骨料對自密實(shí)混凝土性能的影響

林英紅

摘要:近年來自密實(shí)混凝土得到了大量應(yīng)用,自密實(shí)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(dá)到充分密實(shí)和獲得最佳性能的混凝土。自密實(shí)混凝土因其有十分良好的工作性、力學(xué)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(shí)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(shí)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(shí)混凝土的工作性與強(qiáng)度性能的影響。粗骨料最大粒徑越小,自密實(shí)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(shí)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(shí)混凝土工作性與強(qiáng)度。粗骨料級配是影響自密實(shí)混凝土性能的重要因素之一。隨著砂率增大,自密實(shí)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(qiáng)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(qiáng)度。

級配良好的粗骨料改變其最大粒徑對混凝土強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度之比將隨粗骨料粒徑的降低而增加。試驗(yàn)表明,增加骨料粒徑對高強(qiáng)混凝土起反作用,低強(qiáng)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(qiáng)度明顯改善。

自密實(shí)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(yàn)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(shí)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(shí)混凝土性能的影響,對指導(dǎo)自密實(shí)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(shí)混凝土配合比設(shè)計與優(yōu)化試驗(yàn),確定了自密實(shí)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(shí)混凝土的基準(zhǔn)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(shí)混凝土性能

當(dāng)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(dá)到23cm,坍落擴(kuò)展度均也達(dá)到60cm以上。從新拌混凝土的狀態(tài)來看,不摻摻合料的基準(zhǔn)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(kuò)展度也隨之增大,倒坍落度筒流出時間縮短,但當(dāng)粉煤灰摻量達(dá)到40%時,混凝土拌合物有點(diǎn)泌水、離析,主要因?yàn)樵谒z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(dāng)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(qiáng)度來看,摻人粉煤灰引起3d強(qiáng)度的下降,但后期強(qiáng)度均比基準(zhǔn)混凝土高,尤其復(fù)摻粉煤灰和硅灰的自密實(shí)混凝土。因此,復(fù)合不同品種的礦物摻合料是配制自密實(shí)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(shí)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(shí)混凝土的應(yīng)用范圍。因此在配制自密實(shí)混凝土?xí)r,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(shí)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(shí)混凝土工作性及強(qiáng)度的影響。

當(dāng)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(dá)到23cm以上,坍落擴(kuò)展度均也達(dá)到60cm以上。從新拌混凝土的狀態(tài)來看,不摻摻合料的基準(zhǔn)混凝土初始坍落度及坍落擴(kuò)展度均較小,也有離析的趨勢;當(dāng)摻人礦渣粉,混凝土狀態(tài)明顯改善,坍落擴(kuò)展度也隨之增大,當(dāng)?shù)V渣摻量達(dá)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(dāng)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(shí)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(shí)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(qiáng)度來看,摻人礦渣粉引起3d、7d抗壓強(qiáng)度的下降,但后期強(qiáng)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(shí)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(shí)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(shí)混凝土性能的影響

在保持其他條件基本相同情況下,試驗(yàn)進(jìn)一步研究了不同粗骨料級配對自密實(shí)混凝土性能的影響,粗骨料中細(xì)顆粒越多,混凝土坍落度及坍落擴(kuò)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(qiáng)度略有下降。當(dāng)骨料中粗顆粒較多時,坍落度、坍落擴(kuò)展度略有增大,混凝土狀態(tài)明顯差,但后期強(qiáng)度較高。從自密實(shí)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(shí)混凝土的關(guān)鍵技術(shù)之一。

4 砂率對自密實(shí)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(kuò)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(kuò)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(qiáng)度發(fā)展來看,無論是早期強(qiáng)度還是后期強(qiáng)度,砂率越高,抗壓強(qiáng)度下降越大。因此,配制自密實(shí)混凝土?xí)r,選擇合適的砂率應(yīng)從混凝土流動性、粘聚性、強(qiáng)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(shí)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(shí)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(shí)混凝土拌合物性能;粗骨料中小粒徑顆粒越多,自密實(shí)混凝土流動性越高,早期強(qiáng)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(kuò)展度略有增大,但混凝土狀態(tài)明顯差,后期強(qiáng)度較高;隨著砂率增大,自密實(shí)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(qiáng)度也隨之下降。