矿物掺合料对免振捣轻骨料混凝土工作性能影响的试验研究.pdf

2 0 1 0 年 第 4期 (总 第 2 4 6 期 ) Nu mb e r4 i n 2 01 O ( To t a 1 No 2 46) 混 凝 土 Co n c r e t e 预拌混凝土 READY M I XE D CONCRETE d o i ： 1 0 3 9 6 9 d i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 0 0 4 0 3 1 矿物掺合料对免振捣轻骨料混凝土 工作性能影响的试验研究 傅 E t 荣 ，逄鲁锋 ，刘桂宾 ，孙开双 。 ( 1 山东建筑大学 土木 _ 】= = 程学院 ，山东 济南 2 5 0 1 0 1 ；2 3 青岛康太源商砼有限公司， 山东华迪建筑科技有 限公司 ，山东 济南 2 5 0 0 1 3 ； 山东 青岛 2 6 6 0 0 0 ) 摘要 ： 进行 了粉煤灰 、 硅灰 、 矿粉的单掺和复掺 轻骨 料混凝 土工作性 能对 比试验 ， 制 定了评价 免振捣 泵送轻骨料混凝土 的工作性能评 价指标。利用坍落简和改进设计的u型仪、 分层度仪等仪器， 试验研究了矿物掺合料对免振捣轻骨料混凝土坍落度 、 扩展度、 分层度等工 作性能指标的影 响。研究结果 对泵送轻骨料混凝土的广泛应用具有很好的借鉴作用 。 关键词 ： 免振捣 ；轻骨料混凝土 ；矿物掺合料 ；工作性能 ；填充密实性 ；流动性 ；匀质性 中图分类号 ： T U5 2 8 5 3 文献标志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 0 ) 0 4 0 0 9 6 0 4 St u dy of wor k per f or man c e on mi ne r al a dm ix t ur e t o vi br a t i on- f r e e l i ght w e i ght ag gr e ga t e c onc r e t e FURl - t o n g ， PANG Lu f e n g 一 ， LI U Gu i - b 抽 ， SUN Ka i - s hu a n g ( 1 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， S h a n d o n g J i a n z h u U n i v e r s i ty， J i n a n 2 5 0 1 0 1 ， C h i n a ； 2 S h a n d o n g H u a d i B u i l d i n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y C o r p o r a t i o n， J i n a n 2 5 0 0 1 3 ， Ch i n a ； 3 Q i n g d a oK a n g t a i y u a nC o n c r e t eC o r p o r a t i o n ， Qi n g d a o2 6 6 0 0 0 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Co n d uc t e d c o mp a r i s o nt e s t f o rt h ewo r k o f Li g h t we i g h tAg g r e g a t eCo n c r e t eP e r f o r ma nc e a d dwi t hfly a s h， s i l i c af u me， s l a g r e d o p e d s i n g l e b l e n d i n g， a n d d e v e l o pe d an e v a l u a t i o n i n d i c a t o r s f o r t h e wo rk o f s e l f - c o mpa c t