关于自密实混凝土矿物掺合料胶凝系数取值的探讨.pdf

2 0 1 5年 第 1 1期 (总 第 3 1 3期 ) N u mb e r 1 1 i n 2 0 1 5 ( T o t a l No 3 1 3 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M AT ERI AL AND ADM I NI CLE d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 1 1 0 1 2 关于 自密实混凝土矿物掺合料胶凝系数取值的探讨 狄秉臻，李福海， 陈思银 ( 西南交通大学 土木工程学院，四川 成都 6 1 0 0 3 1 ) 摘要： 依据 J G J T 2 8 3 2 0 1 2 ( 自密实混凝土应用技术规程 进行大量配合 比设计及和易性测试试验的结果 ， 表明该规范在水 胶 比计算式中给出的矿物掺合料胶凝系数取值不尽合理， 建议应依据设计的 自密实混凝土强度等级 ， 相应的给出取值范围。 试 验 中依据此规范设计 C 4 0自密实混凝土配合 比时 ， 采用给定的胶凝系数， 能设计 出较为合适的水胶 比， 可达到较好的和易性效 果。 而在设计 C 5 0自密实混凝土时 ， 采用给定的胶凝系数， 设计出的水胶 比偏小， 很难达到 良好 的拌和效果。 通过对 比J G J 5 5 2 0 1 1 普通混凝土配合比设计规范 等规范 ， 寻求设计较高强度自密实混凝土时 ， 矿物掺合料胶凝系数合理的取值范 围。 关键词 ：自密实混凝土 ； 胶凝系数 ； 配合比 中图分类号 ： T U 5 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 5 ) 1 1 0 0 4 1 0 3 Di s c u s s i on o n t h e c e me n t i t i o u s c o e ff i c i e n t v a l u e o f m i n e r a l a dmi x t u r 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 DIBi n g z h e n ， LI Fu h a i， CHEN s i yi n ( 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 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 6 1 0 0 3 1 ， Ch i n a ) Abs t r a ct ： A l a r g e nu mb e r o f mi x de s i g n a n d wo r k a bi l i t y t e s t a c c o r d i n g t o“Te c h n i c a l s p e c i fic a t i o n f o r a p p l i c a tio n o f s e l fc ompa c t i n g c o n c r e t e”J GJ T 2 8 3 - 2 0 1 2 s h o w t h a t c e me n t i t i o u s c o e ffi c i e n t v a lue o f m i n e r a l a d mi x t u r e s i n th e wa t e rb i n d e r r a t i o f o r m u l a i S n o t v e r Y r e as o na b l e Th e i r v a l u e r a n g e s h ou l d b e g i v e n b a s e d o n s e l fc o mp a c tin g c o nc r e t e s t r e n g t h g r a d e Ba s e d o n t h i s s t a n d a r d t o d e s i g n C4 0 s e l fc omp a c t i n g c o n c r e t e， we c a n g e t a s u i t a b l e wa t e rbi n d e r r a ti o a n d a c h i e v e b e t t e r wo r ka b i l i t y u s i n g t h e g i v e n c e me