姚毓佳

(黑龍江寶清縣新盛元建筑有限責任公司,黑龍江 寶清 155600)

0 引 言

上世紀80年代初,日本國內(nèi)一些混凝土專家想要培養(yǎng)出能夠配置耐久性高的混凝土的專業(yè)技術(shù)人員,于是提出了自密實混凝土這一概念。經(jīng)過不斷研究試驗直到80 年代中期,團隊成員首次用普通的混凝土材料配制出了高耐久性的混凝土,稱其為自密實混凝土。自此之后世界上越來越多的國家發(fā)現(xiàn)自密實混凝土的優(yōu)點,也陸續(xù)開始研制自密實混凝土并將其應(yīng)用到各個建筑領(lǐng)域。進入20世紀90 年代,我國的科研院校和建筑企業(yè)也著手研究自密實混凝土,這一研究主要適應(yīng)建筑領(lǐng)域的超高層,和大跨徑的梁體的發(fā)展。

一些超級工程通常結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜和配筋多且密,自重大,使用普通混凝土往往因振搗困難或振搗不密實而很難達到要求的耐久性難以保證工程質(zhì)量;另外,綠色環(huán)保的施工也越來越重視,傳統(tǒng)的振搗方式即難達到耐久性的要求,振搗引起的噪聲也不符合環(huán)保要求,這成為需要解決的關(guān)鍵性問題,因此研究并應(yīng)用自密實混凝土成了建筑行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。至90年代以來,國內(nèi)自密實混凝土的研究領(lǐng)域涉及房屋建筑工程、水利工程、橋梁工程等,應(yīng)用廣泛。而在建筑結(jié)構(gòu)方面,一些配筋密集、薄壁和體型復(fù)雜等振搗困難的工程一直致力于自密實混凝土的應(yīng)用研究,尤其是鋼管混凝土中應(yīng)用甚多。

1 自密實混凝土的工作機理

如何具有良好的工作性能,混凝土拌和物的制備是關(guān)鍵。工作機理是自密實混凝土的主要性能,工作機理的影響因數(shù)有流動性性能、密實度、抗離析性能。自密實抗凍融混凝土,其具有和易性好,不易泌水、離析,且抗凍融性能強的優(yōu)點。自密實混凝土的這些諸多優(yōu)點、良好的工作機理才能在施工中廣泛使用。

1.1 流動性機理

混凝土一般用坍落度來判定其流動性,流動性可以從原來料的選取,配合比,水膠比,外加劑等來確定。

高效減水劑可以提高混凝土的流動能力。一旦加入高效減水劑,減水劑中作為界面活性劑的分子形成雙電位層,吸附在水泥粒子的表面,這些雙電位層產(chǎn)生會斥力,使水泥顆粒之間互相排斥,會斥力防止水泥顆粒之間的凝聚。

減水劑分子和水分子可以結(jié)合形成溶劑化膜層,促使水泥顆粒的滑動能力活躍。在減水劑降低表面張力的作用下,水分子向水泥顆粒移動,水分子潤濕水泥顆粒。這使得具有相同坍落度的情況下,減水劑的加入在較少拌合用水量的情況下,增加混凝土的流動性。

合適的原材料、配合比使得自密實混凝土在拌制過程中,調(diào)整其屈服應(yīng)力值和粘度形成相對平衡,這樣混凝土就能夠具有良好的流動性,既能到達符合要求的坍落度,又能夠獲得較好的勻質(zhì)性,這樣就可以提高耐久性。所以自密實混凝土對原材料要求比普通混凝土要高。

1.2 自密實機理

自身重力的作用下流平且密實,自密實混凝土之所以能夠做到這一點,主要是因為膠結(jié)料漿體具有塑性粘度。漿體可以減少集料之間接觸應(yīng)力,漿體包裹集料,防止其堆集在一起,減少了離析現(xiàn)象。

在拌和混凝土的過程中,混凝土內(nèi)部會存有一部分氣體,這些氣體分散在混凝土內(nèi)部,形成大小不一的氣泡,而在澆筑過程中,相鄰的氣泡會不可避免有聚集在一起的趨勢,一旦氣泡聚合在一起后,氣體體積變大所受到浮力會加大,氣泡會慢慢的浮出表面使混凝土內(nèi)部更密實。高效減水劑的加入使得自密實混凝土的表面張力降低,促使氣泡更容易聚合在一起加速上浮,提高混凝土的密實性能。

低水膠比使得摻合料細顆粒能充滿粗顆粒之間的空隙,起到物理填充作用。這樣能夠得到更大的密實度從而使得的空隙率最小,從而有效提高自密實混凝土的密實度和粘聚性。

2 自密實抗凍融混凝土的制作

2.1 自密實抗凍融混凝土的原材料

自密實抗凍融混凝土由水泥、外加劑、礦物摻合料、細骨料、粗骨料、粉煤灰、水、減水劑、粘合劑、木質(zhì)素纖維等材料組成(重量份見表1)。其中粗骨料包括粒徑為5mm-10mm 和粒徑為10mm-20mm 的兩種碎石,細骨料為中砂,外加劑為防凍劑、引氣劑和膨脹劑;礦物摻合料包括石粉、磨細礦渣和硅灰;減水劑為脂肪族羥基磺酸鹽高效減水劑和萘系減水劑。

