自密实混凝土正交试验及工作性能测试方法研究.pdf

2 0 1 1年 第 1 O期 ( 总 第 2 6 4期 ) Nu mb e r 1 0 i n 2 0 1 1 ( T o t a l No 2 6 4 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 预拌混凝土 RE ADY M I XE D CONCRETE d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 1 0 0 3 0 自密实混凝土正交试验及工作性能测试方法研究 李宁。叶燕华。陈丽华 ，葛海蓉 ( 南京工业大学 土木工程学院，江苏 南京 2 1 0 0 0 9 ) 摘要： 利用正交试验进行自密实混凝土的配合比设计， 并通过自密实混凝土工作性能的测试方法分析及试验研究， 分析了粉煤灰、 高 效减水剂等因素对新拌混凝土的流动性、 黏性、 抗离析能力的影响， 提出了影响自密实混凝土工作性能的相关关系。 关键词： 自密实混凝土；正交试验；测试方法；工作性能 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 1 ) 1 0 0 0 9 3 0 3 Re se a r c h on or t hogona l ex pe r i men t al de si gn a nd t e s t i ng me t hods of wor k a bi l i t y f or s elf -c ompa c t i n g c onc r e t e LI Ni n g， YE Ya n - h u a， CHE N Li - hu a ， GEHa i - r o n g ( C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e ri n g ， Na n j i n g Un i v e r s i t yo f T e c h n o l o g y ， N a n j i n g2 1 0 0 0 9 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Th e o r t h og o n a l e x p e rime n t a l d e s i g n of mix p r o po r t i o n f o r s e l f - c o mp a c t i ng c o n c r e t e wa s u s e d a n d s o me t e s t me t ho d s o f wo r k a b i l i t y we r e c a r r i e d o u t T h e i n fl u e n c e o f fl y a s h a n d h i g h r a n g e w a t e r r e d u c i n g a d mi x t u r e s o n fl o wa b i l i ty and s t a b i l i t y a n d v i s c o s i ty o f fl e s h c o n c r e t e we r e a n a l y z e d an d s o me f a c t i o n s o f a ff e c t i n g w o r k a b i l i ty we r e p r o p o s e d b a s e d o n t h e s e i n v e s t i g a t i o n s Ke y w o r d s： s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e ； o rth o g o n a l e x p e r ime n t a l d e s i gn ； t e s t i n g me t h o d s ； wo r k a b i l i t y 0 引言 随着基本建设不断增长， 土木工程结构混凝土材料应用更 加广泛 ， 大量使用绿色高性能混凝土是实现国家节能减排的可 持续发展之路。 自密实混凝土具有减少水泥用量、 节省劳力、 加 快施工进度、 改善工作环境、 降低工程费用、 提高结构混凝土质 量等优点， 工程应用前景广阔。 自密实混凝土的工作性能主要指 新拌混凝土的性能 ， 如流动性 、 填充性 、 黏聚性和稳定性等_ 】 _ 。 