n t i t i o u s c o e f fi c i e n t i n the e x pe r i me nt Bu t us i n g the s a me me t ho d t o d e s i g n C5 0 s e l fc o mp a c t i n g c o n c r e t e， wa t e rb i n d e r r a ti o i s t o o s ma l l t o ge t g o o d e f f e c t Th r o u g h c o mp a r i n g wi t h “ Sp e c i fic a t i on for mi x p r o p o r t i o n d e s i g n o f o r d i n a r y c o n c r e t e ”J GJ 5 5_ 2 01 1 a n d o the r s t a n d a r ds s e e k i n g r e a s o n a bl e c e me n t i t i o us c o e ffi c i e n t v a l u e wh e n d e s i g n h i g h s e n g th s e l f c o m p a c tin g c o n c r e t e Ke y wor ds： s e l fc o mp a c ti ng c o n c r e t e； c e me n t i t i o us c o e ffi c i e n t ； mi x p r o p o r t i o n 混凝土是 由水泥与水作为胶结材 ， 砂 、 石作 为骨料 ， 加 入适当的矿物掺合料和外加剂 ， 经硬化 而成的人造石 。 混 凝土配合比涉及各种组分用量 ， 直接影响到凝结硬化后的 性能。自密实混凝土是一种具有高 流动性 、 均匀性 和稳定 性， 浇筑时无需外力振捣 ， 而是依靠 自重作用流动并充满 模板空间的混凝土 ， 不仅 能简化施工工序 ， 还能避免在 混 凝土施工中因人为因素对混凝 土质量的影响 。 作为一种新 兴的高性能混凝土 ， 其配合比设计与普通混凝土有很大不 同。目前 自密实混凝土 配合 比设计 方法有 固定砂 石体积 法 、 全计 算 法 、 改 进 全 计 算 法 、 简 易 配 合 比设 计 方 法 j 、 骨料 比表面法 等。 不 同的设计 方法有各 自的设计 原理和特点 ， 我 国已经颁 布的关于 自密 实混凝土规 范有 ： C C E S 0 2 ： 2 0 0 4 ( 自密实混凝土设计与施工指南 5 l ， C E C S 2 0 3 ： 2 0 0 6 (自密实 混凝 土应用技 术规 程 ， J G J T 2 8 3 2 0 1 2 ( 自密实混凝土应用 技术规程 。 J G J T 2 8 3采用绝 对体积法 ， 给出了配合比设计步骤 ， 简单易懂。 C C E S 0 2与 J G J T 2 8 3 计算方法类似 ， 区别在于水胶 比计算式按 照 J G J 5 5 2 0 1 1 普通混凝土配合比设计规范 计算。 C E C S 2 0 3与 前两者有很大不同， 其给出了关键参数的取值范围， 配合比的 设计很大一定程度上依赖于设计者的经验。 本试验以各规范 给出的矿物掺合料胶凝系数取值进行讨论。 1 原材料及试验方法 1 1 原材料 水泥 ： 四川 I 省都江堰市生产的 P O 4 2 5 R级拉法基水 泥 ， 检测各项指标均符合标 准要求。 砂 ： 天然河砂 ， 中砂 ， 细 度模数 2 7 。 碎石 ： 5 1 0 m m 和 1 0 2 0 m m 单粒级碎石 。 减 水剂 ： 苏博特聚羧酸系高效减水剂。 水 ： 自来水。 粉煤 灰 ： I 级粉煤灰。 磨细矿粉： $ 9 5 ， 硅灰。 1 2试 验 方 法 C 4 0 、 C 5 0 自密 实混凝 土 的水 胶 比计 算式 分别 按 照 J G J T 2 8 3 -2 0 1 2自密 实 混 凝 土 应 用 技 术 规 程 和 J G J 5 5 2 0 1 1 普通混凝土配合比设计规范 进行计算， 坍 落扩展度、 J 环扩展度测量按 照 C C E S 0 2 ： 2 0 0 4 进行 。 