i o n l i g h tw e i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e p u mp i n g p e r f o r man c e Th r o u g ht h e us eo f t u b e a n di mp r o v e me n to f S l umpU i n s t r u m e n t d e s i g n， l a y e r e dme a s u r i n g e q u i p m e n t a n dot h e r e q u i p me n t ， WC r e s e a r c ht h emi n e r a l a d mi x t u r e s o n the s e l f - c o mp a c t i o n l i g h t we i g h t a g gre g a t e c o n c r e t e s l u mp， e x t e n d e d d e gre e ， a n d h i e r a r c h i c a l d e gre e o f t h e i mp a c t o f j o b p e r f o r man c e Th e r e s ult s h a s a v e r y g o o d r e f e r e n c e f o r t he p u mp e x t e n s i v e u s e of l J g h t we i g h t a g gre g a t e c o n c r e t e Ke y wor d s： v i b r a t i o n fr e e ； l i g h twe i g h t a g gre g a t e c o n c r e t e； mi n e r a l a d mi x t u r e ； wo r k p e r f o rm anc e ； fil l i n g c o mp a c t n e s s ； mo b i l it y； h o mo g e n e i t y 0 引言 水泥浆体流变能力的好坏是混凝土流变性能好坏的直接 驱动力f l 1 ， 它决定了 昆 凝土的流动性能 ， 而水泥浆体的流变性 能口 与矿物掺合料种类和掺量有直接关系。一般认为混凝土的工 作性能包括流动性 、 可塑性、 填充密实性 ， 对于免振捣轻骨料 混凝土还应包括稳定性、 匀质性等。其中流动性反映混凝土触 变能力的高低， 通常用坍落度和扩展度来衡量 ； 填充密实性反 映混凝土填充模板、 成型密实的程度， 是流动性、 稳定性和间隙 通过能力的综合表现 ， 通常用填充高度来衡量； 匀质性反映混 凝土的抗离析性和分层性 ， 通常借助于分层度来衡量。 1 工作性能的评 价指标 为了准确评价免振捣轻骨料混凝土的工作性能， 本文综合 考虑流动性、 填充密实性、 匀质性及稳定性， 确定用以下几个试 验指标来评价其工作性能： 1 1 坍 落度和 扩展 度 用坍落度和扩展度两个指标来衡量免振捣轻骨料混凝土 拌合物的流动陛能。坍落度试验常用来评价混凝土的流动性， 可 以间接的反映轻骨料混凝土拌合物的屈服应力大小。扩展度试 收稿 日期：2 0 0 9 1 2 2 1 9 6 验是混凝土从坍落筒完全下落铺展开来时混凝土的平均直径 。 1 2 填 充 高度 用填充高度指标来衡量免振捣轻骨料混凝土拌合物的填充 密实性， 间接反映轻骨料混凝土的免振捣程度， 它是流动性 、 稳 定性和间隙通过能力的综合表现。针对所用淄博博山5 1 6 l 1 1 I l 1 页岩陶粒轻骨料改进设计了如图 1 所示的u型流变仪， 用于测 定免振捣轻骨料混凝土的填充高度。u型仪隔珊型障碍由6根 直径 1 2 i i l l n间距 2 5 mm的钢筋组成， 使用证明该u型仪使用简 单、 操作方便， 所测数据准确可靠 。 1 3分层度 分层度是用来反映轻骨料混凝土中轻骨料的抗离析性和均匀 分布程度的指标3 。 