低胶凝材料用量自密实混凝土的研究分析.pdf

建筑技术 Construction&Decoration建筑与装饰2023年8月下 157低胶凝材料用量自密实混凝土的研究分析王建国潍坊建设砼有限公司 山东 潍坊 261052摘 要 本文介绍了自密实混凝土的基本原理和特点。其次，研究了如何通过调整水泥品种、矿物掺合料和其他材料来降低胶凝材料的用量，同时保持自密实混凝土的性能不变。总结了低胶凝材料用量自密实混凝土在建筑工程、桥梁工程、隧道工程等领域中的应用前景。关键词 自密实混凝土；工作性能；低胶凝材料用量Research and Analysis of Self-Compacting Concrete with Low Binding Material VolumeWang Jian-guoWeifang Construction Concrete Co.,Ltd.,Weifang 261052,Shandong Province,ChinaAbstract This paper introduces the basic principles and characteristics of self-compacting concrete.Secondly,it studies how to reduce the volume of binding materials by adjusting cement varieties,mineral additions and other materials,while maintaining the performance of self-compacting concrete.The application prospect of self-compacting concrete with low binding material volume in construction engineering,bridge engineering,tunnel engineering and other fields is summarized.Key words self-compacting concrete;working performance;low binding material volume引言自密实混凝土是一种以水泥为主要胶凝材料的混凝土，其构造是以一种弹性模量很小的混凝土作为材料组成。自密实混凝土通常用外加剂进行浇筑。这就意味着混凝土中的胶凝材料可以被减低。同时也可以降低成本。自密实混凝土具有较高的流动性和强度，是理想的非混凝土替代材料。在水泥用量较大但自密实混凝土强度却很低时（水泥用量低于40kg/m3），可采用外加剂替代或增加外加剂以达到降低胶凝材料用量的目的。然而作为自密实混凝土中掺加减水剂时，应该考虑自身水化反应问题，以及骨料种类对自密实混凝土水化性能的影响；同时应该考虑减水剂用量对混凝土强度提高的影响；还应该考虑自密实混凝土强度较低时与水化反应时发生位移后是否有收缩变形或者沉降变形等影响。本研究通过使用一种掺合料代替三种水化物质，来降低自密实混凝土水化过程中胶凝材料用量。1 试验方案试验的基本实验条件如下：拌合料：采用矿粉，水泥、砂等掺合料按41用量混合拌合。拌合水：采用矿粉、石粉，分别按照41与21掺入水进行搅拌，时间为15min。砂率：根据普通工业用砂（GB50378-2011）规定控制砂率，为试验要求：细度模数1.5者，大于等于2.5时，掺入3%普通硅酸盐水泥进行拌合；细度模数2.0时，掺入1%DTF矿粉进行拌合；细度模数3.0时，掺入1%DTF矿粉进行拌合。试验过程中掺合料用量及坍落度变化见表2所示，按41比例加入矿粉、粉煤灰进行拌合试验。1.1 材料性能试验使用的主要胶凝材料有：水泥、粉煤灰、骨料及掺合料，试块养护28d，养护后对其性能进行评价。材料名称:矿粉：普通工业用砂（GB50378-2011）规定的低胶凝材料。粉煤灰：煤矸石（GB2759-2011）规定的低成本粉煤灰。水泥：根据水泥性能试验方法（GB3114-2010）有关规定及实验结果确定减水率、凝结时间、保坍性等指标并比较所选用各掺合材性能。骨料：根据硅酸盐混凝土配合比设计技术规范（GB50378-2011）规定采用普通硅酸盐水泥掺入粉煤灰来制备混合浆体；采用普通硅酸盐及矿粉制备掺合浆料；采用矿粉与粉煤灰为骨料制成自密实混凝土来制备掺合浆物。1.2 工程试验为了考察低胶凝材料用量自密实混凝土与普通混凝土之间的差异，分别以300、400、500、600mm混凝土管为基础试验坍落度和易性等指标，并以不同泵送量为研究对象进行工程试验。