超大粒径骨料机制砂自密实混凝土构件性能.pdf

第 1 9卷第 3期 2 0 1 6年 6月 建筑材料学报 J OURNAL OF BUI L DI NG MATERI AL S V01 1 9 No 3 J u n ， 2 0 1 6 文 章 编 号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 6 ) 0 3 0 5 5 0 0 6 超大粒径 骨料 机制砂 自密实混凝土构 件性 能 蒋正武 ， 袁政成 ， 钱辰 ( 同济大学 先进土木工程材料教育部重点实验室，上海 2 0 1 8 0 4 ) 摘要 ： 开展 了不同粒径骨料机制砂 自密实混凝土构件的性能研 究 结果表明： 不 同粒径骨料机制砂 自密实混凝土工作性能 良好 ， 其抗压强度及密实度较 大 相比普通粒径 骨料机制砂 自密实混凝土 ， 超 大粒径 和 大粒 径骨 料机 制砂 自密 实混 凝 土 内部 温峰 降低 1 8 2 3 ， 温峰 出现 时 间延 长 4 9 h ， 但是， 其构件 受弯极限栽荷较低 ， 且所受弯矩越 大， 超大粒径 骨料的尺寸影响效应越明显 超大粒 径及大粒径骨料的粒径、 堆积程度、 分布状态、 界面黏 结情况是影响机制砂 自密实混凝土构件受力 性 能 ， 尤其是 抗 弯拉性 能的关键 因素 关 键词 ：超 大粒径 骨料 ； 机 制砂 ；自密 实混凝 土构件 ；温峰 ；弯矩 中图分 类号 ： T U5 2 8 0 1 文 献标 志码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 1 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 6 0 3 0 2 3 S e l f - c o mp a c t i ng Co nc r e t e M e mb e r s Fi l l e d wi t h Ex t r a l a r g e S i z e Ag g r e g a t e s a n d M a n uf a c t u r e d S a nd J I ANG Z h e n g wu， YUAN Zh e n g c h e n g， QI AN C h e n ( Ke y L a b o r a t o r y o f Ad v a n c e d Civ i l En g i n e e r i n g Ma t e r i a l s o f Mi n i s t r y o f E d u c a t io n，To n g j i Un i v e r s i t y ，S h a n g h a i 2 0 1 8 0 4 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：Th e p r o p e r t i e s o f s e l f c o mp a c t i n g c o n c r e t e me mb e r s a d d e d wi t h d i f f e r e n t s i z e a g g r e g a t e s a n d ma n u f a c t u r e d s a n d we r e s t u d i e d Th e r e s u l t i n d i c a t e s t h a t t h e wo r k a b i l i t y o f s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e p r e p a r e d wi t h d i f f e r e n t s i z e a g g r e g a t e s a n d ma n u f a c t u r e d s a n d a d d e d c a n me e t t h e f i l l i n g r e q u i r e me n t ，t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d i n t e r n a l c o mp a c t n e s s o f d i f f e r e n t me mb e r s a r e f a v o r a b l e a n d c a n me e t r e l a v e n t r e q u i r e me n t Co mp a r e d wi t h ma n u f a c t u r e d s a n d s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e me mb e r i n c o r p o r a t i n g