国内外自密实混凝土试验方法随着工程的不断应用而增加 ， 其 工作性的测试方法至今仍在施工实践中探索， 混凝土配合比设 计参数的获得需结合多种方法测试 ， 影响 自密实混凝土工作性 能测试的因素有多参数嗍 。 本课题拟结合坍落度筒、 L型仪、 倒置坍落度筒的测试技术 对 自密实混凝土的流动性、 黏聚性 、 拌合物稳定性等工作性能 的测试方法进行研究 。 1 试验材料 1 1 水 泥 试验采用中国水泥有限公司生产的海螺牌 P 0 4 2 5级水 泥， 技术指标见表 1 。 表 1 水泥性能指 标 烧失量 细度 凝结时间 m i n 初凝终凝 安定陛 ：兰 ： ! 箜 ! 盒 塑 ：! ! ：! ：兰 ： 1 2 骨料 粗骨料选用粒径 5 1 9 I D n连续级配的石子， 细骨料选用细 收稿 日期 ：2 0 1 1 _ J 0 4 1 3 基金项目：江苏省 自 然科学基金资助( B K 2 0 0 6 1 7 9 ) 度模数为 2 5 1的中砂 ， 粗、 细骨料物理性能和筛分分析分别见 表 2 5 。 表 2 粗骨料主要物理性能 筛孔直径 m m 分计筛余 累计筛余 注： 粒径在 5 一 一 1 9 mm之间， 级配连续。 表 4 细骨料物理性 能 注： 细度模数为2 5 1 ， 属于中砂。 9 3 1 3 粉 煤 灰 采用华能南京电厂生产的F类 I 级粉煤灰 ， 物理性能指标 见表 6 。 表 6 粉煤灰物理性能指标 细度 需水量 烧失量 三氧化硫 含水量 表观密度 ( 4 5 m方孔筛筛余 ) ( k g m ) 4 6 9 3 07 2 0 8 O 0 0 9 2 3 0 0 1 4 减 水剂 试验选用苏博特公司生产的 J M P C A混凝土超塑化剂。 该 减水剂为棕红色液体 ， 具有大减水作用， 混凝土减水率最高达 3 5 以上； 具有高保坍作用， 2 h内混凝土坍落度基本不损失。 2测 试 方 法 2 1 坍落扩展度试验 坍落有关试验证明， 混凝土的坍落度在流变学上与混凝土 的屈服剪切应力相关， 流到 5 0 c m的时间T 。 可在一定程度上体 现混凝土的塑性黏度。 坍落扩展度是指在测量坍落度的过程 中， 混凝土扩展后所能达到的最大直径。 坍落扩展度量化了? 昆 凝 土在 自重作用下克服屈服应力、 黏度和摩擦后的流动状态， 屈服 值越大， 扩展度越小。 扩展后的混凝土越接近圆形， 其质量就越 均匀， 变形能力也就越强 ， 而且在目测不产生离析的情况下， 混 凝土直径越大表明其通过间隙的能力越强F 。 一般 S C C坍落 扩展度为 5 5 0 7 5 0 n 2 m， 坍落度 2 5 0 mm。 2 2 L型仪试 验 L型流动测定仪的左侧是一个长方体箱形， 右侧为一扁平长 方体箱形， 中间用拉板隔开， 开始在左侧的箱中装满拌合物 ， 抽 出拉板， 同时用秒表记录拌合物在水平槽里流到4 0 c m的时间， ? 昆 凝土向横管里流动时及在竖管里向下坍落时， 黏性越小， 流动 越快。 而t 大小一定程度上反映新拌混凝土塑性黏度。 2 3 倒 坍 落度 筒试验 将坍落度筒倒置与平板上 ， 然后提起， 同时用秒表记录混 凝土流空时间， 用钢尺测中边差( 中间与边部的高度差) 。 用混 凝土流空时间反应塑性黏度 ， 同时部分反应屈服值大小， 流空 时间控制在 8 1 5 S 。 混凝土拌合物在不发生离析的情况下， 受 自重作用从简中全部流出， 流出速度受拌和物黏l生系数 叼的影响， 通过测定竖筒中混凝土全部流出的时间 t ， 用装料的混凝土体积 除以t ， 可以得出混凝土拌合物所需的流出速度 v = V t ( 1 s ) ， u值越大， 则黏性系数 越小， 反之则大。 中边差则反应了石子 在砂浆中的悬浮流动能力、 抗分离能力和稳定性 ， 越小则表明 越好。 中边差控制在 2 c m以内为好 o l 。 2 4 拌合 物稳 定性 快速试 验 自制稳定性检测筒 ， 内径 1 0 0 ton i ， 每节高 2 0 0 m m， 将检测 筒静置地面 1 5 mi n ， 分为三节 ， 将每节筒内拌合物装入孔径为 5 i n i n 筛子 ， 用清水冲洗拌合物， 将洗出的石子以 1 0 5烘箱烘 干称重。 对比上 、 下两部分石子所 占质量百分率 ， 并用式( 1 ) 表 示出离析程度 ： f t D Z - D Z L 1 0 0 ( 1 ) m 式中： mb 、 上、 下两部分筛出石子称重； 而检测筒上 、 中、 下所有石子称重平均值； 厂 m 骨料的离析程度。 