骨料级配对混凝土自密实性影响研究.pdf

2 0 低温建筑技术 2 0 1 4年第 5期( 总第 1 9 1期 ) 骨料级 配对 混凝 土 自密 实性 影响研究 陈俊 明 ， 王作然 1 中国铁 建电气化局集 团北方工程公司 ， 太原0 3 0 0 5 3； 2 四川省峨眉山市燕 岗建筑工程有限公司 。 四川峨眉 山6 1 4 2 0 o) 【 摘要】 由于工程实际所需， 在实验室， 对 c0 5 0 级自密实混凝土的早期 自密实性能进行研究。通过固定胶 凝材料用量与固定水胶比， 改变砂率和骨料级配， 测试了两个变量对混凝土的流动性 、 稳定性、 钢筋间隙通过性和 填充性的影响， 根据参数对自密实性能的作用规律确定了用于工程的 C 5 0自密实预拌混凝土配合比。 【 关键词】 自密实混凝土； 自密实性； 工程实践 【 中图分类号】 1 3 3 5 2 8 0 4 1 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 4 0 5 0 o 2 0 一 o 2 自密实混凝土具有四个突出的技术性能 ： 一是 ， 在 自身 重力作用下可以保证混凝土拌合物具有顺 利地绕过 障碍 物 ， 充分填充到模型的每个角落的高流动性。二是， 填充完 成的混凝土不需借助附加振动既可以达到质量均匀一致， 且即不泌水， 也不离析的高稳定性。三是， 保证混凝土穿越 致 密钢筋 间 隙 时不 发 生 阻 塞 的高 通过 钢 筋 间 隙 能力 。 四 是， 是高流动性、 高稳定性和高间隙通过性的最终结果高 自 填充性。这四个技术特性使得自密实混凝土具有了由于免 振， 可节省劳动力和电力， 提高施工效率； 改善工作环境 ， 免 除振捣所产生的噪音给环境及劳动工人造成的危害； 增加 了结构设计的自由度，可用于浇筑成型形状复杂、 薄壁和配 筋密集的结构 ； 有效解决传统混凝土施工中漏振、 过振 ， 避 免了振捣对模板冲击移位的问题； 大量利用工业废料做掺 合料， 降低混凝土水化热， 提高混凝土耐久性； 降低工程总 体造价， 从提高施工速度， 减少操作工人， 延长模板使用寿 命， 结构设计优化等方面降低工程成本等诸多优点。因此 自密实混凝土在出现不久就被世界各地广泛地接受并得到 了大量应用。我国也开始了广泛地研究与推广应用， 并最 终形成了我国 自己的J G J T 2 8 32 0 1 2 ( 自密实混凝土应用 技术规程 行业标准 ， 而山西省的应用尚处于起步阶段， 结 合工程实际所需并为了大力推广 自密实混凝土的应用， 文 中通过骨料的级配对 自密实混凝土 自密实性能影响的试验 研究， 找出骨料级配对 自密实影响规律 ， 以选择出适合工程 使用的地产骨料及配合 比参数 ， 以利于推广应用 自密实混 凝土。 1 原 材料及试验研 究方案 流变学中 B i n g h a l T l 体适用一些带有分散粒子形成凝聚 结构的液体如胶体则并不遵循牛顿液体的流动方程， 切应 力要达到某一定值 T 。 ， 物体才开始流动， 这时 。 值称为屈服 应力， 又称塑性强度。因为外力( 切应力) 必须克服了物体 的粘聚结构后才能流动。流变方程如公式 1 ， 其中 田为粘度 ， 系数， 为切应变速率。 U r： o 叼d r d t ( 1 ) 国内外学者基本都认为， 自密实混凝土的流变行为非 常接近于 B i n g h a m体 ， 配合比一定时， 屈服应力 f 。与粘度系 数 1 1 为定值。当自密实混凝土拌合物内部产生的剪切应力 r大于等于 时混凝土发生流动， 可以看 出， 粘度系数越 小 ， 相同外力作用下流动速率越大。我们期望通过原材料 合理选择和配合 比参数选择来获得足够小的 ， 同时 值 也应较小， 使得混凝土 自由流动并密实匀质地填充满模具。 