n o r ma l s i z e a g g r e g a t e ，t h e i n t e r n a l ma x i mu m t e mp e r a t u r e p e a k o f s e l f c o mp a c t i n g c o n c r e t e me mb e r s a d d e d wi t h e x t r a l a r g e s i z e a n d l a r g e s i z e a g g r e g a t e s d e c r e a s e s b y 1 82 3 a n d t h e t e mp e r a t u r e p e a k d e l a y s 49 h Ho w e v e r ，t h e u l t i ma t e f l e x u r a l l o a d o f s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e me mb e r s a d d e d wi t h e x t r a l a r g e s i z e a n d l a r g e s i z e a g g r e g a t e s i s l o w，a n d t h e h i g h e r b e n d i n g mo me n t i s ，t h e mo r e o b v i o u s s i z e e f f e c t o f l a r g e s i z e a g g r e g a t e i s Th e k e y e f f e c t o f t h e f a c t o r s o n me c h a n i c a l p r o p e r t i e s ，e s p e c i a l l y b e n d i n g a n d t e n s i o n r e s i s t a n c e o f s e l f c o m pa c t i ng c o nc r e t e m e m b e r s a d de d wi t h d i f f e r e n t s i z e a gg r e ga t e s，a r e di a m e t e r ， a c c u m u l a t i o n de g r e e ，d i s t r i b u t i o n a n d i n t e r f a c e b o n d i n g o f e x t r a l a r g e s i z e a n d l a r g e s i z e a g g r e g a t e Ke y wo r d s：e xt r a l a r ge s i z e a ggr e ga t e；ma n uf a c t u r e d s a nd；s e l f c o m p a c t i n g c o nc r e t e m e m b e r；t e mpe r a t ur e p e a k；be nd i ng mo m e n t 随着建筑结构逐渐 向高大化方 向发展 ， 大体积 自密实混凝土得到 了广泛的发展和应用 目前 ， 国 内大体积混凝土主要使用二级配骨料混凝土 ， 由于 胶材用量较高 ， 水化热较大， 容易导致浇注结构产生 温度裂缝 在保证力学性能 的前提下 ， 超大粒径 和大粒径 骨料机制 砂 自密实 混凝 土 ( HL AS C C和 收稿 日期 ： 2 0 1 5 0 1 0 5 ；修订 日期 ： 2 0 1 5 0 2 1 5 基金项 目： 国家重 点基础研 究发 展计划 ( 9 7 3计划) 项 目( 2 0 1 1 C B 0 1 3 8 0 5 ) ； 国 家 自然科学基 金资 助项 目( 5 1 4 7 8 3 4 8 ， 5 1 2 7 8 3 6 0， 5 1 3 0 8 4 0 7 ) ； “ 十二五” 国家科技支 撑计划项 目( 2 0 1 4 B AL 0 3 B 0 2 ) ； 上海市科委重点项 目( 1 4 DZ 1 2 0 2 3 0 2 ， 1 5 D Z 1 2 0 5 0 0 3 ) 第一作者 ： 蒋正武 ( 1 9 7 4 一) ， 男 ， 安徽潜 山人 ， 同济大学教授 ， 博士生导师 ， 博士 E - ma i l ： j z h wt o n g j i e d u a n 第 3期 蒋正武 ， 等 ： 超大粒径骨料机制 砂 自密实混凝土构件性能 L AS C C ) 与 普 通 粒径 骨料 机 制砂 自密 实 混 凝 土 ( NAS C C ) 相比， 既可节约胶凝材 料 ， 又可有效降低 其 内部的水化温升 HL A s C C与 L AS C C是 在 自密实 混 凝 土基 础 上 发展起来的一种新型混凝土 ， 首先进行模板工程并预 置钢 筋 ， 然 后 将 满 足 要 求 的 超 大 粒 径 ( 3 0 0 6 0 0 c m) 骨料 和大粒径 ( 1 0 0 3 O 0 c m) 骨料 倒人 施 工仓， 形成具有一定 自然空隙的骨料堆积体 ， 再在 其表面浇注超流态机制砂 自密实混凝土( S F S C C ) 或 超流态砂浆( S F M) ， 依靠其 自重填充空 隙， 硬化后与 骨料形成完整、 密实 、 低水化热的混凝土结构 S F S C C 采用机制砂配制 ， 拌和物具有优异 的工作性能， 黏度 极低， 流动性好 ， 倒坍落度筒流出时间小于 6 S r 5 。 