显然 厂 卅 越小， 表明混凝土均匀程度好， 拌合物稳定不易离析。 3正交试验 配合 比设计 试验利用正交试验选择配合比参数， 选定砂率值 、 粉煤灰、 水胶比、 外加剂、 用水量 5 个因素分析对工作性能的影响， 在每个 因素上选取四个水平I “ 。 采用L 。 ( 4 ) 的正交设计方案， 见表 7 。 表 7 因素水平 水平A砂率值 B粉煤灰 C水胶比 D外加剂 E用水量 3 1 正 交设计 试验主要通过坍落度试验、 倒坍落度筒试验和 L型仪试验 来测自密实混凝土的工作性能， 主要测试了坍落度、 扩展度、 扩 展到 5 0 c m时间 T 蛐 、 中边差 、 流到 L型仪水平槽 4 0 c m所需时 表 8 测试结果 9 4 间t 4 0 L型仪立筒坍落高度、 槽首槽尾高度差。 3 2 极差分析 试验结果进行极差分析， 计算结果见表 9 。 从表 9 可以 看出， 对于坍落扩展度， 影响次序为D E C B A ， 即减水剂为主要因素 ， 用水量和水胶比、 粉煤灰掺量都是重要 影响因素， 砂率影响很小。 对与坍落度， 影响次序为D E B C A， 减水剂掺量仍然是最主要因素， 用水量和水胶比、 粉煤灰掺量 、 砂率都是重要因素。 对 ， 影响次序为 C E D A B， 其中水胶 比为主要影响因素， 用水量和减水剂掺量为重要影响因素， 粉煤 灰掺量和砂率影响很小。 表 9 极差分析 A 泻 值 2 1 4 6 1 9 8 9 2 8 0 6 1 7 -3 1 4 1 5 O 3 O O O 2 8 7 5 3 5 7 5 l 9 7 5 1 6 0 O 1 2 7 5 1 1 5 8 7 5 1 0 0 0 4 0 0 1 5 0 0 l 1 7 5 8 -2 5 1 3 7 5 6 2 5 B粉燥灰 1 5 9 1 1 7 4 6 2 7 1 9 2 6 1 6 1 1 2 8 2 1 2 5 2 0 0 0 3 6 2 5 3 6 7 5 1 6 7 5 1 2 2 5 1 0 0 1 1 7 5 9 0 0 3 2 5 1 5 7 5 1 0 7 5 1 2 0 0 1 0 2 5 5 5 0 C水胶比 2 3 6 3 1 4 3 8 2 2 3 5 2 6 3 8 1 2 0 0 3 0 5 0 1 9 2 5 2 8 7 5 3 5 7 5 1 6 5 0 9 0 0 1 7 0 1 1 2 5 5 7 5 1 1 2 5 1 4 0 0 1 7 0 0 8 2 5 9 5 O 8 7 5 D减水剂掺量 1 8 4 4 1 3 31 2 6 4 1 2 8 5 6 1 5 2 5 2 1 0 0 1 3 0 0 3 9 5 0 4 O 7 5 2 7 7 5 l 4 5 0 1 5 0 7 0 0 7 0 0 8 0 0 1 4 0 0 1 6 5 0 8 7 5 9 5 0 7 7 5 E用水量 1 8 O 4 2 9 1 6 1 5 4 6 2 4 O 6 1 3 7 O 2 4 7 5 3 8 7 5 2 1 0 0 2 9 7 5 1 7 7 5 l 3 5 0 7 0 1 5 2 5 7 2 5 8 2 5 1 2 0 0 8 5 0 1 6 5 0 1 1 7 5 8 0 0 影响次序： D E c B A 影响次序 ： D E B C A 影响次序 ： C E D A B 影响次序： C E D A B 1 3 5 0 1 0 O O 1 2 0 1 4 7 5 4 7 5 1 4 _2 5 l 2 5 O 1 3 0 1 3 0 0 1 7 5 1 4 O 0 l 3 l2 5 1 5 O 1 O 5 0 4 5 O 1 4 5 0 1 5 7 5 1 0 5 1 2 0 O 5 l2 5 1 4 5 0 1 1 O 0 1 5 5 1 1 7 5 4 5 0 影响次序 ： D A 1) c( E) B 对与 L型仪的t 时间， 影响次序仍为 C E D A B， 水胶比 为主要影响因素， 用水量和水胶比、 粉煤灰掺量、 砂率都是重要因素。 对与倒置坍落度简混凝土流空时间， 影响次序为 D A c ( E) B， 减水剂掺量为主要影响因素 ， 砂率 、 用水量和水胶比均为重要 因素， 粉煤灰影响很小。 所 以， 综合分析可知， 影响自密实混凝土拌合物流动性的 ( 坍落度 、 扩展度) 主要因素为减水剂掺量 ， 影响拌合物黏聚性 和抗离析性的主要因素为水胶比。 3 3混凝 土稳 定性 测试 通过上面试验可以通过筛选出几组流动性好的自密实混 凝土做稳定性测试， 减少工作量。 