收稿 日期 ： 2 0 1 5 0 卜 l 8 基金项目： 国家自然科学基金项目( 5 1 3 0 8 4 7 1 ) ； 中央高校基本科研业务费专项资金资助( 2 6 8 2 0 1 3 C X 0 4 9 ) - 4l- 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 3试 验 配合 比 设 计 ( 1 ) C 4 0自密实混凝土 按照 J G J T 2 8 3 -2 0 1 2 ( 自密实混凝土应用技术规程 昆 凝土中粗骨料体积取 0 3 3 m ， 砂浆 中砂 的体 积分数取 0 4 4 ， 粉煤灰胶凝 系数取 0 4 ， 矿粉胶凝系数取 0 9 ， 硅灰胶 凝系数依据 G B T 2 7 6 9 0 -2 0 1 1 砂浆和混凝土用硅灰 取 进行设计 ， 填充性指标 S F 2 。 采用规范推荐范 围： 每立方米 用 1 0 5 。 水胶 比计算结果见表 1 。 表 1 按 J G J T 2 8 3 2 0 1 2设计的 C 4 0自密实混凝土水胶b E 注 ： m 一每立方米 自密实混凝土中胶凝材料的质量 ； ， y ， 按照 J G J 5 5 2 0 l 1 普通混凝 土配合 比设计规范 进 行设计 ， 粉煤灰 、 矿粉影响系数按表 2取值 ， 硅灰影响系数 仍取 1 0 5 。 其余相应参数， 全部按照给定计算式计算。 水 胶 比计算结果见表 3 。 ( 2 ) C 5 0自密实混凝土 按照 J G J T 2 8 3 -2 0 1 2 ( 自密实混凝土应用技术规程 进行设计 ， 各项指标取值 同上 C 4 0自密实混凝 土。 水胶 比 计算结果见表 4 。 粉煤灰 ， 矿粉， 硅灰的胶凝系数。 表 2 粉煤灰影响系数 ( y 。 ) 和粒化高炉矿渣粉影响系数( y 。 ) 表 3 按 J G J 5 5 2 0 1 1设计的 C 4 0自密实混凝土水胶比 按照 J G J 5 5 _2 0 1 1 普通混凝 土配合 比设计规范 进 行设计 ， 粉煤灰 、 矿粉影响系数按表 2取值 ， 硅灰影响系数 取 1 0 5 。 其余相应参 数 ， 全部按 照给定计算式计 算。 水 胶 比计算结果见表 5 。 表5按 J GJ 5 5 2 O 1 1 设计 的 C 4 0自密实混凝土水胶比 42 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 若矿物掺合料胶凝 系数采用 J G J 5 5 2 0 1 1 普通混凝 土配合 比设计规范 给 出的表 2进行取值 ， 而水 胶 比仍按 照 J G J T 2 8 3 -2 0 1 2 自密实混凝土应用技术规程 进行计 算 ， 其结果见表 6 。 表 6 以 J G J 5 5 2 O 1 1取用 y f 、 y 。 计算的水胶比 3 试验结果与分析 对比表 1 5可以发现， 按照 J G J T 2 8 3 -2 0 1 2 自密实 混凝土应用技术规程 设计 ， C 4 0自密实混凝土 的水 胶 比 一 般都能达 到 0 3 2以上 ， 另 有加 入高 效减 水剂 ， 虽然 与 J G J 5 5 _2 O l 1 普通混凝 土配合 比设 计规 范 分别计 算 的 水胶 比有不小 的差值 ， 最大差值 可达到 0 1 0 ( 见表 7 ) 。 最 后也能取得较好的拌 和效果 ， 可达 到 自密实混凝土对控制 指标 一 填充性的要求 。 相比较而言， 同样按照 J G J T 2 8 3 -2 0 1 2 自密实混凝 土应用技术规程 设计的C 5 0自密实混凝土水胶比普遍小 于 0 3 0 ( 见表 8 ) ， 过小 的水胶 比导致 即使加入大量的高效 减水剂( 掺量可达 1 5 ) ， 最终拌和效果也不理想 ， 最后结 果为 ： 只有部分水泥与水反应 ， 和粗细骨料黏结成团 ， 外 层 仍为干燥状态 ， 整盘混凝 土基 本处于颗粒相互分 散状态。 导致水胶比过小的原因， 即在于矿物掺合料胶凝系数取值 偏小。 表 7 C 4 0自密 实混凝 土 两种规 范水 胶 比对 比 未掺硅灰 掺入 3 硅灰 J GJ T 2 8 3_ 2 01 2 0。 3 6 0 3 5 0 3 3 0 3 2 0 3 6 0 3 5 0 33 0 3 2 J GJ 5 5- 2 01 1 0 4 4 0 4 2 0 4 0 0 3 8 0 4 6 0 4 4 0 42 0 3 9 水胶比差值 0 0 8 0 0 7 0 0 7 0 0 6 0 1 0 O 0 9 O 0 9 0 0 7 表 8 C 5 0自密实混凝土两种规范水胶比对比 未掺硅灰 掺人 3 硅灰 J GJ T 2 8 3_ 2 01 2 0 2 9 0 2 8 0 2 7 0 2 6 0 2 9 0 28 0 2 7 0 2 6 J GJ 5 5_ 2 O1 1 0 3 6 0 3 5 0 3 3 0 31 0 3 8 0 3 6 0 3 4 0 3 2 水胶比差值 O O 7 0 O 7 0 O 6 0 0 5 0 0 9 0 0 8 0 O 7 0 0 6 J G J T 2 8 3 -2 0 1 2 自密实混凝土应用技术规程 提到 自密实混凝土胶凝材料 用量宜控制在 4 0 0 5 5 0 k g m ， 由 表 1 、 4可以看 出 ， C 4 0胶凝材 料用量 在给定 的范 围之 内 ， 而 C 5 0 胶凝材料普遍超过 5 5 0 k g m 。 