砂率对固定当量粉体体积机制砂自密实混凝土工作性能的影响.pdf

1 3 4 铁道建筑 Ra i l wa y Eng i n e e r i n g 文章 编号 ： 1 0 0 3 — 1 9 9 5 ( 2 0 1 5 ) 0 7 — 0 1 3 4 — 0 4 砂率对 固定 当量粉体体 积机 制砂 自密 实 混凝土工作性 能的影响 陈铁 卫 ， 赵 舜 ， 李 固华 ， 周 静 ， 曹 波 ( 西南交通大学 土木工程学 院， 四川 成都6 1 1 7 5 6 ) 摘 要 ： 采取 当量粉体 体积 法设 计机 制砂 自密实混凝 土试 验 配合 比 ， 首 先通过 砂 浆稠度 试验 确定 各粉 体的 当量 系数 并试 配 出合理 的 当量粉体 体积 ， 然后 在 固定 当量粉 体体 积 的条件 下 ， 研 究砂 率 变化对 自密 实混 凝 土工作 性 能的影 响 。通 过坍 落扩展 度试 验 、 J 环 试 验 和 L型仪 试 验 测 试机 制 砂 自密 实混 凝 土拌 合 物 的 填充性 、 间隙通过 性和 稳定 性等 工作 性能 。试验 结 果表 明 ： 砂 率在 4 7 ％ ～5 9 ％ 时 ， 机 制砂 自密 实混凝 土拌 合 物的 自密实性 总体上 随砂 率增 加 先 增 强后 减 弱 ； 砂 率在 5 3 ％ ～5 6 ％ 时 存在 最 优砂 率 ， 使 得 固定 当量粉体 体积 的机 制砂 自密实混凝 土 的 自密 实性 最佳 。 关键 词 ： 机 制砂 当量粉 体体 积 自密 实混凝 土 自密 实性 中图分 类号 ： T U 5 2 8 ． 0 4 1 文献标 识码 ： A D O I ： 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 3 ． 1 9 9 5 ． 2 0 1 5 ． 0 7 ． 3 8 自密实混凝土是一种特殊 的高性 能混凝土 ， 能仅 依靠 自重而无需机械振捣作用密实均匀地填充于模板 空间， 因此其对混凝土拌合物 的和易性要求很高。在 改善混凝土和易性时 ， 日本偏重于采用增加粉体 、 减少 骨料用量的方法 ， 但是这种方法使得混凝土收缩增加 ， 抗裂 性 能降低 。 欧洲 在粗 骨 料 用 量 一 定 的条 件 下 ， 更 注重于选用合理的砂率来改善混凝土和易性 。但是相 同配合 比下 ， 混凝土中不同品种 的粉体对拌合物和 易 性影响很 大。已有 研究 发现⋯ ， 在 相 同的粉体 体积 下 ， 达到相同的稠度粉煤灰 的需水量 只有硅酸盐水 泥 的 8 3 ． 6 ％ ， 而偏高龄土为 1 8 6 ． 9 ％ ， 膨润土为4 0 9 ． 6 ％ ， 可见 不 同粉体 性能 差别 很大 。这 也是 自密 实混凝 土配 合 比难 以确定 的重 要原 因 。 目前 ， 天然 砂 已难 以满 足基 础 建 设 对 其 用量 的需 求 ， 故很多工程采用 了机制砂来替代 天然砂 。由 于机制砂与天然砂在细度模数 、 级配等性质上的差异 ， 在 自密实混凝土中使用机制砂需要进一步的研究 。国 内已有 不少 自密 实混 凝 土 的试 验 研 究 ， 如 徐杰 等 研 究 了砂 率 对 自密 实 混 凝 土 工 作 性 能 的 影 响 ； 何 盛 东 等 研究 了不 同替代率下机制砂混凝 土劈裂抗拉 强 度的变化规律 。但是在这些试验研究中 ， 由于粉体性 能不同或相同质量的粉体体积不 同， 混凝土砂率的影 收稿 日期 ： 2 o 1 5 ． 0 2 一 l O； 修 回日期 ： 2 0 1 5 — 0 4 ． 1 0 基金项 目： 四川省交通科 技项目( 2 0 1 1 D 一 0 4 — 2 ) 作者简介 ： 陈铁卫 ( 1 9 9 4 一) ， 男 ， 成都崇州人 。 响试 验没有 排 除粉 体 的 干 扰 ， 结 果 偏 差大 。故 本 文 以 机制 砂 自密实 混凝 土 为研 究 对 象 ， 采 用 李 固华 教授 提 出的当量粉体体积法配制机制砂混凝 土 ] ， 在 固定 当量粉体体积的条件下研究砂率对 自密实混凝土性能 的影 响 。 1 试验 1 ． 1原材 料 水泥 为 都 江 堰 牌 的拉 法 基 P ． 04 2 ． 