砂率对自密实混凝土工作性能的影响.pdf

2 0 1 3年 第 4期 (总 第 2 8 2期 ) Nu mb e r 4 i n 2 0 1 3 ( T o ml No 2 8 2 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 预拌混凝土 READY M I XED CoNCRETE d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 3 0 4 0 2 8 砂率对 自密实混凝土工作性能的影响 徐杰 ，叶燕华 。朱铁梅 ，薛洲海 ( 南京工业大学 土木工程学院，江苏 南京 2 1 0 0 0 9 ) 摘要： 研究了砂率对 自密实混凝土工作性能的影响， 随着砂率的增加， 混凝土的塑性黏度降低 ， 流动性提高， 提高了拌合物的 钢筋通过能力 ， 同时 ， 砂率必须控制在一定的范围之内才能保证 自密实混凝土工作性能 良好。 砂率对 自密实混凝土模板侧向压力 也有影响。 砂率越大， 初始侧向压力越高， 下降速度越慢。 关键词： 砂率 ；自密实混凝土 ；模板侧压力 中图分类号： T U5 2 8 0 4 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 4 0 1 0 1 0 3 E ffe c t 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 ma n c e o f s e lf - c o mp a cti n g c on c r e t e XUJ e， YE Ya h - h u a， ZHU T i e - in ， XUEZho u - ha i ( C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， Na n j i n g U n i v e r s i t yo f T e c h n o l o g y ， Na n j i n g2 1 0 0 0 9 ， C h i n a ) Abs t r ac t ： Th e e f f e c t o f s a n d r a t i o o n wo r k i ng p e r f o r man c e o f s e l f - c omp a c t i ng c o n c r e t e h a d b e e n i nv e s t i g a t e dTh e h i g he r t h e s an d r a t i o wa s ， the l o we r the p l a s t i c v i s c o s i ty o f f r e s h c o n c r e t e wa s At the s a me t i me ， the fl o w r a t e i n c r e a s e d， t h a t l e d t o a b e t t e r a b i l i ty t o p a s s t h r o u gh the s p a c i n g o f b a r s Me a n w h i l e i n o r d e r t o k e e p t h e w o r k i n g p e rf o r ma n c e o f s e l f - c o m p a c t i n g c o n c r e t e we l l ， the s and r a t i o s h o u l d b e l i m i t e d i n a c e r t a i n r ang e T h e l a t e r a l p r e s s u r e o f f o r mw o r k h a d a c l o s e r e l a t i o n s h i p w i th th e s and r a t i o ， t h e h i ghe r the s and r a t i o w a s ， t h e g r e a t e r the ini t i a l l a t e r a l p r e s s u r e wa s， an d a l s o the s l o we r the de s c e nt s pe e d wa s Ke y w or ds ： s and r a t i o； s e l f - c o mp a c t i ng c o nc r e t e； f o rm wo r k pr e s s u r e 0 引言 混凝土是当今世界上使用最广泛的一种建筑材料， 近 年来 ， 为了满 足工业化进程对建筑材料 的要求 ， 尤其是工 作性能和耐久性的要求 ， 一种新 的高流动性混凝土应运而 生 。 