改进设计的分层度仪( 见图2 ) ， 该仪器由3 个薄 壁圆柱筒组成， 对圆柱内径和高度都进行加大， 直径为 1 8 0 m m， 每 层高度分别为 1 1 0 mm,这样大大减小了圆柱筒壁对骨料的约束 力， 使测得的分层度接近在自然状态下的轻骨料分层情况。 试验时分别称出每层轻骨料的质量， 按照式( 1 ) 计算质量 分层度 ： 一 V 2 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 隔栅型 障碍 隔栅 型障碍 m m m m m m 开启 图 1 U型流变 仪 l U1 T i m 图 2分层度 仪 式中： 质量分层度， ； 一 每层轻骨料的质量， k g ； 所有层轻骨料的平均值， k g 。 1 4 塑性黏 度和 屈服 应 力 塑性黏度和屈服应力的测定有利于建立水泥浆体和免振 捣轻骨料混凝土流变参数之间的数学关系， 从中寻求满足可泵 送免振捣轻骨料混凝土要求的水泥浆体流变参数指标。水泥净 浆和砂浆的塑性黏度和屈服应力统一采用NXL 1 1 A型旋转黏 度 仪( 如图 3 所 示 ) 进行测定。 2 原材料与试验方 法 2 1 原材料 图 3 NX L 一1 1 A型旋转黏度仪 水泥： 青岛山水水泥厂生产的山水牌 P O 4 2 5 R级水泥； 粉煤灰： 潍坊明华 I 级粉煤灰( 简写为 F A) ； 硅灰 ： 武汉钢铁公司生产的硅灰( 简写为 s F ) ， 颗粒密度 2 2 g ， c m ； 矿粉 ： 青岛昊德公司生产的磨细矿渣粉( 简写为 B F S ) ， 密 度 2 9 6 g c m ， 其化学成分及物理性能见表 1 。 ( 2 ) 骨料 轻骨料： 依据 J G J 5 l 一2 0 0 2 轻骨料混凝土技术规程 的 要求 ， 对试验所选用的轻骨料各项性能指标控制如表 2 ； 其中 包括淄博博山碎石状页岩陶粒和济南长清黏土陶粒， 粒径 5 1 6 I T I IT I 。 细骨料 ： 根据建筑用砂标准， 对试验用的青岛大沽河河砂 ( 1 ) 胶凝材料 进行了各项性能检测， 具体检测结果如表 3 。 表 1 胶凝材料的化学成分及物理化学指标 ( 3 ) 外加剂 及增 黏剂 ： 聚羧 酸系减水剂 L P C， 羟丙基 甲基纤 维素 H P MC。 ( 4 ) 水 ： 清洁 自来水 。 2 2 试 验 方 法 坍落度、 扩展度测定按G B T 5 0 0 8 0 - - 2 0 0 2 普通混凝土拌合物 性能试验方法标准 进行； 抗压强度的测定按 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 普通混凝土力学性能试验方法标准 进行； 填充高度用轻骨料混 凝土 u型仪测定； 分层度用分层度仪测定并按式( 1 ) 计算。 水泥浆体的塑性黏度和屈服应力采用 NX L 1 1 A型旋转黏 度仪进行测定， 通过对浆体的 叫流变曲线采用最小二乘法进 97 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 行线性拟合得到。水泥浆体流动度测定根据 G B T 8 0 7 7 -2 0 0 0 混凝土外加剂匀质性试验方法 进行。 3 试验 结果及讨论 3 1 试验 配合 比 试验用水量 1 7 5 k g m3 , 胶凝材料总量为4 7 0 k g m3 , L P C外 加剂掺量为 0 7 ( 占胶凝材料质量分数) ， 体积砂率 4 8 。 3 2 单掺矿物掺合料 ( 1 ) 粉煤灰( F A) 试验中粉煤灰分别以0 、 1 0 、 2 0 、 3 0 、 4 0 的掺量按 1 2 ： 1 替代水泥。 坍落度、 填充高度分别逐渐增加 ， 混凝土的整体流动性能提高。 通过对其水泥浆体流变参数的分析( 见图4 ) ， 可以看出， 随着 F A掺量的增加 ， 水泥浆体的屈服应力降低， 所以流动性增加。 水泥浆体的屈服应力减小的原因是由于粉煤灰的颗粒表面光 滑， “ 滚珠效应” 减小了颗粒之间的摩擦阻力。 