5普通 硅酸 盐 水泥； 矿物掺合料为遂宁热电厂生产 的优质 Ⅱ级粉煤 灰和硅灰 ， 并加入石灰石粉 ； 减水剂为四川巨星新型材 料有限公司生产的巨鑫牌 j x - G B N H Y 3型高性能减水 剂 ， 减水 率达 到 3 0 ％ ， 含气 量 3 ％ ； 粗骨 料为 5～ 2 5 m m 连续 级配 碎 石 ； 细 骨料 为 机 制 砂 ， 其 基 本 性 能 指 标 见 表 1 。 表 1机制砂各项性 能指标 1 ． 2 采 用 当量粉体 体 积法 的配 合 比设 计 依据机制砂 自密实混凝 土的 自密实性 ， 采用 当量 粉体体积法设计配合 比。借鉴《 用于水泥和混凝土 中 的粉煤灰》 ( G B ／ T 1 5 9 6 --2 0 0 5 ) 中粉煤灰需水 量 比的 测 定 方 法 ， 通 过 砂 浆 稠 度 试 验 测 得 各 粉 体 当 量 系 数 2 0 1 5年第 7期 陈铁卫等 ： 砂率对 固定 当量粉体体积 机制砂 自密实混凝土工作性能的影响 1 3 5 注 ： A。 ， A ， A ， A ， A 五组 混凝土均配制 2 0 L ， 当量粉体体 积均为 1 9 7 L ／ m 。 1 ． 3试验 方 案 采用坍落扩展度试 验、 J 环试 验和 L型仪 试验测 试 A 。 ， A ， A ， A ， A 五组 自密实混凝土拌合物 的填充 性 、 间隙通过性和稳定性。 1 ) 坍落扩展度试验 在温度( 1 52 ) ℃ ， 相 对湿度 ( 7 05 ) ％ 的条件 下， 根 据 《 普 通 混凝 土拌 合 物 试 验 方法 标 准 》( G B 5 0 0 8 0 --2 0 0 2 ) ， 1 0 s内垂直平稳地提起坍落度筒 ， 记录 从坍落度筒提起开始至坍落扩展至直径 5 0 0 i l l m时所 经历 的时间 t ， 待 扩展 完成后 测 定各组 新 拌混凝 土 的 坍落扩展度。其中， 坍 落扩展度用于评判新拌混凝土 的填充性 ( 表 4 ) ； t 反映新拌混凝土 的扩展速率 ， 与 拌合 物 黏度 有关 。 表 4 自密 实混凝 土拌 合物的填 充性分类 新拌 自密实混凝土 坍落扩展度要求值／ 填充性级别 m m I Ⅱ Ⅲ 5 5 0 —6 5 0 6 6 0 ～7 50 7 60～8 50 参照美国 A S T M 标准 ， 采用视觉稳定性指数方 法 ， 观察坍落扩展后的拌合物表观情况， 判断混凝土拌 合 物是 否具 有 良好 的稳定 性 。视 觉 稳定 性 指 数 ( V S I ) 分类 见表 5 。 2) J环试 验 按《自密实混 凝土应用 技术规程》( J G J ／ T 2 8 3 — 2 0 1 2 ) 进行 J 环试验 ， 测试拌合物的间隙通过性。在坍 落度筒周 围固定一个 J环， 模拟拌合物需通过的模板 表 5视觉稳定性指数分类 内钢筋 。然后提起坍落度筒 ， 待拌合物流动停止后 ， 测 量 J环中心位置拌合物顶面至 J环顶面 的高度差 ， 然 后沿 J 环外缘过圆心两垂直方 向分别测量 4个位置混 凝土拌合物顶面至 J 环顶面的高度差， 从而计算各组 J 环阻塞高差 ， 。阻塞高差越小 ， 阻塞 风险就越小 ， 间 隙通过性就越强。J 环试验阻塞风险分类见表 6 。 表 6 J环试验 阻塞风 险分 类 3 ) L型仪试 验 参 考 《自 密 实 混 凝 土 应 用 技 术 规 程 》( J G J ／ T 2 8 3 --2 0 1 2 ) 中的规定 ， 将混 凝 土拌合 物装 入 L型仪 中 ， 然后开启滑动闸板 ， 待拌合物静止流动后 ， 测量竖 向方形柱内混凝土拌合物高度 日。 以及水平槽内离方 形柱较远一端混凝 土拌合物 的高度 ， 计算 通过率 P R 。通过率 P R可反映一定 间距的钢筋对混凝土拌合 1 3 6 铁道建筑 物的阻塞作用 ， 当 P R≥0 ． 8时， 该混 凝土拌合物具有 较好 的 间隙通 过性 。 2试验结果与分析 2 ． 1砂 率对 自密 实性的 影响 各 组试验 的结 果汇 总于 表 7 。 由表 7可知， 砂率在 4 7 ％ ～ 5 3 ％ 时， 坍落扩展度 随砂率增加而增加 ， 此时填充性等级为 Ⅱ级 ； 而砂率在 5 3 ％ ～ 5 6 ％时， 坍落扩展度变化不大 ， 而当砂率增加到 5 9 ％时 ， 坍落扩展度下 降， 填充性等级降为 I 级 ， 因此 在 5 3 ％ ～ 5 6 ％应存在一个最大坍落扩展度。