自密实混凝土( s e l f - c o m p a c t i n g c o n c r e t e ) g l 好 的克服 了 普通混凝土耐久性不高 、 可泵性差 、 振捣困难 、 以及环保节 能性不高的缺点。 在工作性能上， 自密实混凝土与普通混凝 土大体相 同， 甚至部分性能高于普通混凝土 ， 同时它具有 高流动性、 稳定性和填充性能等优点， 在浇筑时无需振捣 即能达到密实， 可节省劳动力 ， 提高工作效率 ， 免除振捣时 的噪声污染 ， 消除因振捣导致 的钢筋 、 预埋件移位等问题 。 因此， 自密实混凝土是未来高性能混凝土发展的一个重要 方 向B - 3 。 研究表明， 水胶 比、 砂率、 骨料粒径、 胶凝材料含量等 因素对自密实混凝土性能有着明显的影响， 通过试验研究， 初步阐述 了砂率对 自密实混凝土性能的影响。 1 试验 方法 1 1 试验材料 ( 1 ) 水泥 ： 中国水泥厂有限公司生产 的袋装 4 2 5 级“ 海 收稿 日期 ： 2 0 1 2 1 0 1 4 基金项 目：国家 自然科学基金( 5 1 1 7 8 2 1 8 ) 螺牌” 水泥。 ( 2 ) 矿物掺合料 ： 华能南京电厂生产的 F 类 I 级粉煤灰。 ( 3 ) 细骨料： 细度模数为 2 8 9 的中砂。 ( 4 ) 粗骨料 ： 粒径为 5 1 9 1T U T I 连续级配的碎石。 ( 5 ) 外加剂 ： 江苏博特新材料有限公司生产的 J M P C A ( I ) 型高效减水剂 。 ( 6 ) 水 ： 自来水 。 1 2 自密 实混凝土配合 比设计 自密实混凝 土是一种新型高性能混凝土 ， 其配合 比设 计与普通混凝土设计不 同， 在配合 比设计时需要考虑有足 够的坍落扩展度， 同时必须保证拌合物具有足够的黏度 ， 防 止其离 析泌水 。 现阶段 国内外关于 自密实混凝 土的配合 比 设计方法 尚未统一 ， 目前最 常用的方法有 ： 固定砂石体积 法 、 改进全计算法 、 绝对体积法。 本试验采用绝对体积法进 行配合比设计。 当砂浆在粗骨料间起润滑和滚珠作用， 可以减少粗骨 料之间的摩擦。 一定范围内， 随着砂率的增大， 流动性提高。 砂率是决定混凝土中粗细骨料的比例和砂浆含量的主要 因素 ， 因此 ， 对混凝土的填充性和匀质性均有着重要影响嗍 。 本试验固定胶凝材料用量 4 5 0 k g m 3 ) 水胶 比 0 4 ， 粉煤灰的 掺量 3 5 ， 通过外加剂的调整在砂率分别为 4 4 、 4 9 、 5 4 、 1 0 1 5 9 条件下配制 出了满足工作性能要求 的 自密实混凝土 ， 如表 1 所示。 1 3 工作性 能检测 方法 混凝土工作性能检验方法 ， 见表 2 。 1 4 模板侧 压力测量 方法 本试验所采用 的模板侧 向压力的测试装置是 自行研 制的， 主要是由测试模板、 压力传感器、 数据采集系统和数 据显示 系统组成 。 装置实物图如 图 1 所示。 表 1 不同砂率的自密实混凝土配合比 图 1模板侧 向压 力装 置 买物 图 采用高度为 1 2 5 m、 直径为 2 0 0 mm的 P V C塑料管作 为模板， 该管具有不沾黏混凝土、 自身质量轻、 不吸水、 可 以多次使用、 成本低等优点。 为固定 P V C管沿管高设置三 个螺栓连接的法兰 ， 底部设置硬质平滑不吸水的底板 。 沿管 底不 同高度设置 4个量程为 0 1 0 0 k P a 的压力传感器 ， 该 压力传感器是由溧阳市超源仪器厂生产， 称为 B W 箔式微 型压力盒 ， 直径为 2 8 m lT l ， 厚度为 6 5 n l l T l ， 具 有输 出灵敏 度高 、 量测准确 、 工作 性能稳定 、 质量轻 、 体积 小 、 使用方 便、 防水防潮等特点。 为能准确地捕捉到峰值数据， 本试验 采用的数据采集系统为江苏东华测试技术股份有限公司 生产的D H 3 8 1 7 动静态应变测试仪， 该应变仪既保留静态 应变测试系统的使用方法和综合指标， 又能提高采样频率。 2 试验 结果分析 2 1 砂率对 自密 实混凝 土工作性 能的影响 由表 3 可见 ， 在水胶比和胶凝材料用量一定 的条件下 ， 由砂子与水泥浆组成的砂浆可 以减小粗骨料之 间的摩擦 ， 因而在一定范围内， 随着砂率的增加， 混凝土的流动性增 大。 