图 5反映轻骨料混凝土的分层度随着 F A掺量的增加而 增加， 整体的匀质性降低， 这主要是由于轻骨料的上浮所引 起。由于 F A的“ 滚珠效应” 减小了颗粒之间的摩擦阻力， 使 得水泥浆体的塑性黏度减小 ， 尽管在掺入 F A后对于单位体 积的水泥浆体密度有所降低， p表现为减小 ， 但是 p的减小 速度 比浆体黏度的降低速度慢 ， 故导致 a p , 7的增加 ， 加大了 从表 4看 ， 随着 F A掺量的增加， 轻骨料混凝土的扩展度 、 分层度。 表 4 F A对轻骨料混凝土流变性能的影 响 皂 R 基 唾 O 1 5 5 0 1 5 0 O 1 4 5 毫 0 1 4 0 0 1 3 5 0 1 3 0 O 1 2 5 坍落度 ra m 图 4 坍落度与屈服应力的关 系 8 9 1 0 1 l l 2 1 3 l 4 1 5 分层度 ， 图 5 分层度与 A p o的关系 从对混凝土坍落度的损失看， 随着 F A掺量的增加， 坍落度 的损失无论在 3 0 mi n还是在 6 0 mi n都逐渐减小。这主要是因 为 F A的活性较低， 这在一定程度上延缓了水化反应的进行， 因 此导致坍落度的损失随着 F A掺量增加而减小。 轻骨料混凝土的抗压强度随掺量的增加而减小 ， 分析认为 主要是 F A的活性较低， F A的加入在一定程度上延缓了 2 8 d 水泥石的生成量。 另外， 大量 F A的掺入使得轻骨料混凝土流动 性变大， 导致混凝土匀质性变差。 综上所述，在轻骨料混凝土中掺加 F A对改变混凝土的流 动性有利17 o l ， 但是对分层度的影响很大， 掺量较大时使混凝土的 匀质性变差， 同时轻骨料混凝土 2 8 d强度随掺量增加而降低。 ( 2 ) 硅灰( S F ) 表 5 、 6 分别为 s F对轻骨料混凝土的流变性能的影响和掺 s F水泥浆体的流变参数的试验结果。试验中硅灰分别以4 、 6 、 8 、 1 0 的掺量等量替代水泥。 由表 5知： 随着 s F的掺量的增加， 轻骨料混凝土的流动性 能逐渐下降； 坍落度损失在 6 0 mi n内最高达 4 0 l l L r r l ， 最小也有 1 9 m m； 分层度随着 s F掺量的增加而减小， 因此， s F对改善轻 骨料混凝土的匀质性有利； 从 S F对水泥浆体 的流变参数影响看 ( 见表 6 ) ， 随着 s F掺量的增加其浆体的塑性黏度和屈服应力都 表 5 SF对轻骨料混凝的流 变性能 的影响 表 6 掺 SF水泥浆体的流变参数 9 8 不断提高， 导致轻骨料混凝土坍落度 、 填充高度、 扩展度 、 分层 度减小 。 分析认为， 水泥浆体黏性和屈服应力增加的原因主要在于 s F的比表面积比水泥的大很多， s F的掺入使水泥浆体中的 自 由水迅速的被消耗， 颗粒之间的摩擦阻力增大 ， 使得浆体塑性 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 黏度和屈服应力增加 ； 轻骨料混凝土的抗压强度随掺量的增加 而有所提高， 原因是 S F的水化速度比水泥颗粒的水化速度快 ， s F的加入在一定程度上促进了水泥石的生成量。 分析发现， 单掺 s F不能有效地改善轻骨料混凝土的流变性 能 ， 但能显著地提高浆体的黏聚性 ， 并且能够提高混凝土的后 期强度。 ( 3 ) 矿粉( B F S ) 表 7给出了矿粉在不同的掺量下轻骨料混凝土的流变性 能影响。 试验中矿粉分别以 1 0 、 2 0 、 3 0 、 4 0 的掺量等量替 代水泥。 表 7 BF S对 轻骨料 混凝土 的流变 性能 的影响 表 7表明：随着 B F S掺量的增加轻骨料混凝土的坍落度、 填充高度、 扩展度先增加后下降， 掺量在 3 0 左右时存在一个 转折点， 而轻骨料混凝土的整体分层现象逐渐减小。 分析原因在于： B F S颗粒 的“ 滚珠效应” 使轻骨料混凝土 出现坍落度、 扩展度增加的现象； 但当掺量超过 3 0 以后其坍 落度 、 扩展 度又逐 渐减小 ， 这 主要 因为具 有较大 的比表 面积 的 多余 B F S附着在水泥颗粒的表层， 吸收了颗粒之间的一部分 自 由水所致。