随着砂 率的增加 ， 坍落扩展时间 t 减小 ， 表明拌合物的扩展 速率 在增 大 。对 于大 型工 程结 构 的浇注施 工或 是预 制 构 件施 工 ， 增 大拌 合物 扩展 速率 可提 高生 产效率 。 表 7各组试验的结果汇总 分析 表 7中阻塞 高差 B ， 发 现： 砂 率 在 4 7 ％ ～ 5 6 ％时 ， 阻塞高差逐渐减小 ， 间隙通过性 不断增强 ， 且 减小幅度在变小 ， 砂率 5 6 ％时的阻塞 高差最小 ， 且与 砂率为 5 3 ％时的阻塞高差相差不大； 砂率 >5 6 ％时 ， 阻塞高差随砂率增加而增加 ， 且增加幅度较大 ， 此时间 隙 通 过性 随砂 率增 加 而减 小 。结 合 L型仪 试 验 中通 过率 P 尺的变化趋势可见 ， 间隙通过性随砂率增加先 增强后减弱。当砂率在 5 3 ％ ～5 6 ％时， 混凝土拌合物 间隙通 过性最 强 。 根据表 7中各组 的稳定性等级 V S I 和表 5可知 ， A 出现 轻微 的 砂 浆 光 环 和 骨 料 堆 积 现 象 ， V S I =2 ， 稳 定性差 ； A ， A 无明显离析但有轻微泌水 ， V S I=1 ， 稳 定性 一 般 ； A ， A 无 明显 离 析 或 泌 水 ， V S I ：0 ， 稳 定 性 好 。这说 明砂 率在 4 7 ％ ～ 5 9 ％ 时 ， 机 制砂 自密 实混 凝 土 的 抗 离 析 性 随 砂 率 增 加 先 增 强 后 减 弱 。砂 率 在 5 3 ％ ～ 5 6 ％时 ， 抗离 析性 变化较 小 ， 且达 到最 好 。 2 ． 2机 理分 析 在当量粉体体积不变的条件下， 随着砂率的增大 ， 机制砂 自密实混凝土拌合物的填充性 、 间隙通过性和 抗 离析 性总体 上 呈先增 强后 减弱 的趋 势 。将 混凝 土体 系视为由砂浆和粗骨料组成 的两相复合材料 ， 并将砂 浆看成 由细 骨料 ( 砂子 ) 和浆体 两相 组成 的 复合材 料 ⋯， 对该试验结果进行分析。 机 制砂 的粒 形一般 圆形 度较 好 ⋯ ， 故 在混 凝 土 中 存 在 明显 的双重效 应 ， 一是 圆形颗 粒 的滚动 减水 效应 ； 二 是 比表面 积大 ， 需水 量高 。 当用水量 一定 ， 且 当量 粉体体 积 固定 时 ， 若砂 率较 小 ， 则起 滚动 减水 作用 的颗 粒减少 ， 粗 骨料 间 的空 隙增 大， 此时浆体会先填充粗骨料间的空隙 ， 缺少足够的浆 体来包裹粗骨料进行润滑。因此 ， 当砂率较小时 ， 自密 实混凝土的填充性较差 ， 且 由于部分粗骨料缺少浆体 包围而离析 ， 抗离析性与 间隙通过性较差 。若砂率过 大 ， 则细骨料 的总 比表 面积增 大 ， 所需浆 体与水均增 多， 但 由于固定 当量粉体体积且用水量不变 ， 因此混凝 土拌 合物 内部 摩擦 力增 强 ， 填 充性 、 抗离 析性 和 间隙通 过性均降低 。根据试验结果可知 ， 砂率在 5 3 ％ ～ 5 6 ％ 时存在最优砂率 ， 使得机制砂 自密实混凝土 自密实性 最佳 。 3 结论 1 ) 当量粉 体 体积 固定不 变 时 ， 本试 验 配制 的机 制 砂 自密实混凝 土拌合物在砂率 为 5 3 ％ 一5 6 ％时存 在 最佳 自密实性 。超 出 这 一 范 围 ， 机制 砂 自密 实 混 凝 土 拌合物性能降低甚至不满足要求。 2 ) 合理的当量粉体体积是 自密实混凝土配 制的 必要 条件 。在 这一 条 件 下 ， 仍 存 在 最 佳 砂 率 。在 实 际 施工 中应综合考虑工程对 自密实性等级的要求 ， 先计 算并 试配 出合 理 的 当量 粉体 体 积 ， 再 通 过 多 组 试 验 选 取最 优机 制砂 率配 制机 制砂 自密 实混凝 土 。 参 考 文 献 [1] 于春辉． 低强度 高性能机 制砂 混凝 土和易 性 的研 究 [ D] ． 