从表 3 可以看 出， 当砂率 由 4 4 提高到 5 4 时 ， 混凝 土 流动性改善， 坍落扩展度逐渐增大， 扩展速率增大， T 蜘从 8 0 6 S 变化为 7 5 1 S ， 同时 T 枷与留空时间也 随着砂率的增 加而减少 ， 说明混凝土的塑性黏度随砂率的增加而降低 。 另外 ， 表 3中还列 出了利用 L型仪测得的砂率为4 4 5 4 时自密实混凝土的钢筋间隙通过性能。 由表中数值可 知， 砂率的增加对 自密实混凝土 的钢筋 间隙通过性能有着 积极的影响。 当砂率为 4 4 时， 阻滞率 h h 为 0 8 ， 已经达 到了自 密实混凝土的要求， 当砂率进一步提高到 5 4 时， h ： h 。 提高至 9 4 ， 钢筋间隙通过能力提高 。 可见砂率提高 ， 粗骨 料的体积含量减少 ， 固相颗粒之间的摩擦和碰撞降低 。 从表3中数据可以看出， 相比坍落扩展度 ， J 环扩展度略 有降低并且两者之差均小于 5 0 r l l n l 。 而当砂率由 4 4 增加到 5 4 时， 环内外高差明显减少， 由 1 1 9 5 1T I 1 T I 降低至 8 7 5 1 T n T I ， 进一步说明钢筋间隙通过能力提高。 表 3 砂率对 自密实混凝土工作性能的影响 砂率 扩展度试验 J 型环试验 L型仪试验 过筛试验 坍落扩展度 m m T s留空时间 s J 环扩展度 mm 坍落扩展度 一 J 环扩展度 m m 环内外高差 mm T s h h 抗离析系数 1 02 当进一步提高砂率到 5 9 时 ， 混凝土流动性不但没有 增加反而降低了 ， 由表 2 可知此时减水剂 的掺量需提高至 7 5 k g m 3 ， 才能满足要求 。 这是 因为砂子 的比表面积 比粗骨 料大， 随着砂率增加， 粗细骨料的总表面积增大， 当浆体含 量一定时， 包裹骨料的浆体层厚度变薄， 润滑度下降， 因而 自密实混 凝土 的流 动性 下降 。 说 明 当砂率超 过一定 范 围 时， 混凝土的流动性反而会随砂率的增加而降低， 此时需 提高减水剂的掺量才能满足流动性的要求。 综合以上结论 可知 ， 砂率过大或过小都将引起塑性 黏度的增大 ， 流动性 的降低， 因此合理选择砂率是自密实混凝土配合比成功的 关键 。 2 2 砂 率对 自密 实混凝 土模板侧压 力的影响 砂率为 4 4 时不 同测点高度模板侧 向压力 随时间 的 变化如图 2 所示 。 从 图 2 可以看出， 距底部高度为 5 0 ml n的 传感器在 0 、 3 、 6 h测得 的模板侧 向压力分别为 1 9 6 2 、 9 6 3 、 8 5 8 k P a ， 约为液体静压力的 7 1 4 、 3 5 1 、 3 1 2 。 而 距底部高度为 8 0 0 m l n的传感器在 0 、 3 、 6 h 测得的模板侧 向压力分别为 7 2 3 、 3 7 9 、 2 0 1 k P a ， 约为液体静压力的7 1 2 、 3 6 8 、 1 9 5 。 曲线分布稀疏 ， 模板侧 向压力值 变化幅度 比 较大 ， 下降趋势明显 。 1 4 1 2 1 0 吕 0 8 妪 0 6 蓐 04 0 2 图 2 1 4 1 2 1 0 鲁 08 幢 06 露 04 0 2 1 O 1 5 2 0 2 5 3 0 模板侧 向压力 k P a 砂率为 4 4 时模板侧向压力随时间的变化 U l 0 l 5 Z U 2 jU 模板侧向压力 k P a 图 3 砂率为 5 4 时模板侧向压力随时间的变化 砂 率为5 4 时不 同测点 高度模 板侧压力 随时间 的变 化如图 4 所示 。 从 图 4可以看 出， 距底部高度为 5 0 ml n的 传感器在 0 、 3 、 6 h测得 的模板侧 向压力分别 为 2 2 8 9 、 l 5 5 7 、 1 3 3 7 k P a ， 约为液体静压力的 8 4 1 、 5 7 2 、 4 9 1 。 而距底部高度为 8 0 0 mi l l 的传感器在 0 、 3 、 6 h 测得的模板 侧向压力分别为 8 8 7 、 7 7 3 、 6 2 8 k P a ， 约为液体静压力的 8 6 9 、 7 5 7 、 6 1 5 。 各时间段曲线间距 比较小 ， 因此可知 模板侧向压力下降缓慢。 砂率为 5 9 时不 同测 点高度模 板侧 压力随 时间的变 化如 图 4 所示 。 从 图 4可以看 出 ， 距底部高度为 5 0m l n的 传感器在 0 、 3 、 6 h测得的模板侧 向压力分别为 2 3 6 3 、 1 8 O 8 、 l 6 5 6 k P a ， 约为液体静压力的 8 7 4 、 6 6 8 、 6 1 2 。 