同时， 由于 B F S的比表面积比水泥的大， 因此其在 水泥浆体中能形成更密集的絮凝体系， 一定程度提高了水泥 浆体的黏性， 降低了轻骨料的上浮能力 ， 使分层度减小。从坍 落度损失看， 随着 B F S掺量的增加 ， 轻骨料混凝土的坍落度损 失逐渐减小， 这主要是因为水泥浆体中B F S释放了填充于水泥 表面积比水泥的大，因此适当掺量的 B F S能够提高混凝土的 强度 ； 但是过多较低活性的 B F S的掺人， 短时间内难以发挥出 较高的强度 ， 因此 B F S对轻骨料混凝土 2 8 d强度的发展也存 在一个转折点。 综上所述， 适当掺量的B F S有利于改善水泥浆体的流动性 能， 降低坍落度损失和分层度 ， 但掺量过大强度有所降低。 因此 ， 单掺矿物掺合料很难同时满足免振捣轻骨料混凝土 整体工作性能和强度的要求。 3 3复合矿物掺合料 试验配合 比与研究单掺矿物掺合料时的试验配合比相同， 矿物掺合料替代水泥质量的 3 5 ， 粉煤灰按 1 2 ： l 替代水泥， 矿 粉和硅灰按等质量替代水泥。复掺矿物掺合料对轻骨料混凝土 颗粒之间的多余水分， 故使混凝土的坍损减小。 由于 B F S的比 工作性能的影响见表 8 。 表 8复合矿物掺合料 对 L C工作性能 影响 从表 8可看出， 与单掺矿物掺合料相比， 矿物掺合料的复 合掺加能明显减小轻骨料混凝土的分层度 ， 7组试验的分层度 均在 1 0 O 以下， 整体的匀质性明显好于单掺矿物掺合料配制的 轻骨料混凝土。并且其工作性能指标也有良好改善， 坍落度都达 到 2 5 0 m n以上， 填充高度达到 3 2 0 i n n l 以上， 扩展度达 6 0 0 r n n l 左右， 完全满足免振捣泵送对坍落度、 扩展度及匀质性的技术 要求 。 4结 论 本试验综合利用了粉煤灰和矿粉的“ 滚珠效应” 和硅灰的 增稠早强特点， 改善轻骨料混凝土的整体工作性能 ， 并能提高 轻骨料混凝土强度。 由此可见， 配制 L C5 0以下的轻骨料混凝土可掺 1 5 o 3 0 的 粉煤灰和4 9 的硅灰 ， 或者掺加 1 0 2 5 的粉煤灰和 1 0 o 2 5 的矿粉， 或者掺加 1 0 1 5 的粉煤灰、 1 0 1 5 的矿粉和 4 6 的硅灰， 可以充分的发挥各组分的优势， 弥补单掺的不 足， 大大提高轻骨料混凝土的流动性和匀质性， 并能有效提高 混凝土 的后期强度 。 参考文献： l l 】1 黄大能， 沈威 ， 等新拌混凝土的结构和流变特征【 M 】 E 京 ： 中国建筑 工业出版社， 1 9 8 3 2 】K O B A Y AS H I C h a r a c t e r i s t i c s o f s e l f c o m p a c t i n g c o n c r e t e i n f r e s h s t a t e w i t h a r t i fi c i a l l i 曲t w e i g h t a g g r e g a t e J J o u r n al o f t h e S o c i e t y o f Ma t e ri a l S c i e n c e ， 2 0 0 1 ( 9 ) 【 3 13 龚洛书积极研究开发高性能轻骨料混凝土【 J 混凝土， 1 9 9 9 ( 3 ) 【 4 】 赵筠免振捣混凝土的研究和应用I J j 混凝土， 2 0 0 3 ( 6 ) 5 15 蒋家奋 混凝土与水泥制品， 2 o o 1 ( 1 ) 【 6 刘桂宾 免振捣轻骨料混凝土试验研究【 D 】 济南： 山东建筑大学， 2 0 o9 作者简 介 单位地址 ： 联系电话 傅日荣( 1 9 6 4 一) ， 女 ， 教授， 硕士生导师， 主要研究方向混 凝土和预应力混凝土材料和结构性能研究。 济南市历山路 9 6 号 山东建筑大学设计研究院复杂工程 所( 2 5 o 0 l 4 ) l 3 8 6 9 1 0 1 6 1 8 99 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m