成都 ： 西南交通大学 ， 2 0 1 3 ． [ 2] H E J i a y i n ， L I G u h u a ． T h e I n f l u e n c e o f S a n d R a t i o o n C o n c r e t e P e rf o r ma n c e i n t h e C a s e o f F i x e d P o w d e r P a s t e [ C ] ／ ／ A p p l i e d Me c h a n i c s a n d Ma t e r i a l s ． S wi t z e r l a n d： Tr a n s Te c h Pu b l i c a t i o n s， 2 0 1 5年第 7期 陈铁卫等 ： 砂率对 固定 当量粉体体积 机制砂 自密实混凝土工作性能 的影响 1 3 7 201 4： 1 2 76- 1 281． [ 3] 徐大祯． 高性能机制砂混凝土耐久性 的研究 [ D] ． 成都 ： 西 南交通大学 ， 2 0 1 3 ． [ 4] 徐杰 ， 叶燕 华 ， 朱铁梅 ． 砂率对 自密实混凝土工作性 能的影 响 [ J ] ． 混凝土 ， 2 0 1 3 ( 4 ) ： 1 0 1 - 1 0 3 ． [ 5] 何盛东 ， 栗蕾 ， 李 广慧 ， 等． 机 制砂 混凝土劈 裂抗 拉强度 的 试验研究 [ J ] ． 混凝土 ， 2 0 1 4 ( 1 1 ) ： 5 O 一 5 2 ． [ 6] 顾海朋 ， 魏群 ， 李 固华 ， 等． 当量粉 体体积 对 自密 实混凝 土 工作性能 的影响 [ J ] ． 工业建筑 ， 2 0 1 4， 4 4 ( 增 1 ) ： 9 2 0 — 9 2 2 ． [ 7] 徐大祯 ， 李固华 ， 魏群 ， 等． 粉 体体 积对机 制砂低 强度 混凝 土和易性 的影 响[ J ] ． 铁道科 学与 工程学 报 ， 2 0 1 3， 1 0 ( 6 ) ： 6 9- 73． [8] 中华人 民共 和 国住 房和 城乡建 设部 ． J G J ／ T 2 8 3 --2 0 1 2 自密实混凝 土应用技 术规 程 [ S ] ． 北 京 ： 中 国建筑 工业 出 版 社 ， 2 0 1 2 ． [ 9] A me r i c a n S o c i e t y f o r T e s t i n g a n d Ma t e r i a l s ． C 1 6 1 1 S t a n d a r d Te s t Me t h o d f o r Sl u mp Fl o w o f Se l f ． Co n s o l i da t i n g Co n c r e t e 【 S ] ． P h i l a d e l p h i a ： A S T M I n t e r n a t i o n a l ， 2 0 0 9 ． [ 1 O ] 龙 广成 ， 谢友 均． 自密实 混凝 土 [ M] ． 北京 ： 科 学 出版 社 ， 201 3． [ 1 1 ] 刘 秀美． 机 制砂作混 凝土细骨料的研究 [ D] ． 济南 ： 济南 大 学 。 2 0 1 3 ． I n f l u e n c e o f s a n d r a t i o o n wo r k i n g p e r f o r m a n c e o f s e l f - c o m p a c t i o n c o n c r e t e wi t h ma n u f a c t u r e d s a n d i n c o n d i t i o n o f f i x e d p o wd e r e q u i v a l e n t v o l u m e CHEN Ti e we i ， ZHAO S h u n， LI Gu h u a， ZHOU J i n g， CAO Bo ( S c h o o l o f C i v i l En g i n e e r i n g ， S o u t h we s t J i a o t o n g Un i v e r s i t y ， Ch e n g d u S i c h u a n 6 1 1 7 5 6， C h i n a ) Abs t r a c t ： The pa p e r a p pl i e s t h e p o we r e q ui v a l e n t vo l ume m e t ho d i n t he de s i g n o f e xp e r i me nt a l l y pr o p o r t i o nal r a d o f o r s e l f-c o m p a c tio n c o n c r e t e o f m a c h i n e — ma d e s a nd．