但是 田值过小则会导致混凝土内部相的粘度过小， 不能保 证骨料悬浮于水泥砂浆体系中， 造成混凝土出现离析与泌 水 情况。 可看出， 。 与 T I 值即是自密实混凝土流动的前提， 又是 保证混凝土不离析泌水的必要条件。在水胶比和胶结材料 固定的条件下， 砂率与粗骨料的级配是影响 自密实混凝土 粘度系数与屈服应力仅剩的2个因素。 表 1 C 5 0自密实混凝土试验配合 比 k s m 采用太行山牌 P 0 4 2 5水泥， 2 8 d 抗压强度4 6 7 MP a ； l 级粉煤灰； 中砂， 细度模数 2 64 ； 小碎石 51 6 ra m， 大碎石 1 O 2 0 mm 泵送剂 A d ， 水胶比0 3 2 。采用变砂率影响试验， 确定合理的砂率为 4 9 。固定 4 9 砂率后， 继续进行大小 陈俊明等 ： 骨料级配对混凝土 自密实性影响研究 2l 石体积比例变化即粗骨料级配影响试验， 确定大小石体积 比例， 保持石子总体积不变 ， 变化大小石比例。试验系列配 合比见表 1 。 自密实性能试验依据 J G J T 2 8 32 0 1 2 (自密实混凝土 应用技术规程 的相关规定进行， 测试混凝土坍落度、 坍落 扩展度 s 扩展时间 7 l姗、 离析率 、 粗骨料振动离析率 、 坍落扩展度与 ， 环扩展度差值 ， 测试后进行影响规律分 析 。 2试验结果 与分析 自密实混凝土的早期性能所需要达到的技术指标于评 价等级指标见 J G J T 2 8 3 2 0 1 2 ， 自密实混凝土应用技术规 程 ， 随着性能提高表示的自密实等级越高。 ( 1 ) 砂率对自密实性与强度影响。在本试验条件下 ， 水胶 比、 胶凝材料用量和粗骨料级配固定时， 随着砂率的增 加， 自密实混凝土的各项 自密实性能出现了规律性的变化 ， 混凝土自密实性能和强度试验结果见表2 。 表 2 砂率变化对 自密 实混凝 土性能影 响数据 编 砂率 s F P S R 厂 由 抗压强度 M P a 号 m m S m m 3 d 7 d 2 8 d S 1 5 4 3 5 柏 6 2 7 4 l 1 O 2 4 2 4 8 4 5 3 6 7 1 S 1 6 4 5 6 1 5 4 6 5 1 1 2 9 3 9 2 4 3 4 4 7 6 5 6 S 1 7 4 7 6 7 0 3 O 3 0 1 5 5 6 4 1 9 4 4 3 2 6 4 8 5 1 8 4 9 7 5 o 1 9 2 1 1 8 4 8 5 l 5 3 9 5 6 2 9 S 1 9 5 1 7 0 0 1 8 l 5 2 3 8 l 5 7 l & 0 3 4 5 5 8 4 S 2 o 5 3 6 7 5 3 5 2 5 2 8 6 2 6 2 l 5 7 3 3 1 5 5 8 由砂率试验结果表 2可见， 随着砂率增加， 混凝土的坍 落扩展度在 4 9 砂率之前逐渐增大， 最大值可达到7 5 0 m m， 之后出现递减规律。 0 o达到时间在砂率 5 1 时最好 ， 超 过后则不合格。J 环扩展度与坍落扩展度差值也如此 ， 但是 当砂率超过 4 9 后， 混凝土的抗离析性能均出现了不合格 情况， 且随砂率增加而愈发严重。 由此可见， 当其它因素固定的情况下， 砂率的增加， 使 得混凝土中的砂浆体积增加， 这样填充混凝土内部空隙的 砂浆量在不断地增加， 进而包裹与粗骨料表面的砂浆层厚 度在不断地增厚， 使得试验混凝土的屈服应力 丁 0与粘度系 数 T 1 均出现了减小 ， 这种变化使得混凝土流变所需的 f 值 变小， 混凝土拌合物宏观表现为坍落扩展度变大， T 5 0 o时间 缩短， J 环扩展度扩大。