桂 乾
(中國電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,成都,610072)
高強(qiáng)混凝土粘度較高、流動(dòng)性差及塑性不易保持等導(dǎo)致混凝土泵送時(shí)壓力高,容易產(chǎn)生泄漏導(dǎo)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(shí)性能及流變性不僅僅提升施工效率,并且設(shè)備的磨損也大幅降低。
某混凝土壩采用C60自密實(shí)混凝土,設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C60。總體要求為:部位設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C60等級(jí),混凝土28d抗壓強(qiáng)度須超過70MPa;混凝土應(yīng)具備高流動(dòng)性,自密實(shí)性優(yōu)良等特征;混凝土拌合物擴(kuò)展度為650±50mm,2h擴(kuò)展度損失值≤70mm;混凝土與鋼板粘結(jié)良好,無可見縫隙。
實(shí)驗(yàn)水泥為P·O42.5水泥,標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量27.8%,3d抗壓強(qiáng)度28.9MPa,28d抗壓強(qiáng)度52.1MPa;粉煤灰為I級(jí)粉煤灰,細(xì)度6.2%,燒失量2.8%,需水量比92%;礦粉為S95級(jí)礦粉,比表面積不低于400m2/kg,礦粉28d活性指數(shù)達(dá)102%;砂采用中粗河砂,細(xì)度模數(shù)2.6,碎石級(jí)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。
配合比S001、S002作為對(duì)比配合比,為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)z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(xué)性能見表2。
表1 C60自密實(shí)混凝土優(yōu)選配合比(單位:kg/m3)
表2 C60自密實(shí)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(qiáng)度對(duì)比
3個(gè)配合比自密實(shí)性能的區(qū)別在于膠凝材料中超細(xì)礦物摻合料的比例不同,S001配合比為“硅灰+超細(xì)礦粉”雙摻體系,混凝土密實(shí)程度相對(duì)較高,但混凝土粘度很大,對(duì)于高層泵送阻力大,施工困難,28d抗壓強(qiáng)度占比達(dá)到127.3%,強(qiáng)度滿足要求,但新拌混凝土自密實(shí)性能無法滿足施工要求,主要考核指標(biāo)倒坍時(shí)間較長,坍落與J環(huán)擴(kuò)展度之差較大,S001配合比中水泥用量與膠材總量偏高,會(huì)形成較高的水化溫升,導(dǎo)致收縮加劇,具有開裂風(fēng)險(xiǎn);S002配合比單摻硅灰,由于硅灰的形態(tài)效應(yīng),混凝土體系粘度適中,自密實(shí)性能大幅改善,但硅灰活性基本局限于早期,混凝土后期強(qiáng)度貢獻(xiàn)比例較少,28d抗壓強(qiáng)度占比達(dá)到114.0%,并且硅灰單方成本較高,導(dǎo)致S002配合比經(jīng)濟(jì)性較差;S003配合比中摻加超細(xì)粉煤灰,該粉煤灰顯著優(yōu)勢(shì)為其自身具備的形態(tài)效應(yīng),球形顆??山档湍Σ磷枇Γ@著改善混凝土粘度,有利于高強(qiáng)混凝土泵送施工,單測(cè)超細(xì)粉煤灰28d活性指數(shù)達(dá)到90%,可貢獻(xiàn)混凝土后期強(qiáng)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(dǎo)致的開裂,體積穩(wěn)定性好。因此,通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),超細(xì)粉煤灰的優(yōu)勢(shì)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(shí)驗(yàn)
圖3 S001配合比坍落擴(kuò)展度
圖4 S002配合比U型箱實(shí)驗(yàn)
圖5 S002配合比坍落擴(kuò)展度
圖6 S003配合比U型箱實(shí)驗(yàn)
圖7 S003配合比坍落擴(kuò)展度
黏度η主要是對(duì)混凝土內(nèi)聚性能進(jìn)行表征的參數(shù),內(nèi)聚性能對(duì)混凝土在高壓過程中的可泵性評(píng)價(jià)有著重要的指導(dǎo)意義。在混凝土流變理論的基礎(chǔ)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(jī)扭矩測(cè)試原理,測(cè)量容器內(nèi)不同混凝土黏度下及混凝土不同深度時(shí)的扭矩值,并根據(jù)S.Morinaga公式擬合混凝土屈服應(yīng)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(cè)定3個(gè)配合比的流變性能。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。
表3 C60自密實(shí)混凝土配合比流變性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果
從計(jì)算結(jié)果看,配合比S001屈服應(yīng)力最小,但是粘度最大,這與配合比S001中硅灰的特性有關(guān)。摻加硅灰后,混凝土和易性優(yōu)良,更易于發(fā)生流動(dòng)變形,在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)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(qiáng),泵送過程中與泵管的摩擦力大,會(huì)導(dǎo)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(yīng)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(dòng)變形,混凝土流動(dòng)性及填充性較差。
而摻加微珠的配合比S003屈服應(yīng)力適中,粘度最低。微珠的“滾珠”效應(yīng)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。
自密實(shí)混凝土中引入超細(xì)礦物摻合料-超細(xì)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(shè)備以及泵送管道的磨損程度,倒坍時(shí)間不超過3.0s,也反映混凝土整體粘度較低,對(duì)于泵送是有利的?;炷琳w膠凝材料總量不高,并且水泥用量顯著降低,主要優(yōu)勢(shì)在于改善混凝土體系水化溫升情況,升溫勻速平緩,通過測(cè)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。