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        C60自密實混凝土自密實性及流變性研究

        2021-03-09 06:42:54
        四川水利 2021年1期
        關鍵詞:屈服應力硅灰礦粉

        桂 乾

        (中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司,成都,610072)

        引言

        高強混凝土粘度較高、流動性差及塑性不易保持等導致混凝土泵送時壓力高,容易產(chǎn)生泄漏導致混凝土離析、堵管等諸多問題,是混凝土施工的一大難題。良好的自密實性能及流變性不僅僅提升施工效率,并且設備的磨損也大幅降低。

        某混凝土壩采用C60自密實混凝土,設計強度為C60??傮w要求為:部位設計強度為C60等級,混凝土28d抗壓強度須超過70MPa;混凝土應具備高流動性,自密實性優(yōu)良等特征;混凝土拌合物擴展度為650±50mm,2h擴展度損失值≤70mm;混凝土與鋼板粘結良好,無可見縫隙。

        1 試驗原材料

        實驗水泥為P·O42.5水泥,標準稠度需水量27.8%,3d抗壓強度28.9MPa,28d抗壓強度52.1MPa;粉煤灰為I級粉煤灰,細度6.2%,燒失量2.8%,需水量比92%;礦粉為S95級礦粉,比表面積不低于400m2/kg,礦粉28d活性指數(shù)達102%;砂采用中粗河砂,細度模數(shù)2.6,碎石級配連續(xù),顆粒粒徑為5mm~25mm;外加劑為聚羧酸高效外加劑,固含量22%,減水率30%;水為自來水。

        2 C60自密實混凝土性能研究

        2.1 C60自密實混凝土自密實性能研究

        配合比S001、S002作為對比配合比,為基礎實驗膠凝材料體系中優(yōu)選出來的配合比,配合比S003為最終施工配合比,各配合比見表1,其工作性能及力學性能見表2。

        表1 C60自密實混凝土優(yōu)選配合比(單位:kg/m3)

        表2 C60自密實混凝土優(yōu)選配合比性能

        圖1 三種配合比的混凝土不同齡期抗壓強度對比

        3個配合比自密實性能的區(qū)別在于膠凝材料中超細礦物摻合料的比例不同,S001配合比為“硅灰+超細礦粉”雙摻體系,混凝土密實程度相對較高,但混凝土粘度很大,對于高層泵送阻力大,施工困難,28d抗壓強度占比達到127.3%,強度滿足要求,但新拌混凝土自密實性能無法滿足施工要求,主要考核指標倒坍時間較長,坍落與J環(huán)擴展度之差較大,S001配合比中水泥用量與膠材總量偏高,會形成較高的水化溫升,導致收縮加劇,具有開裂風險;S002配合比單摻硅灰,由于硅灰的形態(tài)效應,混凝土體系粘度適中,自密實性能大幅改善,但硅灰活性基本局限于早期,混凝土后期強度貢獻比例較少,28d抗壓強度占比達到114.0%,并且硅灰單方成本較高,導致S002配合比經(jīng)濟性較差;S003配合比中摻加超細粉煤灰,該粉煤灰顯著優(yōu)勢為其自身具備的形態(tài)效應,球形顆??山档湍Σ磷枇Γ@著改善混凝土粘度,有利于高強混凝土泵送施工,單測超細粉煤灰28d活性指數(shù)達到90%,可貢獻混凝土后期強度,通過取代水泥,降低整體體系水泥用量,降低水化放熱,避免由于溫升導致的開裂,體積穩(wěn)定性好。因此,通過實驗發(fā)現(xiàn),超細粉煤灰的優(yōu)勢更加明顯。配合比新拌混凝土工作性能如圖2-7所示。

        圖2 S001配合比U型箱實驗

        圖3 S001配合比坍落擴展度

        圖4 S002配合比U型箱實驗

        圖5 S002配合比坍落擴展度

        圖6 S003配合比U型箱實驗

        圖7 S003配合比坍落擴展度

        2.2 C60自密實混凝土流變性能研究

        黏度η主要是對混凝土內(nèi)聚性能進行表征的參數(shù),內(nèi)聚性能對混凝土在高壓過程中的可泵性評價有著重要的指導意義。在混凝土流變理論的基礎上,公司自主開發(fā)出混凝土流變儀,見圖8。

        圖8 混凝土流變儀

        依據(jù)調(diào)速電機扭矩測試原理,測量容器內(nèi)不同混凝土黏度下及混凝土不同深度時的扭矩值,并根據(jù)S.Morinaga公式擬合混凝土屈服應力值和粘度來表征混凝土的流變性能,并可調(diào)整轉(zhuǎn)臂桿上阻力柱在混凝土中的不同深度,表征混凝土的勻質(zhì)性。

        本文使用自主開發(fā)的混凝土流變儀測定3個配合比的流變性能。其實驗結果見表3。

        表3 C60自密實混凝土配合比流變性能實驗結果

        從計算結果看,配合比S001屈服應力最小,但是粘度最大,這與配合比S001中硅灰的特性有關。摻加硅灰后,混凝土和易性優(yōu)良,更易于發(fā)生流動變形,在實際生產(chǎn)應用中更易于填充空間和穿越鋼筋。但是硅灰混凝土的粘度值高,混凝土自身內(nèi)聚力較強,泵送過程中與泵管的摩擦力大,會導致泵送壓力過大,不利于高層泵送。

        配合比S002中降低了水泥用量,增加了粉煤灰用量,混凝土粘度有所降低,但屈服應力高,表明混凝土勻質(zhì)性較配合比S001差,不易于發(fā)生流動變形,混凝土流動性及填充性較差。

        而摻加微珠的配合比S003屈服應力適中,粘度最低。微珠的“滾珠”效應大大降低了混凝土的內(nèi)聚力,在混凝土中起到潤滑作用,大大降低了混凝土的粘度,在泵送過程中降低與泵管的摩擦力,提高了泵送效率,降低了泵送難度。

        3 小結

        自密實混凝土中引入超細礦物摻合料-超細粉煤灰,可大幅降低混凝土整體粘度,主要由于粉煤灰為球形顆粒,阻力小,降低泵送設備以及泵送管道的磨損程度,倒坍時間不超過3.0s,也反映混凝土整體粘度較低,對于泵送是有利的。混凝土整體膠凝材料總量不高,并且水泥用量顯著降低,主要優(yōu)勢在于改善混凝土體系水化溫升情況,升溫勻速平緩,通過測試,體系絕熱溫度峰值為64.6℃,有利于提高混凝土體積穩(wěn)定性。

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