其中自密实混凝土泵送量为300mm、600mm混凝土管，采用三泵两漏法检测坍落度与和易性。同时对不同泵送量下的建筑与装饰 2023年 8月下.indd 1572023/8/23 15:27:53建筑技术 Construction&Decoration158 建筑与装饰2023年8月下试验结果进行对比分析后再确定试验方案。结果表明自密实混凝土拌合及和易性均好于普通混凝土；泵送前两小时泵送量为300400mm之间；泵送量越大泵送时间越短；在实际使用中泵送量可以控制在一定范围内；泵送速度与搅拌时间有关；泵送压力与泵送时间成正比；泵送量越大。因此可以认为：采用低胶凝材料作为自密实混凝土掺合料之后，可以显著降低混凝土内部气泡的产生数量和强度等级以及混凝土的密实性；降低泵送量后显著降低混凝土内部气泡总数和数量；降低内因产生气泡导致的混凝土和易性变差及混凝土内部易出现蜂窝、麻面以及蜂窝孔等缺陷。1.3 工程应用在实践中通过现场试验、养护等方式进行了自密实混凝土的工程应用。自密实砼试件制备：通过对自密实砼试件进行试制，试件的内部存在大量气孔，而形成的气孔又是混凝土内部产生裂缝的主要原因。因此在进行自密实混凝土试件制作时，应注意保证内部气孔被封闭，从而保证自密实混凝土在实际工程中具有良好的保水性。使用自密实砼部位的试验和养护：对水泥浆表面进行水化处理以及在搅拌筒中添加适量减水剂，使水泥浆表面产生蜂窝状小孔及水泥浆中生成的黑色、白色气泡等缺陷均得到改善。使用自密实砼部位试件养护：通过对自密实混凝土养护方式进行探究，发现在不同养护条件下自密实混凝土试件在工程中养护周期为8d、28d和45d。根据自密实混凝土养护后的性能指标可以看出，在一定养护时间后，随着养护年限增加，自密实混凝土试件结构密实度和抗压性能均有不同程度提高1。2 试验结果及分析2.1 水泥用量对自密实混凝土水胶比影响随着水泥用量增加及外加剂的掺量增加，自密实混凝土的水胶比随水泥用量的增加。当水泥用量大于等于10kg/m3时，其拌合物强度会明显降低；当水泥用量小于10kg/m3时，其水胶比先升高后降低，这说明随着水泥用量增加及外加剂掺量的增加，自密实混凝土泌水情况较少。由实验结果可知，在相同水胶比下，其水胶比随浓度增大：随着浓度增大，其混凝土内部含水率降低；随着浓度增大，其混凝土内部的含水率升高；随着浓度增长，其混凝土内部含水率增大；随着浓度增长，混凝土内部含水率升高。而随着掺量的增多，其水胶比先增大后降低；这说明在相同配制条件下，随着水泥越高，其自密实混凝土泌水情况越少；随着掺量的增加及泌水情况越少；随着水胶比增加及水泥掺量增多，其混凝土坍落度损失也会减少。2.2 水胶比与水泥用量对自密实混凝土坍落度的影响原理在相同水胶比下，随着水泥用量增大，水泥粉煤灰的水化产物体积增大，而水胶比增大又会降低水泥的活性。因此，水胶比与水泥用量对自密实混凝土坍落度产生一定影响。水泥用量越大，水胶比越大，自密实混凝土坍落度损失越大。这说明高掺量预拌混凝土与普通混凝土相比具有更好的抗压强度、更好的凝结性能和更高的耐久性。若用相同水胶比（2.0%）和相同水泥强度（1.0%）对普通混凝土进行试验可发现低水胶比条件下，随着水泥用量增加，混凝土早期坍落度损失较小；而随着水胶比增大，自密实混凝土强度较低。而在相同水胶比下用高水胶比（2.0%3.0%）可以有效降低自密实混凝土坍落度损失。2.3 外加剂掺量对自密实混凝土泌水率影响原理随着外加剂的掺量增加，其泌水率随着外加剂掺量增加而增大，泌水率增大不明显。这说明外加剂是从提高外加剂性能入手，提高水泥外加剂对自密实混凝土泌水的影响机理是使其有效泌水的次数减少，这是因为外加剂在其有效泌水后会改善混凝土的流动性，减少泌水的频率。同时外加剂的水化产物会生成氢氧化镁，从而降低了胶凝材料对水泥水化的亲和力，导致混凝土泌水速度变慢。掺5%15%外加剂的混凝土泌水率基本不变至10%左右，而掺5%10%外加剂的混凝土泌水率基本不变至20%左右。2.4 自密实混凝土坍落度损失分析自密实混凝土坍落度损失是影响其使用性能的主要因素，对其使用性能影响因素有以下几个方面：水泥中水分含量、水胶比、外加剂掺量以及自身水泥的质量等；上述因素共同作用形成的自密实混凝土的坍落度损失受诸多因素的影响，故可通过试验分析，在相同掺量条件下对自密实混凝土坍落度损失影响规律。从试验结果看，随着水泥掺量增大，自密实混凝土的自密实性能逐渐变差。自密实混凝土最大坍落度损失由4.8mm降至4.6mm。