本 文 试 验 制 备 了HL AS C C，L AS C C 和 N AS C C， 对其工作性能、 力学性能 、 密实度及水化温 升进行 了研究 1 原材料 、 试验方案及方法 为 3 1 5 IT 1 k g ， 3 ， 2 8 d胶 砂 抗 压 强度 分 别 为 2 8 7 ， 5 6 4 MP a ； 砂为水洗机制砂， 其石粉含量为 7 ( 质 量分数) ， 细度模数为 3 0 ； 粉煤灰为 级粉煤灰 ， 其 需水量为 9 3 ( 质量分数) ， 烧失量为 4 9 ( 质量分 数) ， 细度为 1 9 9 ( 质量分数) ； 减水剂为星恒聚羧 酸减水剂 ； 超大粒径骨料粒径为 3 0 0 6 0 0 c m， 其 中粒径小 于 3 0 0 c m 的骨料不 超过 5 ( 质 量分 数) ； 大粒径 骨料粒径为 1 0 0 3 0 0 c m， 其 中粒径 小 于 1 0 0 c m 的骨料不 超过 5 ( 质 量分数 ) 1 2 试验 方案 首先配制 S F S C C， S F M， 再制备不同粒径( 3 0 0 - - - 6 0 0 c m， 1 0 O 3 O 0 C IT I ， 0 5 2 0 c m) 骨料 机制 砂 自密实混凝土 ， 构件尺寸为 1 I T 1 1 m6 m 优化后 C 3 0级 S F S C C， S F M 和 NAS C C的配合比见表 1 ， 工 作性能及力学性能见表 2 HL AS C C构件制备流程 如图 1所示 1 3试验 方法 由于 S F S C C， S F M 的制备和 NAS C C相 同， 因 1 1 原材料 此其坍落度 、 坍落扩展度、 倒坍落度筒流出时 。 测 水泥为 P O 4 2 5金九拓达水泥 ， 其 比表面积 试参照 GB T5 0 0 8 0 -2 0 0 0 普通混凝土拌和物性能 裹 1 C 3 0级 S F S C C。 S F M 和 N A S C C的优化 配合 比 Ta b l e 1 Op t i mi z e d mi x p r o p o r t i o n o f c3 O S F S CCS F M a n d NAS CC S l u mp mm S l u mp D e l i v e r y t i me o f 2 8 d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h fl o w mm in v e r t e d s l u mp c o n e s u n d e r s t a n d a r d c u r i n g MP a 试验方法 标 准 进行 ， 其 构件 内部 水 化 温升 采 用 J MZ X - 3 0 0 1 综 合 测 温仪 和 J MT3 6 - C温 度传 感 器 测 量 1 3 1 回弹抗 压强 度测 试方 法 依 照 J G J T 2 3 2 O 1 1 回弹法 检 测混 凝 土 抗 压 强度技术规程 测试构件的回弹抗压强度 ， 测试 区域 见 图 2 1 3 2 密 实度 检测 采用 Z B L U5 1 O非金属超声波测试仪测试构件 超声波速 ， 以分析混凝土的密实度 超声波速测试区 域 如 图 3所 示 1 3 3 应力 应变 测试 采用千 斤顶 反力 架施 加载 荷， 采用 中航 电测 B Q1 2 0 8 0 AA 电 阻 式 应 变 片 和 江 苏 泰 斯 特 TS T 3 8 2 2应变静态采集仪采集测试数据 载荷采用 分级加载 ， 每级载荷为 3 0 5 0 k N， 加载后 7 8 mi n 采集 数 据 ， 直至构 件破 坏 加 载示 意 图及 应变 片 布置 如图 4 所示 ， 加载区域为顶面 中部 l O O c m5 0 c m 区域 第 3 期 蒋正武 ， 等 ： 超大粒径骨料机 制砂 自密实混凝土构件性能 2结果与讨论 2 1 不 同粒径 骨料 机 制 砂 自密 实 混凝 土构 件 力 学 性 能 表 3为不同粒径骨料机制砂 自密实混凝土构件 1 ， 2的回弹抗 压强度 从 表 3可 以看 出， HL AS C C 与 NAS C C构件的回弹抗压强度相差不大 ， 而 L AS C C构件的 回弹抗压强度相对 较低 ， 这主要是 因为 S F M 中不含粗骨料 ， 所以 自身强度较低 此外 ， 三者 各 自不同部位 的回弹抗压强度相差不大 ， 说明 S F S C C， S F M 在超大粒径骨料与大粒径骨料堆积体 中 的密实度较大 ， 均匀性较好 表 3 不 同粒径骨料机制砂 自密实混凝土构件回弹抗压 强度 Ta b l e 3 Re b o u n d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f s e l f - c o mp a c t i n g c o n - c r e t e me mb e r a d d e d wi t h d i f f e r e n t s i z e a g g r e g a t e s a n d ma n u f a c t u r e d s a n d 2 2 不 同粒径骨料机制砂 自密实混凝土构件 的密 超大粒径骨料 比混凝土更加密实 ， 超声波传播更快， 实度 所 以 HL AS C C， L AS C C的超声波速更大 至于接收 表 4为不 同粒径骨料机制砂 自密实混凝土构件 信号的波幅( A) 相对较小 ， 则是 由于骨料和砂浆存 超声波速平均值 ( ) 由表 4可见 ， HL AS C C， L AS 一 在界面， 超声波穿越时会产生反射和散射 ， 声能被衰 C C和 NAS C C的超声波速依次降低 ， 其 主要原 因是 减 ， 因此接收信号的波幅有所减小 裹 4 不 同粒径骨料机制砂 自密实混凝土构件超声波速的平均值 Ta b l e 4 Me a n v a l u e o f u l t r a s o n i c wa v e v e l o s i t y o f s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e me mb e r wi t h d i f f e r e nt s i z e a g g r e g a t e s HLAS CC LAS CC NAS CC M e mb e r 1 M e mb e r 2 M e mbe r 1 M e mbe r 2 M e mb e r 1 M e m b e r 2 V ( k m S 一 ) A d B V ( k m S 一 ) A d B V ( k m S 一 ) A d B V ( k m s 一 ) A d B V ( k m S 一 ) A d B V ( k m S - 1 )A d B 2 3 不 同粒径 骨 料 机 制 砂 自密 实混 凝 土 构 件 的 应 力应 变关 系 图 5 为不同粒径骨料机制砂 自密实混凝土构件 不 同载荷及测点的应变 由于不 同粒径骨料机制砂 自密实混凝土构件 1 ， 2的回弹抗压 强度差值较小 ， 故图 5只列出了构件 1的应变结果 从图 5可见 ， 随 着载荷的增加 ， 构件应变逐渐增大 ， 当达到极限载荷 时 ， 应变发生突变 ， 构件 开裂 ； HL AS C C， L AS C C构 件的极限载荷为 3 0 0 3 5 0 k N， NAS C C构件的极 限 载荷为 5 0 0 6 6 0 k N； 另外 ， HL AS C C， L AS C C构件 局部测点的应变出现波动 这说明， 构件所受弯矩越 大 ， 超大粒径骨料 的尺寸效应也越增大 HL AS C C， L AS C C构件局部测点应变的波动正是这种尺寸效 应所致 试验表 明， 超大粒径骨料及大粒径骨料 的存 在使构件局部 ， 尤其是这些骨料 和 S F S C C， S F M 的 界面产生应力集 中， 使之在受力过程中容易破坏 ， 从 而形成裂缝 因此 ， 构件应变变化规律受其断面尺寸 和粗骨料最大粒径影 响， 即断面尺寸越大或最大骨 料粒径越小， 这种影响就越低 对于 L AS C C构件 ， 在 0 2 6 0 k N载荷下 ， 其应 力应变呈弹性变形 当载荷为 2 9 0 k N时 ， L AS C C构 件的应变变化较大 ， 在其受拉区开裂前 ， 应变与应力 成正 比， 而 在其受 拉 区 出现 开裂后 ， 应 力应变 呈 塑性 变化 2 4 不 同粒径 骨 料 机 制砂 自密 实 混凝 土 构 件 内部 的水 化温 升 图 6为不同粒径骨料机制砂 自密实混凝土构件 内部的水化温升 由图 6可以看出， 相 比 NAS C C构 件 ， HL AS C C和 L AS C C构件内部温峰降低 了 1 8 2 3 ， 温 峰 出现时 间延 长 了 4 9 h 并 且 骨 料 粒 径 越大 ， 温峰降低效应和延时效应越明显 这主要是因 为在 HL AS C C， L AS C C中 ， 超大粒 径 和大粒 径 骨 料 的堆积程度已达到 5 O ( 体积分数) 以上， 