但是 ， 这种规律存在拐点 ( 4 9 砂 率) ， 拐点之后， 混凝土的抗离析性能逐渐下降， 泌水及砂浆 与粗骨料离析 出现 ， 导致 混凝 土 流动性 和通 过性 均 出现 下 降， 并出现各种性能的不合格情况。因此本试验配合比的 屈服应力 T o与粘度系数 1 1 即保证流动填充性 ， 又保证抗离 析性能的平衡点砂率应该为4 9 左右。 同时， 强度也随着砂率增加出现递减规律， 超过 4 9 砂 率后 ， 混凝土试配强度刚刚达到 C 5 0混凝土的设计要求。 甚 至达不到。所以， 选用 4 9 砂率进行后续试验研究。 ( 2 ) 粗骨料级配对混凝土自密实性影响， 见表 3 。 表 3 砂率变化对自密实混凝土性能影响数据 编 小大 S F V s P S R 抗压强度 M P a 号 石比 ram S m m 3 d 7 d 2 8 d s 2 l 0： 1 0 5 3 0 6 5 9 5 2 8 1 1 6 8 2 0 7 4 o 2 6 4 2 s 2 2 2 ： 8 6 4 0 3 5 6 3 2 3 5 l 2 1 1 9 9 4 1 3 6 3 1 S 1 8 4： 6 7 5 0 1 9 2 1 1 8 4 8 5 l 8 5 3 9 5 6 2 9 s 2 3 6： 4 7 1 5 2 7 5 0 1 4 5 7 1 l 8 1 3 8 2 6 2 3 S 2 4 8： 2 6 3 o 3 6 5 9 1 0 3 5 3 1 3 3 3 8 1 6 1 5 s 2 5 1 0： 0 5 5 0 7 3 7 4 6 2 5 7 l 6 9 3 7 6印 6 由表3的试验结果可见， 随着 51 6 m m粒径骨料的增 加， 混凝土的坍落扩展度在增加到 4 ： 6后不再增加 ， 反而下 降， I 5 0 o达到时间和 J 环扩展度与坍落扩展度差值规律类 同。但抗离析率始终呈现提高趋势。 究其原因， 在砂浆体积含量固定情况下， 随着 51 6 m m 粒径骨料体积的增加， 粗骨料的总体空隙率先呈下降趋势， 在达到 6 ： 4时空隙率最低， 之后增加。相对于空隙率 的变 化， 砂浆体积在变化。在 6 ： 4之前， 由于空隙率降低砂浆体 积相对增多， 因此砂浆在粗骨料表面的包裹厚度在增加， 因 此混凝土坍落扩展度增加 ， 1 5 o 0时间也缩短。在超过 4 ： 6 后， 比表面积增加过多致使砂浆包裹层厚度降低， 所以坍落 扩展度降低， I 5 0 o时问延长。J 环扩展度与坍落扩展度差值 的变化也是受此影响造成的。 对于抗离析性能的变化， 主要是由于随着粗骨科比表 面积的增加， 砂浆包裹层占用的砂浆的体积量在增加， 抗离 析性能增加。因此综合分析后可以选择 1 01 6 m m粒径骨 料与 1 0 2 0 m m粒径骨料的比例为 4 ： 6进行配合 比设计使 用 。 3 结语 在本试验条件下， 混凝土配合比中胶凝材料用量与水 胶比固定， 通过试验可以总结如下： C 5 0自密实混凝土的自密实性能与砂率息息相关 ， 通过 试验确认砂率为 4 9 时最为合适 ， 此时混凝土的屈服应力 1 o与粘度系数 1 1 即保证流动填充性， 又保证抗离析性能达 到了平衡 。 混凝土粗骨料对 自密实性能的影响显著， 骨料的空隙 率和比表面积是影响 自密实性能的主要原因， 空隙率与 比 表面积决定了砂浆相对体积含量和砂浆包裹层厚度 ， 因此 也存在最佳平衡点， 本研究条件下为 4 ： 6 。 参考文献 1 中国工程建设标准化协会， 白 密实混凝土应用技术规程 s 2 J G J T 2 8 3 2 0 1 2 ， 自 密实混凝土应用技术规程 S 收稿日期 2 0 1 4 - 0 3 3 l 作者简介 陈俊明( 1 9 7 9 一) ， 男， 太原人， 工程师， 从事土木 工程建设与研究工作 。