与水泥用量相同时，随着掺量越来越大，其坍落度损失呈逐渐减小趋势。同时水胶比随着掺数的扩大呈逐渐增大趋势；随掺数增大自密实混凝土水胶比越大，其坍落度比越小，这说明随着水胶比增大，自密实混凝土强度越高，其坍落度损失越小2。3 提高工程质量保证体系的科学性与合理性3.1 结合实际情况选择外加剂品种普通混凝土的外加剂品种有很多种，一般认为应选择水泥建筑与装饰 2023年 8月下.indd 1582023/8/23 15:27:53建筑技术 Construction&Decoration建筑与装饰2023年8月下 159用量与水胶比合理时所使用的外加剂品种为最佳。其中包括碳酸钠、矿渣微粉、粉煤灰等。对于C40以上级水泥，应尽量选用矿渣微粉和粉煤灰系列的外加剂。由于其有很多的品种，有专门的种类使用的专用外加剂。如碳酸钠和煤灰粉混合使用的减水剂、矿渣微粉和粉煤灰掺制的缓凝剂、矿渣微粉粉磨剂及复合外加剂等。同时，在选用复合外加剂种类以前，应对复合外加剂品种进行技术经济评价，根据综合性能指标进行选择。3.2 确定外加剂掺量的比例水泥用量越大，其掺量越小。当外加剂掺量为1%3%时，SBS混凝土具有较高的自密实程度，干缩特性较好，不易发生坍落度损失。对于自密实混凝土的强度而言，其含气量一般要求小于0.1%，相对湿度为85%95%，以防止水化过程中水分的蒸发和混凝土内部水分的损失。但由于SBS混凝土的强度是以水泥水化过程中形成的水胶比来计算的，因此由于水胶比的不同直接影响了混凝土的流动性和耐久性。混凝土的早期强度是随着水胶比逐渐增大的，当水胶比为1.52.5级时，较低的水胶比降低了早期强度的影响，较高的水胶比降低了后期强度的影响。为了满足施工要求和保证工程质量要求应根据不同骨料颗粒含量来确定水胶比，因此采用两种不同比例的骨料（碎石与粗骨料=14、18）作为混凝土的外加剂进行掺量为1%。3.3 适当增加水泥用量，提高水泥胶砂含量在水胶比一定的条件下，水泥用量（或骨料用量）是影响自密实程度、自密实强度与水胶比的重要因素。当混凝土胶凝材料（C3A/C4A）添加量（或骨料添加量）越大，自密实程度越高、自密实强度越小、自密实系数越小、泌水系数越小、密实系数越小。因此，适当控制住添加水泥强度的限值后可获得较好的自密实度（自密实程度）以及自密实系数（工作性能强）。考虑到骨料的用量对水泥用量的影响效果较小（仅对C3A/C4A/C4B试验结果的影响）；对于C4A/C4B试验结果则有不同程度的影响。当水泥胶砂含量在一定范围内时，能提高掺入骨料后的水泥用水量；如果加入水泥强度限值较小（仅对UBDE级强度限制）但胶凝材料（粉煤灰）添加量相对较大、掺胶粉强度较高（UBDE级除外）或增加其他外加剂后可达到更好效果。3.4 调整水胶比平衡关系，确定合理的水胶比水泥用量增加时，掺入骨料对其自密实程度和工作性能影响较大。在确保生产安全的前提下，应适当调整水胶比平衡关系。当水泥用量增加10%时，可适当提高掺量。当骨料用量增加25%时，可以适当降低水泥用量；当水泥用量增长50%以下时，适当提高掺量，但是不宜太高；当添加的骨料过多时，也应提高掺量以满足生产需求后再决定是否继续增加外加剂用量。只有在保持基本平衡状态下，才能使粉煤灰等胶凝材料的使用量达到较大值3。4 结束语综上所述，在保证质量的前提下，水泥用量与水胶比是影响自密实程度以及自密实强度最重要的两个因素。利用水胶比来确定水泥用量与外加剂用量之间的关系：根据SBS的工作性能试验结果，水泥用量与水胶比合理时，自密实混凝土具有较高的自密实度、良好的干缩特性、较高的粘聚性、较低的泌水率和良好的密实性。利用水泥胶砂含量来确定水泥用量与水胶比之间影响时，水泥用水量应控制在一定范围内。当水泥用量太小时，将无法满足自密实程度高与工作性能高要求；当水泥用量过大时，将无法满足自密实程度低与工作性能强之间矛盾时，将会导致强度降低与工作性能低之间矛盾，最终无法满足施工要求。参考文献1 杭美艳,兰英静,孙成晓,等.低胶凝材料低水泥用量自密实混凝土研究C.第八届全国高强与高性能混凝土学术.第八届全国高强与高性能混凝土学术交流会.上海:中国土木工程学会,2012:296-300.2 白云志,万小梅,赵铁军,等.大掺量机制砂低胶凝材料用量自密实混凝土制备技术J.施工技术,2016,45(3):30-33.3 阎培渝,阿茹罕,赵昕南.低胶凝材料用量的自密实混凝土J.混凝土,2011(1):1-4,13.建筑与装饰 2023年 8月下.indd 1592023/8/23 15:27:53