大大减少 了机制砂 自密实混凝土或砂浆用量 另外 ， 大掺量粉 煤 灰 的应 用 导致机 制砂 自密 实混凝 土 中水 泥用 量更 小 ， 从 而使 水 化 热 进 一 步 降 低因 此 HL AS C C， L AS C C可有效 降低 大体积 混凝 土结 构早期 开裂 风 险 5 5 4 建筑材料学报 第 1 9 卷 ( a ) HL AS CC- 1 景 壹 景 C o ) LAS CC- 1 ( c ) NAS C C 一 1 图 5 不 同粒径 骨料机制砂 自密实混凝土构件不 同载荷及测点 的应变 Fi g 5 S t r a i n o f d i f f e r e n t l o a d s a n d t e s t p o i n t o f s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e me mb e r a d d e d wi t h d i f f e r e n t s i z e a g g r e g a t e s a n d ma n u f a c t u r e d s a n d 图 6 不 同粒径骨料机制砂 自密实 混凝土构件 内部 的水化温 升 F i g 6 I n t e r n a l h y d r a t i o n t e mp e r a t u r e r i s e o f s e K - c o m p a c t i n g c o n c r e t e me mb e r a d d e d wi t h d i f f e r e n t s i z e a g g r e g a t e s a n d ma n u f a c t u r e d s a n d 3 结论 ( 1 ) 制备 了工作性能优异的 S F S C C和 S F M， 其 倒坍落度筒流出时间分别为 2 8 ， 2 1 S ， 黏度低 ， 流 动好 ， 有利 于其 在超大粒径或 大粒 径骨料 中流动、 填 充 ( 2 ) HL AS C C， L AS C C的 密 实 度 较 大 ， 且 二 者 的 超 声 波 速 较NAS C C 大 ，接 收 端 波 幅 较 NAS CC小 ( 3 ) 相 比于 NAS C C， HL AS C C和 L AS C C 的后 期抗压强度相差不 大， 但受弯构件 的极限载荷却相 差 较 大 超 大粒 径 骨 料 的堆 积 程 度 、 分 布状 态 、 骨料 粒径 、 界面黏结情况及所受弯矩大小是影响机制砂 自密实混凝土构件受力性能 ， 尤其是抗弯拉性能的 关键因素 所受弯矩越大 ， 超大粒径骨料 的尺寸效应 越明显， 导致机制砂 自密实混凝 土构件极限载荷的 差值也越大 ( 4 ) HL AS C C， L AS C C能够 显著 降低 构 件 内部 温 峰并延 缓其 出现 时 间 ， 相 比 NAS C C， HL AS C C和 L As C C构件 内部温峰降低了 1 8 2 3 ， 温峰 出现 时间延 长 了 4 9 h ； 营 3 c 一嗣 第 3 期 蒋正武， 等 ： 超大粒径骨料机制砂自密实混凝土构件性能 5 5 5 参 考文 献 ： 1 2 3 4 OKA M URAH ， OUCH I M S e l f - c o m p a c t i n g c o nc r e t e： De v e l o p me n t p r e s e n t u s e a n d f u t u r e E C I n t e r n a t i o n a l RI L E M S y m p o s i u m o n S e l f - c o mp a c t i n g C o n c r e t e S t o c k h o l m： s n ， 1 9 9 9 ： 3 - 1 4 邹丽华 ， 董东 浅谈大 体积混 凝土 质量控 制 J 混 凝土 ， 2 0 1 0 ( 7 )： 1 4 5 - 1 4 6 Z OU L i h u a ， D ONG D o n g Qu a l i t y c o n t r o l o f ma s s c o n c r e t e E J Co n c r e t e ， 2 0 1 0 ( 7 )： 1 4 5 1 4 6 ( i n Ch i ne s e ) 方 智恩 ， 胡 常福 大体 积混凝 土施工温控 措施和 监测分析 J 建 材发展 导向 ， 2 0 1 1 ( 2 )： l 1 2 - 1 1 4 F ANG Z h i e n， HU Ch a n g f u Te mp e r a t ur e c o n t r o l m e a s u r e s a n d mo n i t o r i n g a n a l y s i s o f ma s s c