甄偉超
摘 要 水泥混凝土工程朝著復(fù)合化、高強(qiáng)度、高性能的方向發(fā)展,對混凝土的要求更加嚴(yán)格和日趨復(fù)雜,如何保證特殊結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量,消除施工噪聲危害等,普通混凝土已無法滿足,一種新型的免振搗混凝土—高流動(dòng)混凝土應(yīng)運(yùn)而生并逐步發(fā)展起來。本文主要探討了礦物摻和料對高流動(dòng)混凝土性能的影響,同時(shí)探討增粘劑對高流動(dòng)砂漿力學(xué)性能、工作性能和孔隙構(gòu)造的影響,為高流動(dòng)混凝土設(shè)計(jì)、施工提供參考借鑒。
關(guān)鍵詞 高流動(dòng);混凝土;工作性能
1 概述
水泥混凝土是當(dāng)代最主要的建筑材料之一,全世界每年水泥混凝土的用量都在50億立方米以上。水泥混凝土由于其原材料來源廣泛,制備簡單,生產(chǎn)成本較低等顯著特點(diǎn),是最重要的和不可替代的工程結(jié)構(gòu)材料之一。在其應(yīng)用的一百多年歷史中,隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和工程實(shí)踐的不斷深入,水泥混凝土的用途愈來愈廣泛,無論是鐵路、公路、大壩、橋梁、隧道、建筑、港口碼頭等,水泥混凝土無處不在。可以說人類是置身在水泥混凝土的世界中。
隨著水泥混凝土工程朝著復(fù)合化、高強(qiáng)度、高性能的方向發(fā)展,對混凝土的要求更加嚴(yán)格和日趨復(fù)雜,如何保證工程質(zhì)量,加快施工進(jìn)度,促進(jìn)施工管理,解決繁雜勞動(dòng)及熟練技工的不足、消除施工噪聲危害等,普通混凝土已無法滿足。特別是近幾年商品混凝土與泵送混凝土工業(yè)迅速發(fā)展,對新拌混凝土的大流動(dòng)性及在運(yùn)輸澆筑過程中較長時(shí)間的保塑性提出了新的要求。一些工程結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度要求使得鋼筋混凝土構(gòu)件配筋稠密且復(fù)雜,混凝土難于振搗,有的則是特種薄壁結(jié)構(gòu)、高細(xì)結(jié)構(gòu)、淺埋暗挖工程、隧道和地下結(jié)構(gòu),根本沒有振搗可操作空間,施工非常困難。于是,一種新型的免振搗混凝土——高流動(dòng)混凝土應(yīng)運(yùn)而生并逐步發(fā)展起來。
1.1 高流動(dòng)混凝土的特點(diǎn)
高流動(dòng)混凝土具有優(yōu)良的變形能力和抗離析性,在澆筑過程中不用振搗而完全依靠自重作用自由流淌,穿越鋼筋間隙充分填充模板空間,同時(shí)具有足夠的粘聚性,防止離析泌水,拌和物均勻密實(shí),硬化后具有良好的力學(xué)性能和耐久性能。
1.2 礦物摻和料、增粘劑在混凝土中的作用意義
配制高流動(dòng)混凝土需要大量利用粉煤灰、礦渣、硅灰等工業(yè)固體廢棄物,有利于資源的綜合利用和生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。不僅適應(yīng)了當(dāng)代混凝土工程超大規(guī)?;?fù)雜化的要求,而且為混凝土走向綠色化、高性能化提供了技術(shù)保障,是混凝土工業(yè)的一次革命。礦物摻和料具有形態(tài)效應(yīng)、活性效應(yīng)以及微集料效應(yīng),在高流動(dòng)混凝土中摻入礦物摻和料可以明顯改善拌和物的流變性能,提高硬化混凝土的強(qiáng)度和耐久性。在高流動(dòng)混凝土的配制過程中,通常采用添加高效減水劑來達(dá)到減小混凝土拌合物的屈服應(yīng)力從而獲得較好的流動(dòng)性,但高效減水劑也會降低混凝土的黏聚性,增加離析現(xiàn)象的發(fā)生。因此,為提高高流動(dòng)混凝土的抗離析性,需添加增粘劑 。而高流動(dòng)混凝土中摻入增粘劑會對力學(xué)性能、微孔結(jié)構(gòu)等各方面性能產(chǎn)生一定的影響。
本文主要探討了礦物摻和料對高流動(dòng)混凝土性能的影響,同時(shí)探討三種增粘劑(PR-328、HPMC、HTL-S100)對高流動(dòng)砂漿力學(xué)性能、工作性能和孔隙構(gòu)造的影響[1]。
2 礦物摻和料對高流動(dòng)混凝土性能的影響