表 1 0稳定性测试及分析 注： m 检测简中间部分石子称重。 这是一种较简便而接近工程实际状况的对混凝土抗离析 稳定性的检测方法 ， 越小 ， 抗离析能力越好， 得到离析性优劣顺 序为第 2 组， 第 1 5 组， 第 1 6组， 第 8 组， 第 6 组， 第 1 3 组， 第 7 组。 即水胶 比为 0 3 ， 高效减水剂掺量为 0 6 ， 用水量为 1 7 0 k g ， 砂 率为 4 7 时抗离析程度最好 ， 其次为水胶比为 0 3 4 ， 高效减水 剂参量为 0 9 时 ， 用水量为 1 7 0 k g ， 砂率为 5 0 。 4结 论 ( 1 ) 自密实混凝土的工作性能可以采用坍落度筒试验、 L型 仪试验、 倒坍落度筒试验和拌合物稳定性快速试验来评价。 ( 2 ) 影响自密实混凝土拌合物流动性 的( 坍落度 、 扩展度 ) 主要因素为减水剂掺量。 ( 3 ) 影响拌合物黏聚性和抗离析性的主要因素为水胶比。 ( 4 ) 混凝土拌合物快速稳定性试验 ， 是检测 自密实混凝土 拌合物工作性能的适用方法。 参考文献： 1 】赵卓， 唐伟东， 张鹏 高流动性混凝土工作性能试验方法研究 J 建筑 科学， 2 0 0 6 ， 2 2 ( 5 ) ： 5 1 5 4 2 刘小洁 ， 余志武 自密实混凝土的研究与应用综述【 J J 铁道科学与工 程学报， 2 0 0 6 ， 3 ( 2 ) ： 6 - 1 0 【 3 】叶燕华 ， 陈丽华， 杜艳静， 等 高效减水剂和增黏剂对自密实混凝土 性能的影晌 J 混凝土， 2 0 0 8 ( 6 ) ： 6 4 6 7 4 胡小芳 ， 苏志学 改进式坍落度筒测定混凝土流变性能 J i 混凝土， 2 0 0 6 ( 8 ) ： 6 4 6 9 【 5 陈丽华 ， 叶燕华， 缪汉良， 等 自密实混凝土工作性能试验 J l_ 南京工 业大学学报， 2 0 0 8 ， 3 0 ( 3 ) ： 4 7 5 1 【 6 陈丽华 自密实高性能混凝土力学性能试验研究 D 南京： 南京工业 大学， 2 0 0 8 【 7 王国杰， 郑建岚， 等 新拌自密实混凝土工作性测试方法的评价与探 讨叨福州大学学报， 2 0 0 5 ( 3 3 ) ： 1 7 7 1 8 1 【 8 谢友均 ， 周士琼， 尹健 免振高性能混凝土拌合物工作性检测方法及 评价指标的研究 昆 凝土， 1 9 9 7 ( 3 ) ： 1 0 1 4 f 9 】吴红娟， 等 自密实混凝土及其工作性评价 D 武汉： 武汉工业学院 学报， 2 0 0 4 ， 2 3 ( 2 ) ： 6 8 7 2 1 0 】 张青， 廉慧珍 自密实高性能混凝土配合比研究与设计 J l _建筑技术， 1 9 9 9 ， 3 o ( 1 ) ： 1 - 3 【 1 1 】 中南大学， 等 自密实高性能混凝土设计与施工指南 M 】 2 0 0 5 【 1 2 雷元新 ， 周绍缨， 冼伟华， 等 正交试验法在自密实混凝土配合比设 计中的应用研究【 J J 佛山科学技术学院学报 ： 自然科学版 ， 2 0 0 2 ， 2 0 ( 3 ) ： 3 3 【 1 3 蔡正泳 ， 王足献 正交设计在混凝土中的应用f M 】 E 京： 中国建筑工 业 出版社 ， 1 9 8 5 【 1 4 XI E Y o u J n n ， L O NG G u a n g - c h e n g ， L I Y a n g u a n g A n e w m e t h o d f o r e v a l u a t i n g s t a b i l i t y o f f r e s h s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e， S CC 2 0 0 5- Ch i n a C F i r s t I n t e r n a t i o n a l S y mp o s i u m o n D e s i g n ， p e r f o r m a n c e a n d u s e o f S e l f - Co n s o l i da t i n g C o n c r e t e ， S CC 2 0 0 5 Ch i n a 作者简介： 李亍( 1 9 6 8 一 ) ， 女， 工程师 ， 从事混凝土材料与结构的试验 与研究。 联系地址： 南京市中山北路 2 0 0号 南京工业大学土木工程学院 ( 2 1 0 0 0 9 ) 联 系电话 ： 1 3 8 5 1 6 4 1 7 6 4 95