而距底部的高度为 8 0 0 mn l 的传感器在 0 、 3 、 6 h测得的模 板侧 向压力分别 为 9 8 5 、 8 5 6 、 7 6 5 k P a ， 约为液体静压力的 9 7 1 、 8 4 4 、 7 4 6 。 对比前两幅图可以看出， 其曲线的变 化更加不 明显 ， 各 曲线之间 的间距更小 ， 说 明模板侧压力 下 降速度最 慢。 综合图 2 4可知 ， 三幅图均是 由疏及密分 布， 说明前期模板侧向压力下降速度快， 而后期下降速度 较缓慢。 1 4 1 2 1 0 官 0 8 枢 0 6 嚣 0 4 0 2 U 5 l0 l ZU 25 j U 模板侧向压力 k P a 图 4 砂率为 5 9 时模板侧 向压力随时间的变化 图 5表示砂 率不同的情况下模板侧压力 随时间的变 化。 图中 A K是模板侧向压力实测值与静水压力的比值。 随着砂率的降低 ， 粗骨料含量增加， 初始相对侧向压力减 小。 从图中可以看出砂率为 5 9 时初始相对侧向压力为 8 7 4 ， 而砂率为 5 4 时对应的相对侧向压力为 8 4 】 。 随 着砂率进一步由4 9 降低到 4 4 ， 初始相对侧向压力分别 由 8 1 降低 至 7 1 5 。 并且侧 压力下降趋势更 加 明显 。 如 砂率为 5 9 和5 4 时，侧向压力下降 3 0 所需时间分别为 3 3 0 、 1 1 0 mi n 。 而对于砂率为 4 9 和 4 4 的混凝土拌合物， 所需时间分别为 5 5 、 4 0 m i n 。 l O 0 9 0_ 8 0 7 署 0 6 05 0 - 4 0 3 下转第 1 1 5页 1 O 3 于随着龄期 的增加 ， 水泥水化更充分 ， 水化产物增多 ， 对氯 离子的固化能力增强 ， 降低了固化氯离子再溶 出形成可溶 性氯离子 的含量。 因此 ， 在实际工程中 ， 适 当延长水 泥基材 料的养护龄期 ， 对提高其 固化氯离子能力有显著 的帮助 。 芝 姗 缸 丑 艇 瞄 褪 2 0 l 6 l 2 08 0 4 0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 l 6 溶出次数欣 图 6 标准养护龄期对砂浆氯离子静态溶出的影响 芝 抽 牾 习 建 谴 埽 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7 2 8 龄期 ， d 图 7 标准养护龄期对砂浆溶出平衡时氯离子含量的影响 3结论 ( 1 ) 水泥砂浆在静态溶出过程中， 存在固化氯离子再 溶出形成可溶性氯离子的现象 ， 且可溶性氯离子含量与溶 出平衡 时的氯离子含量呈正相关。 ( 2 ) 水胶 比越小 、 养护龄期越长 ， 砂浆静态溶 出平衡时 的氯离子含量越低 ， 对氯离子 固化能力越强。 上接 第 1 0 3页 力就越小 ， 浇筑后随时间下降的速率就越大 。 骨料含量增加 导致内摩擦增大， 混凝土的流动性降低 ， 使初始模板侧压 力降低和下降速度加快。 但需注意， 不能一味地降低砂率， 随着粗骨料含量的增加 ， 需要更多的减水剂来确保流动性 ， 减水剂含量越高则潜伏期越长 ， 会增加施工难度并可能造 成施工危险。 3结 论 本研究结论如下 ： ( 1 ) 砂率对自密实混凝土的工作性能具有显著的影响。 在一定范 围内， 随着砂率的增加 ， 混凝土的塑性黏度降低 ， 流动性提高， 同时 ， 砂率过大或过小都将引起塑性黏度的 增大， 流动性的降低， 必须选择合适的砂率。 ( 2 ) 水胶比对 自密实混凝土模板侧向压力有影响。 砂 率越大， 拌合物的初始侧向压力越高， 下降速度越慢。 参考文献 ： 【 1 】陆建彬， 黄鑫洪， 赵长江启密实高性能混凝土在结构工程中的 应用 J 建筑技术， 2 0 0 7 ( 4 ) ： 3 0 5 3 0 6 ( 3 ) 扩散深度对砂浆静态溶出平衡 时的氯离子含量几 乎没有影响。 ( 4 ) 矿物掺合料的添加和掺量的增加能有效降低砂浆 静态溶 出平衡 时的氯离子含量 ， 而且复合掺加时氯离子的 溶出量更少 。 