黃銳新，陳嘉健

(佛山科學技術學院 土木工程系，廣東 佛山528000)

自密實混凝土的優(yōu)越性能逐漸被土木行業(yè)所認可，其工作性能尤其重要，在實際施工過程中起著不可或缺的作用。工程上用得最多的測試工作性能的三個評價標準分別是：(1)流動性能；(2)間隙通過性；(3)抗離析性[1-5]。三個評價標準中的流變性能是自密實混凝土工作性能的重中之重，其測試方法也有很多種，但現(xiàn)在國際上還沒有一個特定的測試自密實混凝土工作性能的標準方法，本文使用坍落擴展度及V型流動儀兩個試驗分別從靜態(tài)和動態(tài)兩個角度展開對自密實混凝土的流變性能研究。此外，平均液層厚度被香港關國雄團隊認為是影響砂漿及水泥漿流動性能的關鍵影響因素之一，該團隊通過研究用水量、堆積密度和固相顆粒表面積對凈漿、砂漿和混凝土流變性能的影響找出彼此之間的關系[6-8]。本研究通過20組對比試驗，基于平均液層厚度理論探究自密實混凝土流變性能機理，揭示了平均液層厚度對自密實混凝土流變性能的影響。

1 試驗材料

(1)水泥：海螺牌P·042.5R水泥，密度3143 kg/m3，比表面積365 m2/kg，質量符合現(xiàn)行國家標準《通用硅酸鹽水泥》(GB 175—2007)的要求；(2)石子：粒徑5～10 mm與 粒徑10～20 mm 按1∶1混合；(3)砂：佛山當?shù)睾由埃毝饶?shù)為2.6，屬中砂；(4)減水劑：廣東瑞安LS-JS聚羧酸高效減水劑，符合現(xiàn)行國家標準《混凝土外加劑應用技術規(guī)范(附條文說明)》(GB 50119—2013)，摻雜量按廠家的建議取1.5%；(5)水：自來水。

表1 水泥的性能指標

2 試驗方案

本試驗共配制20組試驗，按不同的水灰比體積比、不同的水泥漿體積比及砂率進行測量，水灰比體積比為1.05和1.20兩大組，水泥漿體積比(水泥、水、減水劑體積之和占混凝土體積比例)為0.34到0.50，以0.04為級差，砂率為0.5和0.6，試塊分別以“S-水灰比體積比-水泥漿體積比-砂率”為編號，各項試驗的詳細配比數(shù)據見表2。

表2 各組試驗配合比及流變性能

3 填充密度測量及平均液層厚度計算

3.1 填充密度測量方法

填充密度試驗采用水測緊密值法[9]，可以反映自密實混凝土固相顆粒間的填充程度，根據試驗的固相材料配合比配制試驗組，逐漸加入水后看固相材料可以達到的最大填充率，此即為最大填充密度[10-12]。在此狀態(tài)下，膠凝材料顆粒外層恰好被充分包裹，顆粒之間無空隙。該測試方法考慮到空氣、加水量及減水劑的影響，模擬出固相材料在混凝土中的懸浮狀態(tài)，較以往的干測量法考慮到更多的影響因素，因此更加符合混凝土的實際情況，測量結果更為準確。記已知容積的容器裝滿試樣時的填充率為P[13]，則基于水測緊密值法可以得到以下式子：

M=mc+ms+mw=PVRcρc+PVRhρh+PVRsρs+PVuwρw

(1)

式中：M為砂漿的總質量，V為杯子的容積，mc、ms、mw分別為捶杯試驗中水泥、河砂、加入水的質量，Rc、Rs分別為水泥、河砂占固相材料的體積分數(shù)，uw為體積水灰比，ρc、ρh、ρs、ρw分別為水泥、滑石粉、河砂、水的密度。由式(1)可以推出

(2)

式中：Vs為固相材料的總體積。整個試驗需在新拌砂漿5 min內完成，溫度控制在(20±20) ℃。

3.2 平均液層厚度計算方法

計算出各個試驗組別的填充密度后，根據以下公式可以計算出平均液層厚度[14-17]：

(3)

We=Vw-Vh

(4)

(5)

A=McSc+MsSs

(6)

式中：T為平均液層厚度We為試樣中剩余水體積，A為水泥及河砂等固相材料的總比表面積；Vw為試樣的實際用水體積，mL；Vh為顆粒間空隙體積，mL；pmax為固相材料的填充密度，Mc、Ms分別為配合比試驗中所用水泥、砂的實際質量，g；Sc、Ss為水泥、河砂的比表面積。

3.3 填充密度與平均液層厚度計算結果

各組的填充密度及平均液層厚度計算結果見表3。從表3中的數(shù)據可以得出以下結論：隨著水灰比體積比的增大，平均液層厚度也在逐漸增大。這是因為試驗配合比中液態(tài)水的增加，使得在滿足固相材料之間的空隙填充后，剩余水體積過大，故平均液層厚度一直呈現(xiàn)增大的趨勢，這與實驗中發(fā)生的現(xiàn)象相符合。但要提出的是，過大的水泥漿體積比極易出現(xiàn)離析、泌水等現(xiàn)象，即使其平均液層厚度一直在增加，但其混凝土工作性能中有部分測試無法滿足規(guī)范的要求。

表3 填充密度及平均液層厚度計算結果

4 平均液層厚度對自密實混凝土工作性能的影響

根據表3計算得到的平均液層厚度及表2中流變性能相關數(shù)據，分析兩者間的相關性。

平均液層厚度對自密實混凝土擴展度的影響見圖1。由圖1可知平均液層厚度與擴展度之間的相關系數(shù)已經達到了0.707，說明平均液層厚度與坍落擴展度之間存在較強的關系，可以認為混凝土的坍落擴展度很大程度上是由平均液層厚度決定的。隨著平均液層厚度的增加，坍落擴展度增加得較快，后續(xù)當平均液層厚度繼續(xù)增加時，坍落擴展度的大小趨于平緩。

平均液層厚度對自密實混凝土V型儀流出時間的影響關系見圖2。由圖2可知，平均液層厚度與V型儀流出時間之間的相關系數(shù)已經達到了0.726。隨著平均液層厚度的增加，V型儀流出時間會下降，表明平均液層厚度與自密實混凝土的動態(tài)流動性能存在較大的關聯(lián)性，平均液層厚度增大，會增強自密實混凝土的動態(tài)流動性。

圖1 坍落擴展度隨平均液層厚度變化 圖2 V型儀流出時間隨平均液層厚度變化

5 結論

根據各項流變性能指標與平均液層厚度變化情況關系分析，可以得到以下結論：

(1)平均液層厚度與自密實混凝土坍落擴展度呈正相關，與V型流動儀流出時間呈負相關，兩者的相關系數(shù)分別為0.707和0.726，表明平均液層厚度與自密實混凝土流動性能之間存在較強的關系，平均液層厚度增大，自密實混凝土的流動性能也會隨著增強。

(2)提出的平均液層厚度理論，其結果可以在填充密度測量出來后經式(3)計算得到。隨著水泥漿體積比與砂率的變化，平均液層厚度也會呈規(guī)律性變化，觀察計算得到的平均液層厚度與坍落擴展度及V型儀流出時間的相關程度，可依此判斷自密實混凝土的流變性能等各方面的變化趨勢，以達到設計、預測自密實混凝土理想工作性能等目的，在設計混凝土配合比的時候可加以參考。