 1 6 3 x 1 0 m 2 s ， 小于 1 5 1 0 m 2 s ， 具有较高的抗氯盐侵蚀 性能。因此， 掺3 0 4 0 粉煤灰的自 密实混凝土可满足海洋 8 】 环境下抗氯盐侵蚀的耐久性要求。 f 9 1 4 结论 通过优选原材料和配合比的优化设计，研究了粉煤灰海 1 0 工白密实高性能混凝土， 系统研究了其工作性、 抗压强度和耐 久性等性能指标。 掺入3 0 4 0 粉煤灰的自 密实混凝土具有 H J 较高的流动性、 填充性、 间隙通过性和抗离析性等， 能满足白 密实混凝土的施工要求，并具有较高的抗压强度和抗氯盐侵 1 2 蚀耐久性， 9 0 d的电通量小于 1 0 0 0 C ， 9 0 d 扩散系数小于1 5 x s e n t u s e a n d f u t u r e C I I n t e r n a t i o n a l R I L E M S y m p o s i u m o n S e l f - Co mp a c t i n g Co n c r e t e ， S t o c k h o l m ， 1 9 9 9 ： 3 -1 4 郭景强 ， 陈贺 新， 翟延波 免振 自密实混凝土 综述 及其应用 J 1 天 津建材， 2 0 0 0( 3 ) ： 2 7 3 2 陈剑雄 ， 张旭 ， 刘巧玲 自密实混凝土 的研 究进展 J 建筑 技术开 发 ， 2 0 0 3 ( 1 2 ) ： 9 2 9 4 朱炳喜 粉煤 灰 白密实混凝土 配合 比正交试验研 究与应用 【 J 1 混 凝土 ， 2 0 1 0 ( 2 ) ： 1 3 0 1 3 2 王成启， 汪冬冬 上海液化天 然气码 头高性能混凝土配制与施 工 技术 J j _ 水运工程 ， 2 0 1 0 ( 1 ) ： 1 0 8 1 1 2 盛峰平， 华 自勇海工 高性能混凝土在 东海 大桥工程中的应用l J 1 中国市政工程 ， 2 0 0 6 ( 4 ) ： 2 9 3 2 盖 国晖， 李超 ， 熊建波 青岛海湾 大桥海 工高性能混 凝土配 制技 术研 究 J 1 公路， 2 0 0 9( 9 ) ： 1 5 5 1 6 1 周 国强 杭 州湾跨海大桥 承台海工 高性 能混凝土 的试验研 究【 J J 城市道桥与 防洪 ， 2 0 0 8 ( 1 2 ) ： 1 0 2 1 0 4 李 维 ， 王献 军 粉 煤灰 高性 能混凝 土 的试验 研究 f J 铁 道 建筑 ， 2 0 0 8( 5 )： 1 0 9 1 l 2 杨跃 ， 袁杰 ， 王晓博 粉煤灰高性能混凝土氯离子渗透性 能研究 J lI _低温建筑技术 ， 2 0 0 8 ( 4 ) ： 1 3 1 5 刘萍华 ， 许志敏， 殷波 大掺量粉煤灰高性能混凝土试验研 究【 J I 扬州大学学报 ( 自然科学版) ， 2 0 0 7( 1 ) ： 6 7 7 1 曾艳 大掺量粉煤 灰高性能混凝 土配制及性 能研 究I J 1 粉 煤灰 ， 2 0 0 6 ( 4 ) ： 1 6 1 7 A ( 上接第 5 6页) 可见， 虽然对砌块进行优化后， 传力途径较为复杂， 但竖 向抗压承载力不会成为限制优化混凝土夹芯秸秆块砌块保温 性能的因素。 7 结语 ( 1 ) 利用有限元方法模拟了混凝土夹芯秸秆块砌块墙体 的三维稳态传热过程， 计算了墙体的平均传热系数， 并与试验 结果进行了比较， 两者基本一致， 相对误差小于5 6 。 ( 2 ) 通过对混凝土夹芯秸秆块砌块内部传热机理的研究 表明， 砌块肋部所形成的固体热桥对其保温性能起着主导因 素。 6 6 新型建筑材料 2 0 1 1 9 ( 3 ) 在对原砌块内部结构进行改造， 并用保温砂浆代替水 泥砂浆后， 平均传热系数减小 1 3 5 3 ， 在承载能力不削弱的 条件下可有效地提高砌块的保温性能。 参考文献 ： 【 1 刘永 ， 刘福胜 ， 范军， 等 混凝土秸秆砌块墙 的保温性 能试验 研究 f J 】 _ 新型建筑材料， 2 0 0 9( 1 2 ) ： 7 8 7 9 2 刘永 ， 刘福胜 ， 路则光 ， 等- J 、 麦秸秆砌块干燥 过程中水分挥发规 律研究 J 1 _建筑节能 ， 2 0 1 0 ( 3 ) ： 4 9 5 0 3 范军， 刘福胜 ， 刘永 ， 等 秸秆纤维 混凝 土砌块的强度和保温性 能 试验研究f J J 建筑科学 ， 2 0 1 0 ( 8 ) ： 4 5 4 7 A 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m