o n c r e t e c o n s t r u c t i o n J D e v e l o p me n t Gu i d e t o Bu i l d i ng Ma t e r i a l s ， 2 0 1 1( 2 )： 1 1 2 - 1 1 4 (in Ch i n e s e ) 周大庆 ， 蒋 正武 ， 袁政成 超 大粒径骨料堆放过程 的二维计算机 模拟研究F J 建筑材料学报 ， 2 0 1 3 ， 1 6 ( 4 ) ： 5 6 8 5 7 0 ZHOU Da q i n g， J I ANG Zh e n g wu， YUAN Zh e ng c h e n g St u d y o n t h e s t a c k i n g p r o c e s s o f e xt r a - h u g e a g g r e g a t e s b y t wo - d i me n s i o n a l c o mp u t e r s i mu l a t i o n J J o u r n a l o f B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 1 3， 1 6( 4 )： 5 6 8 - 5 7 0 ( i n Chi n e s e ) 5 6 E 7 8 王伯航 ， 蒋正武 C 2 0超流态机 制砂 自密实 混凝土 的制备及 性 能研究口 商品混凝士 ， 2 0 1 2 ( 4 ) ： 3 8 4 1 W ANG Bo ha n g， J I ANG Zh e n g wuS t u d y o n p r e p a r a t i o n a n d p r o p e r t i e s o f C2 0 s u p e r - flu i d i t y s e l f - c o mp a c t i n g c o nc r e t e wi t h ma n u f a c t u r e d s a n d J R e a d y - Mi x e d C o n c r e t e ， 2 0 1 2 ( 4 ) ： 3 8 41 ( i n Ch i ne s e ) 周大庆 ， 任达成 ， 尤诏 交通修补用 机制砂抗扰动 自密实混 凝土 的配制与工程应用 J 混凝土世界 ， 2 0 1 3 ( 4 7 ) ： 5 7 5 9 ZH OU Da q i n g， REN Da c h e n g， YOU Z h a o The p r e p a r a t i o n a nd a p p l i c a t i o n o f a nt i - d i s t u r b a n c e s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e b y m a - c h i n e - ma d e s a n d f o r t r a n s p o r t a t i o n r e p a i r J C h i n a C o n c r e t e ， 2 01 3( 4 7 )： 5 7 - 5 9 ( i n Chi n e s e ) 蒋正武 ， 潘峰 ， 吴建林 机制砂 参数对 混 凝土性 能的影 响研究 J 混凝 土世界 ， 2 0 1 1 ( 2 6 ) ： 6 6 6 9 J I ANG Zh e n g wu， PAN Fe n g， W U J i a n l i n Th e e f f e c t o f ma - c h i n e-ma d e s a n d p a r a me t e r s o n c o n c r e t e p r o p e r t y J C h i n a Co nc r e t e， 2 0 1 1 ( 2 6 )： 6 6 6 9 ( i n Ch i n e s e ) 蒋 正武 ， 石连富 ， 孙振 平 用 机制砂 配制 自密 实混凝 土的研 究 J 建筑材料学报 ， 2 0 0 7 ， 1 0 ( 2 ) ： 1 5 4 1 6 0 J I ANG Zh e n g wu， S HI Li a n f u， SUN Z h e n p i n g Pr e pa r a t i o n o f s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e b y ma c h i n e - ma d e s a n d J J o u r n a l o f B ui l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 0 7， 1 0 ( 2 ) ： 1 5 4 - 1 6 0 ( i n Chi n e s e )