I t s t a r t s wi th i de nt i f i ng th e e q u i v a l e nt c o e ffi c i e nt o f d i ffe r e n t po wde r s vi a mo r t a r c o ns i s t e nc y t e s t ， a nd pil o t s the p o wde r e q ui va l e nt vo l ume a c c or d i ng l y．Ahe r wa r ds wi t h the v o l u me s t a n d s a s a f i x e d v alu e ， the p a p e r s t u d i e s t h e i n f l u e n c e o f s a n d c o a r s e a g g r e g a t e r a ti o t o t h e wo r k ing p e r f o r ma n c e o f s e l f - c o mp a c t i o n c o n c r e t e wi t h ma c h i n e — ma d e s a n d ． I t c o n d u c t s s l u mp — d i v e r g e n c e t e s t ， J — r i n g t e s t ， L — s h a p e d ins t r u me n t t e s t t o s tud y t h e f i l l i b i l i t y， p e r me a b i l i t y a n d s t a b il i ty o f t h e s e l f - c o mp a c ti o n c o n c r e t e mi x tur e ． Th e r e s ul t s indi c a t e tha t a s the s a n d r a ti o inc r e a s e s wi th in a r a ng e o f4 7％t o 5 9％ ， the s e l f - c o mpa c ti o n pe r f o r ma nc e o f the m i xtur e i m p r o ve s a n d the n d e c l ine s ． I t ne e ds t o b e no t e d t ha t t he o pti ma l r a tio s t a n ds wi thi n 5 3％t o 56 ％ ． du r ing wh i c h t he s e l f - c o m p a c tio n pe r f o r m a nc e o f t he c o nc r e t e wi th m a c hine — m a d e s a nd o f f i x e d a nd p o wde r e q ui va l e nt vo l um e ha s b e e n pr ov e n t o b e the m o s t pr e f e r a b l e ． Ke y wor ds ： M a c hi n e — ma d e s a nd； Po wd e r e q u i v a l e nt vo l um e； Se l f-c o mpa c ti o n c o nc r e t e； S e l f-c omp a c ti o n pe r f o r m a nc e ( 责任 审编葛全红)