参考文献： 【 1 王绍东， 黄煜镔， 王智 水泥组分对混凝土固化氯离子能力的影 响 J 】 硅酸盐学报， 2 0 0 0 ， 2 8 ( 6 ) ： 5 7 0 5 7 4 2 】2 马昆林 ， 谢友均 ， 刘灿 ， 等j 昆凝土固化氯离子影响因素的研究叨 混凝土 ， 2 0 0 4 ( 6 ) ： 2 0 3 谢友均， 陈书苹， 龙广成 改善水泥浆体结合氯离子性能的试验 研究 J 铁道科学与工程学报， 2 0 0 7 ， 4 ( 2 ) ： 1 - 5 【 4 】耿健， 丁庆军， 孙家瑛， 等 3 种不同类型水泥固化氯离子的特点叽 水泥 ， 2 0 0 9 ( 6 ) ： 2 0 2 3 5 吴庆令， 余红发， 梁丽敏 暴露时间与扩散深度对混凝土氯离子 结合能力的影响 J 】 四川大 学学 报 ： 工程科学版 ， 2 0 1 0 ， 4 2 ( 3 ) ： 2 2 2 -2 2 7 【 6 】刘俊龙， 余红发， 孙伟， 等 ； 昆凝土氯离子结合能力的影响因素 规律性研究 J 硅酸盐通报， 2 0 1 1 ， 3 0 ( 1 ) ： 1 7 2 1 7 6 【 7 N I L S S O N L 0 ， M A S S A T M， T A N G L T h e e f f e c t o f n o n - l i n e a r c h l o ri d e b i n d i n g o n t h e p r e di c t i o n o f c h l o r i d e p e n e t r a t i o n i n t o c o nc r e t e s t r u e t u r e s C I n M a l h o t r a V M e d D u r a b i l i t y o f C o n c r e t e D e t r o i t A m e r i - c a n Co n c r e t e I ns t i ut e， ACI SP一1 45， 1 9 9 4： 4 6 9 4 8 6 8 GL AS S G K， B UE NF EL D N R T h e i n f l u e n c e o f c h l o r i d e b i n d i n g o n t h e c h l o rid e i n d u c e d c o r r o s i o n r i s k i n r e i n f o r c e d c o n c r e t e J C o rr o s i o n S c i e n c e ， 2 0 0 0 ( 4 2 ) ： 3 2 9 3 4 4 【 9 】J T J 2 7 0 9 8 ， 水运工程混凝土试验规程 s 1 9 9 8 作者简介： 冯庆革( 1 9 6 7 一 ) ， 男， 教授， 博士， 研究方向： 环境材料。 联系地址： 广西南宁市大学东路1 0 0 号 广西 不i 挎虢 ( 5 3 0 0 0 4 ) 联系电话 ： 1 3 3 1 7 8 0 9 9 5 5 2 R ODI N S P r e s s u r e o f c o n c r e t e o n f o r mw o r k J P r o c e e d i n g s o f t h e I n s t i t u t i o n o f C i v i l E n g i n e e r s ， 1 9 5 2 ， 1 ( 6 ) ： 7 0 9 7 4 6 【 3 朱铁梅， 叶燕华 ， 魏威， 等 自密实混凝土模板侧向压力初探 J 】 混凝土， 2 0 1 1 ( 7 ) ： 7 - 9 【 4 】朱铁梅 自密实混凝土工作能及模板侧向压力试验研究 D 】 南 京： 南京工业大学， 2 0 1 2 5 C E C S 2 0 3 ： 2 0 0 6 ， 自密实混凝土应用技术规程 S 北京 ： 中国计 划出版社 ， 2 0 0 6 【 6 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【 s 】 【 7 】B A R T O S P J MA n a p p r a i s a l o f t h e o r i m e t t e s t a s a m e t h o d f o r o n - s i t e a s s e s s me n t o f f r e s h S CC c o n c r e t e ： J I n t e r n a t i o n al Wo r k s h o p o n S e lf - Co mp a c t i n g Co n c r e t e， 1 9 9 8： 1 21 -1 3 5 8 宁严庆 沼B 巧希， 石建军 用 J 型环测试 自密实混凝土间隙通过 性能试验研究【 J 1 混凝土 ， 2 0 0 8 ( 1 2 ) ： 9 3 9 7 作者简介 联 系地址 ： 联系电话： 徐杰( 1 9 8 6 一 ) ， 男 ， 硕士研究生， 研究方向： 自密实混 凝 土。 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 ) 1 5 8 50 5 3 7 1 41 11 5