。 每立方米 自密实混 凝 土中胶凝材料的质量 m 计算式( 1 ) ： ( ) 帆 水胶 比的减小 ， 会导致胶 凝材料 用量 的增 加 ， 问题还 是归结到 J G J T 2 8 3 -2 0 1 2中矿物掺合料胶凝系数取值偏 小。 对比表 4和表 6可以发现 ， 矿物掺合料胶凝系数取值 提高后 ， C 5 0水胶 比也有所提 高 ， 而且胶凝 材料用量控制 在 了4 0 0 - 5 5 0 k g m 范 围内。 最终的拌和效果也有很大改 善 ， 基本满足 自密实混凝土设计要求 。 由表 7 、 8 还可以看 出， 硅灰是否掺入 ， 对 J G J T 2 8 3 2 0 1 2的水胶 比计算 结果 影响不 大 ， J G J 5 5 2 0 1 1的水胶 比有 0 0 2的 提 高 ， 原 因 在 于 两 种 规 范 计 算 式 不 同 ， J G J T 2 8 3 -2 0 1 2水胶 比计算式中涉及 到矿物掺合料 的质 量分数 ， 而硅灰 的掺量只有 3 。 拌和 中发现 ， 使用 硅灰 ， 能 改善 自密实混凝 土的黏聚性 、 保水性 ， 即使水胶 比增加及 后期调整过程 中再次加 入减水 剂 ， 也 能保证拌 合物 不泌 水。 配制高强混凝土时 ， 可以掺入硅灰 ， 以提高混凝土整体 性能 ， J G J T 2 8 3 -2 0 1 2 自密实混凝土应用技术规程 与 J G J 5 5 _2 0 1 1 普通混凝 土配合 比设计 规范 均 未给 出掺 入硅灰情况下硅灰的最大掺量相应的硅灰胶凝 系数取值 ， 考虑到硅灰活性指数较大 ， 为提高水胶 比， 我们依 据 G B T 2 7 6 9 0 -2 0 1 1 砂浆和混凝土用硅灰 取用硅灰的胶凝系数 为 1 0 5 。 4 结论 ( 1 ) J G J T 2 8 3 -2 0 1 2 自密实混凝土应用技术规程 给出的粉煤灰胶凝系数只有 0 4 ， 明显偏小 ， 导致设计较高 强度等级 自密实混凝土水胶 比过小 。 ( 2 ) J G J T 2 8 3 -2 0 1 2 自密实混凝土应用技术规程 中给定粉煤灰胶凝系数取 0 4 ， 矿粉胶凝 系数取 0 9 ， 而没 有考虑不同掺量下相应的胶凝系数取值。 ( 3 ) J G J 5 5 _2 0 1 1采 用 普 通混 凝 土配 合 比设 计 规 范 给 出的胶凝系数进行计算 ， 能提高水胶 比 ， 并取得较好 的拌和效果 。 参考文献 ： 1 陈建奎， 王栋民 高性能混凝土( r -r r , c ) 配合比设计新法全 计算法E J - I 硅酸盐学报， 2 0 0 0 ( 2 ) ： 1 9 41 9 8 2 余志武 ， 潘志宏 ， 谢友均 ， 等 浅谈自密实高性能混凝土配合比 的计算方法 J 混凝土， 2 0 0 4 ( 1 ) ： 5 4 5 7 ， 6 7 3 3罗钰 中低强度自密实混凝土配合比参数优化研究 D 长沙： 中南大学， 2 0 0 8 下转第 4 6页 43 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 O 4 5 4, 0 3 5 3 o 2 5 2 O 1 5 U 唰 0 0 0 1 0 0 2 0 0 3 00 4 0 0 5 B 掺量 图 1 混凝土含气量及损失图 图 2 混 凝土抗 压 强度 图 图 3混凝 土抗 氯离 子渗透 性 图 2 2混 凝 土抗 压 强度 由表 6和图2可知 ， 采用 “ 先 消后 引” 技术后 ， 随着 B 掺量 的不同 ， 对混凝土 3 、 7 、 2 8 d 强度影响呈抛物线形 。 当 B掺量在 0 0 1 o - 0 0 3 0 时 ， 昆 凝 土 3 、 7 、 2 8 d强度均随之 提高 ， 这说明 A能够很好地消除混凝土 中的气泡 ， 使混凝 土含气量降低从而提高 混凝土 的强度 ； 但 当 B掺量 超过 0 0 3 0 ， 混凝土强度降低至和第一组相当。 