林英紅

摘要:近年來自密實混凝土得到了大量應(yīng)用,自密實混凝土指新拌混凝土具有高流動度而不離析、不泌水和高均勻性,能在不經(jīng)振搗或少振搗的情況下自流平整并自動通過鋼筋間隙充滿模具,達到充分密實和獲得最佳性能的混凝土。自密實混凝土因其有十分良好的工作性、力學性能與耐久性,而廣泛應(yīng)用于澆筑量大、澆筑深度深或澆筑高度大、鋼筋密集、有特殊形狀等混凝土工程中。目前,自密實混凝土已經(jīng)成為高性能混凝土的一個重要研究方向之一。本文著重探討骨料對混凝土性能的影響。

關(guān)鍵詞:骨料;自密實混凝土

粗骨料最大粒徑、粗骨料級配、砂率等因素對摻不同礦物摻合料,如粉煤灰、礦渣粉或硅灰的自密實混凝土的工作性與強度性能的影響。粗骨料最大粒徑越小,自密實混凝土的流動性越大、粘聚性越好。隨著粉煤灰、礦渣粉的摻量增大,自密實混凝土的流動性明顯增大,粘聚性顯著下降。復(fù)合摻入合適比例的礦物摻合料,可有效改善自密實混凝土工作性與強度。粗骨料級配是影響自密實混凝土性能的重要因素之一。隨著砂率增大,自密實混凝土拌合物的流動性增大,粘聚性減小,流動性損失減小,早期和后期抗壓強度也隨之下降。

骨料顆粒的粒形、粒徑、表面結(jié)構(gòu)和礦物成分,往往影響混凝土過渡區(qū)的特性,從而影響混凝土的強度。

級配良好的粗骨料改變其最大粒徑對混凝土強度有著兩種不同的影響。水泥用量和稠度一樣時,含較大骨料粒徑混凝土拌和物比含較小粒徑的強度小,其集料的表面積小,所需拌和水較少,較大骨料趨于形成微裂縫的弱過渡區(qū),其最終影響隨混凝土水灰比和所加應(yīng)力而不同。在低水灰比時,降低過渡區(qū)孔隙率同樣對混凝土強度一開始就起重要作用。在一定拌和物中,水灰比一定時抗拉強度與抗壓強度之比將隨粗骨料粒徑的降低而增加。試驗表明,增加骨料粒徑對高強混凝土起反作用,低強度混凝土在一定水灰比時,骨料粒徑似乎無大的影響。另外,在同一條件下,以鈣質(zhì)代硅質(zhì)骨料會使混凝土強度明顯改善。

自密實混凝土的原材料組成與配合比設(shè)計、質(zhì)量控制、性能試驗方法等與普通混凝土不同。骨料、高效減水劑、礦物摻合料(粉煤灰、礦渣粉、硅灰)等組成與配比對自密實混凝土性能具有重要的影響。研究這些原材料特性及組成對自密實混凝土性能的影響,對指導(dǎo)自密實混凝土的配制與應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。

經(jīng)過前期的大量自密實混凝土配合比設(shè)計與優(yōu)化試驗,確定了自密實混凝土配合比的基本參數(shù),水膠比為0.35,砂率為50%,SP1聚羧酸減水劑摻量為1.2%,自密實混凝土的基準配合比為,膠凝材料:粗骨料:水:減水劑=500:860:860:175:6(kg/m3)。

1 粗骨料最大粒徑31.5mm時摻不同膠凝材料體系的自密實混凝土性能

當采用最大粒徑為31.5mm的連續(xù)級配碎石時,各組新拌混凝土的坍落度初始值達到23cm,坍落擴展度均也達到60cm以上。從新拌混凝土的狀態(tài)來看,不摻摻合料的基準混凝土狀態(tài)比較差,有離析的趨勢;摻入粉煤灰后,漿體狀態(tài)明顯改善,坍落擴展度也隨之增大,倒坍落度筒流出時間縮短,但當粉煤灰摻量達到40%時,混凝土拌合物有點泌水、離析,主要因為在水膠比一定時,粉煤灰的減水作用引起了混凝土拌合物的離析;而當復(fù)合摻人粉煤灰和硅灰的復(fù)合膠凝材料體系時,混凝土拌合物狀態(tài)明顯改善,具有較高的流動性與粘聚性。從不同齡期的強度來看,摻人粉煤灰引起3d強度的下降,但后期強度均比基準混凝土高,尤其復(fù)摻粉煤灰和硅灰的自密實混凝土。因此,復(fù)合不同品種的礦物摻合料是配制自密實混凝土的關(guān)鍵技術(shù)之一。