表1 密實抗凍融混凝土原材料重量份

橡膠粉的粒徑為0.25mm-0.35mm,表觀密度為1300kg/m3- 1400kg/m3,堆積密度為650kg/m3-680kg/m3。引氣劑為十二烷基硫酸鈉、三萜皂甙、脂肪醇聚氧乙烯磺酸鈉中的一種或幾種的混合物。膨脹劑為氧化鎂、硫酸鈣、氧化鈣、硫鋁酸鈣中的一種或兩種的混合物。粘合劑為SBS改性瀝青、不飽和聚酯樹脂和環(huán)氧樹脂如表2。

表2 防凍劑所含物質(zhì)及重量份

2.2 制備自密實抗凍融混凝土步驟

2.2.1 防凍劑的制備步驟

(1)將水、聚乙烯醇、甲酸鈉、硫氰化鉀、硫代硫酸鈉依次加入反應(yīng)釜中,將反應(yīng)器的溫度控制為95-100℃,攪拌60-80min;

(2)再把溫度降至60-65℃,依次加入乙二醇、醋酸鉀和硝酸鈉,攪拌100-120min;

(3)最后加入依次加入橡膠粉、鋼纖維和水鎂石纖維,攪拌40-60min。

2.2.2 操作過程

首先對甲酸鈉、硫氰化鉀和聚乙烯醇進行溶解,在加入乙二醇、醋酸鉀和硝酸鈉進行混合,最后加入橡膠粉、鋼纖維和水鎂石纖維,使得防凍劑混合均勻,性能較佳。制備第一混合物:將相應(yīng)重量份數(shù)的水泥、礦物摻合料、粉煤灰、粗骨料和細骨料混合均勻,得到第一混合物;

制備第二混合物:將外加劑、減水劑、木質(zhì)素纖維和粘合劑加入到水中,攪拌均勻,形成第二混合物;

制備成品:邊攪拌邊將第二混合物加入到第一混合物中,混合均勻,制得自密實抗凍融混凝土。

通過采用上述技術(shù)方案,首先將水泥、礦物摻合料、粉煤灰、粗骨料和細骨料進行干拌,便于拌合均勻,在將外加劑和減水劑、木質(zhì)素纖維加入水中,進行溶解,減水劑也便于分散纖維素和水鎂石纖維,使得纖維素和水鎂石纖維在混凝土中具有良好的穩(wěn)定性和界面粘接性,從而提高混凝土的強度和韌性,最后將第一混合物和第二混合物進行混合,制得自密實抗凍融混凝土。

按表3中制備四種試件的配比。

表3 四種試件的配比

四種試件的組成性質(zhì)及配比如表4。

表4 四種試件的組成性質(zhì)及配比

3 自密實抗凍融混凝土的試驗檢測

3.1 自密實抗凍融混凝土的性能檢測

按照上述方法制備自密實抗凍融混凝土漿體,將混凝土漿體倒入相同規(guī)模的成型模具中,將成型模具放置在標準環(huán)境下靜置養(yǎng)護24h,然后拆模,將混凝土塊移動至標準養(yǎng)護室,置于室內(nèi)標準環(huán)境下養(yǎng)護28d或者56d,按照GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能測試方法標準》測試常溫(20℃)下相應(yīng)的混凝土的性能:坍落度和擴展度、豎向膨脹率、含氣量、勻質(zhì)系數(shù)、泌水率、56d抗壓強度試驗、56d抗折強度試驗,試驗結(jié)果如表5所示。

表5 自密實混凝土性能檢測

從表可以看出自密實混凝土試件的漿體,具有較高的坍落度和擴展度,且四個試件的擴展度均大于700mm 以上,且勻質(zhì)性較好,含氣量高,豎向膨脹率低,且泌水率小,說明試驗制備的自密實抗凍融混凝土具有不離析泌水的優(yōu)點。說明防凍劑、引氣劑和膨脹劑的質(zhì)量比為合理時,能夠使混凝土的和易性和勻質(zhì)性較好,提高混凝土抗離析泌水效果。

3.2 自密實抗凍融混凝土的抗凍融性能檢測

自密實抗凍融混凝土的抗凍融性能測試:按照實施例1-6和對比例1-6中的方法制備自密實抗凍融混凝土,將混凝土漿體倒入相同規(guī)模的成型模具中,將成型模具放置在標準環(huán)境下靜置養(yǎng)護24h,然后拆模,將混凝土塊移動至標準養(yǎng)護室,置于室內(nèi)標準環(huán)境下養(yǎng)護56d,將混凝土塊按照ASTM/C《混凝土快速凍融能力的標準試驗方法》測試混凝土的抗凍融能力,按照FB50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》測試混凝土的冰凍疲勞,測試結(jié)果如表6所示。

表6 自密實抗凍融混凝土的抗凍融性能檢測

由表6中數(shù)據(jù)可以看出,按照上述方法制備的自密實抗凍融混凝土具有良好的抗凍性能,在300次凍融循環(huán)后,抗壓強度、動彈模量和質(zhì)量損失率均較小,10萬次冰凍疲勞下的抗折強度損失率也較小,說明按照上述方法制備的自密實抗凍融混凝土具有良好的抗凍融效果.

4 結(jié) 語

自密實混凝土不僅有良好的耐久性,還有較高流動性和自填充性能,在截面復(fù)雜的工程結(jié)構(gòu)中采用自密實混凝土,能夠保證復(fù)雜結(jié)構(gòu)填充密實、不會產(chǎn)生離析和泌水的現(xiàn)象,可以獲得很好的均質(zhì)性。自密實混凝土的抗凍性是一項薄弱環(huán)節(jié),通過對原材料、配合比、外加劑的選取,配置的試件抗凍性能、工作性能都能符合要求。