2 3 混凝土抗 氯 离子渗透性 能 由表 6和图 3可知 ， 采 用“ 先 消后引” 技 术后混凝 土 5 6 d电通量值 明显低 于第一组混凝土电通量值 ， 提高 了混 凝土抗氯离子渗透性能。 这是 因为在消引气组分的共 同作 上接第 4 3页 E 4 - I王海娜 自密实混凝土的骨料比表面积配合比设计及其基本 J l生能研究 D 杭州： 浙江大学， 2 0 0 7 5 C C E S 0 2 ： 2 0 0 4 ， 自密实混凝土设计与施工指南 s 北京 ： 中国 建筑工业出版社 ， 2 0 0 5 6 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 7 3 J G J 5 5 2 0 1 1 ， 混凝土配合比设计规程 s 北京 ： 中国建筑工 业出版社 ， 2 0 1 1 46 用下 ， 混凝 土内的孔结构体 系被改变 ， 许 多毛细孔通道被 封闭 ， 从而打破 了毛细管 的连续 性 ， 提 高了混凝土 的抗 渗 性能。 但当 B掺量为 0 0 4 0 、 0 0 5 o 时 ， 混凝 土电通量值增 大明显 ， 抗氯离子渗透性 能下 降 ， 这主要是 由于含气量 过 大时 ， 混凝土内部 大孔数 量增多 ， 因此抗氯离子渗 透能力 降低 。 3 结论 ( 1 ) 消泡剂竹本油脂 A含量为聚羧酸系高性能减水 剂 P C A的 0 7 3 o 时， 能够有效减少减水剂产生的大气泡 ， 并使气泡稳定。 ( 2 ) 掺聚羧酸系减水剂混凝土 的初始含气量 和 1 h后 含气量均随着引气剂掺量的增加而增大 ， 且含气量经时损 失小 。 ( 3 ) 引气剂掺量在 0 0 1 o O 0 3 o 时， 混凝土 3 、 7 、 2 8 d 强度均随之提高 ， 当超过 0 0 3 0 ， 混凝土强度降低 。 引气剂 掺量在 O 0 1 o 0 0 4 0 时 ， 混凝土抗氯离子渗透性 能提高 ， 超过 0 0 4 o 时 ， 混凝土 电通量值增大 明显 ， 抗氯离子渗透 性能下降。 引气剂最佳掺量为0 0 3 0 左右。 参考文献： 1 段彬 ， 张明 ， 齐淑芹 消泡# U f B l 气剂对混凝土性能影响的研 究 J 铁道建筑 ， 2 0 1 1 ， 1 2 ： 1 3 1 1 3 3 2 周元 聚羧酸系高效减水剂与其他外加剂的复合效应试验研 究 D 西安 ： 西安建筑科技大学 ， 2 0 0 8 3 郝刚 “ 先消后引” 工艺控制聚羧酸减水剂气泡质量的试验研 究 J 建材技术与应用， 2 0 0 7 ， 1 ： 7 8 4 J G J 5 5 1 1 ， 普通混凝土配合比设计规程( 征求意见稿) s 北 京 ： 中国建筑工业出版社， 2 0 1 1 ： 41 2 5 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 s 北 京 ： 中国建筑工业出版社 ， 2 0 0 3 ： 8 2 2 6 G B 8 0 7 6 -2 0 0 8 ， 混凝土外加剂 s 北京： 中国建筑工业出版 社 ， 2 0 0 8 ： 3 8 7 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 北京 ： 中国建筑工业出版社 ， 2 0 0 3 ： 3 1 3 8 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 ， 普通混凝土长期性能和而 寸 久性能试验方 法标准 s 北京： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 9 ： 3 9 4 3 第一作者 联 系地址 联 系 电话 谢洪阳( 1 9 7 3 一) ， 男 ， 博士 ， 研究方向： 主要从事混凝 土结构耐久性、 结构抗震性能研究。 南昌航空大学土木建筑学院( 3 3 0 0 6 3 ) 1 31 7 78 8 26 5 6 第一作者： 联系地址： 联 系 电话 ： 通讯作者 ： 联系电话： 狄秉臻( 1 9 9 4一) ， 男， 从事混凝土材料及结构研究。 四川省成都市西南交通大学土木工程学院( 6 1 0 0 3 1 ) 1 8 21 56 03 9 9 7 李福海( 1 9 7 9一) ， 男， 博士 ， 高级工程师 ， 从事混凝土 结构及材料研究。 】 58 8 2 4 6 4 3 6 5 如 铝 “ 弘 如 苫、 黑 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m