但從總體的狀態(tài)來看,對采用最大粒徑為31.5mm碎石,配制的自密實混凝土的外觀不是十分理想,大粒徑的粗骨料常浮在表面,分布也不均勻,包裹性略低這大大降低了自密實混凝土的應(yīng)用范圍。因此在配制自密實混凝土時,必須考慮粗骨料最大粒徑。

2 粗骨料最大粒徑25mm時不同膠凝材料體系的自密實混凝土性能

選用粗骨料最大粒徑為25mm的碎石,粗骨料級配比例為5～10mm:l0～20mm:20～25mm=30%:40%:30%,研究了不同復(fù)合膠凝材料體系對自密實混凝土工作性及強度的影響。

當采用最大粒徑為25mm的間斷級配碎石時,摻礦渣粉摻合料的新拌混凝土的坍落度初始值達到23cm以上,坍落擴展度均也達到60cm以上。從新拌混凝土的狀態(tài)來看,不摻摻合料的基準混凝土初始坍落度及坍落擴展度均較小,也有離析的趨勢;當摻人礦渣粉,混凝土狀態(tài)明顯改善,坍落擴展度也隨之增大,當?shù)V渣摻量達到40%時,因其具有一定的減水作用,引起混凝土拌合物的泌水、離析;而當復(fù)合摻人礦渣粉和硅灰的復(fù)合膠凝材料體系時,自密實混凝土拌合物狀態(tài)明顯改善,具有較高的流動性與粘聚性。摻礦物摻合料的各組自密實混凝土的倒坍落度筒流出時間均在6～8s之間,表明混凝土拌合物均具有較高流動性。從不同齡期的強度來看,摻人礦渣粉引起3d、7d抗壓強度的下降,但后期強度增長快,尤其復(fù)摻礦渣粉和硅灰的混凝土。

從總體的狀態(tài)來看,對采用最大粒徑為25mm碎石,配制的自密實混凝土狀態(tài)比較理想,粗骨料分布均勻,勻質(zhì)性明顯比最大粒徑為31.5mm的自密實混凝土高。倒坍落度筒流出時間均很小,表明混凝土的流動性好,具有較高的鋼筋通過能力。這一方面是粗骨料最大粒徑的減小,另一方面是摻人礦渣粉礦物摻合料的作用所致。

3 粗骨料級配對自密實混凝土性能的影響

在保持其他條件基本相同情況下,試驗進一步研究了不同粗骨料級配對自密實混凝土性能的影響,粗骨料中細顆粒越多,混凝土坍落度及坍落擴展度越大,流出時間也越小,表明混凝土具有較高的流動性,而早期強度略有下降。當骨料中粗顆粒較多時,坍落度、坍落擴展度略有增大,混凝土狀態(tài)明顯差,但后期強度較高。從自密實混凝土的拌合物性能要求來看,選擇合適的骨料級配比例也是制備自密實混凝土的關(guān)鍵技術(shù)之一。

4 砂率對自密實混凝土性能的影響

隨著砂率的增大,混凝土拌合物的初始坍落度增長不大,均在24cm左右,但坍落擴展度隨之增大,倒坍落度筒流出時間隨之減小;坍落度與坍落擴展度經(jīng)時損失也隨之減小。這充分表明,砂率越大,混凝土拌合物的流動性增大、粘聚性減小,流動性損失越小。從抗壓強度發(fā)展來看,無論是早期強度還是后期強度,砂率越高,抗壓強度下降越大。因此,配制自密實混凝土時,選擇合適的砂率應(yīng)從混凝土流動性、粘聚性、強度等幾個方面綜合平衡考慮。

總之,粗骨料最大粒徑越小,配制的自密實混凝土的流動性越大,粘聚性越好,勻質(zhì)性越高;隨著粉煤灰、礦渣粉的摻量增大,自密實混凝土的流動性明顯增大,粘聚性顯著下降。復(fù)合摻人合適比例的礦物摻合料,可有效改善自密實混凝土拌合物性能;粗骨料中小粒徑顆粒越多,自密實混凝土流動性越高,早期強度略有下降。粗骨料中大粒徑顆粒比例較多時,坍落度、坍落擴展度略有增大,但混凝土狀態(tài)明顯差,后期強度較高;隨著砂率增大,自密實混凝土拌合物的流動性增大、粘聚性減小,流動性損失越小,早期和后期抗壓強度也隨之下降。