高流動(dòng)混凝土要分別或同時(shí)滿足多元組分優(yōu)化配置、良好的工作性、高強(qiáng)度、良好的耐久性等多方面的技術(shù)要求,故在原材料選擇上要比普通混凝土更加嚴(yán)格、復(fù)雜。礦物摻和料是高流動(dòng)混凝土中不可缺少的組分,主要有:粉煤灰、磨細(xì)礦渣、硅灰等。在高流動(dòng)混凝土中摻入活性礦物摻和料不僅可節(jié)約水泥,有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益,更重要的還在于只有摻入活性礦物摻和料才可取得許多重要的技術(shù)效果。在高流動(dòng)混凝土粉體材料中摻用礦物摻和料可以調(diào)節(jié)新拌混凝土的工作性能和施工性能,而且高流動(dòng)混凝土中的漿體總量比普通混凝土的大,如果僅用水泥作為粉體材料,則會引起混凝土早期水化熱較大、硬化混凝土收縮較大,不利于提高混凝土的耐久性和體積穩(wěn)定性。
高流動(dòng)混凝土一般分為三種類型:粉體系、增粘劑系和并用系。后兩種類型的高流動(dòng)混凝土均要使用到增粘劑,增粘劑能顯著增加水溶液的黏度,解決高流動(dòng)度的新拌混凝土的變形能力和抗離析性的矛盾,提高高流動(dòng)混凝土的穩(wěn)定性、充填性,但是一般摻入增粘劑會使混凝土硬化后的強(qiáng)度有所影響。
礦物摻和料對高流動(dòng)混凝土性能影響,混凝土的礦物外摻料包括粉煤灰、礦渣、硅灰等。這些摻和料是高流動(dòng)混凝土必不可少的組分,摻入活性礦物摻和料可節(jié)約水泥,有顯著的經(jīng)濟(jì)效益,更重要的還在于在高流動(dòng)混凝土中只有摻入活性礦物摻和料才可取得許多重要的技術(shù)效果。眾所周知,活性混合材有“活性效應(yīng)”、“界面效應(yīng)”、“微填效應(yīng)”和“減水效應(yīng)”。在高流動(dòng)混凝土中,要充分地發(fā)揮這些效應(yīng),一是要求混合材料的顆粒粒徑與水泥顆粒在微觀上應(yīng)形成級配體系;二是球形玻璃體含量要高,因球形玻璃體混合材的減水效應(yīng)顯著,需水量比可大大降低。摻用礦物摻和料的目的是調(diào)節(jié)混凝土的施工性能、增強(qiáng)混凝土的耐久性。它不僅可以彌補(bǔ)細(xì)粉料的不足,減少混凝土拌和物的離析泌水現(xiàn)象,改善混凝土的泵送等施工性能,還可以提高混凝土的耐久性?;钚缘V物材料與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2起火山灰反應(yīng),生成C-S-H,使硬化水泥漿內(nèi)的孔隙細(xì)化,提高了水泥漿和水泥漿-集料界面的強(qiáng)度,反應(yīng)消耗了Ca(OH)2,有利于混凝土在酸性條件下的耐久性?;钚缘V物摻和料可降低混凝土初期的水化熱,控制混凝土的溫升,減少溫度裂縫,因此礦物細(xì)摻料具有低需水量和高活性的特點(diǎn)。為了保證混凝土的耐久性,可利用不同摻和料的復(fù)合效應(yīng)。例如,礦渣比粉煤灰活性高,而抗離析性差,粉煤灰比礦渣抗碳化性能差,但收縮小。硅灰需水量大,但是能提高高流動(dòng)混凝土的穩(wěn)定性[2]。
3 增粘劑對高流動(dòng)混凝土性能的影響
增粘劑是近幾年研究開發(fā)的一種新型的水泥混凝土外加劑,它能夠增加水泥膠凝材料的粘聚性和黏結(jié)力,減少材料組分的分離率,提高水泥膠凝材料的勻質(zhì)性。增粘劑目前正越來越多的應(yīng)用于水泥混凝土中,主要應(yīng)用于高流動(dòng)砂漿、高流動(dòng)混凝土、水下不分散混凝土以及噴射混凝土中。
增粘劑能顯著增加水溶液的黏度,解決高流動(dòng)度、高擴(kuò)展度的新拌砂漿和混凝土的變形能力和抗離析性的矛盾,但是一般摻入增粘劑會對砂漿和混凝土性能有所影響。通過高流動(dòng)砂漿來研究三種增粘劑類型(PR-328、HPMC、HTL-S100)不同摻量對高流動(dòng)砂漿力學(xué)性能、工作性能和孔隙構(gòu)造的影響。最后,選擇一種增粘劑進(jìn)行高流動(dòng)混凝土的配制[3]。
4 結(jié)束語
通過上述各種原材料的敏感性分析,可以得出以下結(jié)論:
(1)在實(shí)際工程應(yīng)用中,粉煤灰是高流動(dòng)混凝土最常用的礦物摻和料,粉煤灰可以改善混凝土的工作性能,降低混凝土拌和物流動(dòng)性的經(jīng)時(shí)損失,具有形態(tài)效應(yīng)、活性效應(yīng)以及微集料效應(yīng)。高爐礦渣抗離析性差,需水量小,但是可以改善混凝土的工作性。硅灰可以改善混凝土拌和物的黏聚性及流變性,大幅度提高混凝土拌合物的穩(wěn)定性,顯著降低泌漿和泌水。
(2)增粘劑可以明顯改善拌和物的粘聚性。由于增粘劑有良好的保水作用,加入增粘劑后的高流動(dòng)砂漿幾乎沒有泌水情況的發(fā)生。增粘劑可以提高高流動(dòng)砂漿的填充性能和拌和性能。
(3)三種增粘劑對砂漿強(qiáng)度都有一定的影響,PR-328降低了砂漿強(qiáng)度,并且隨著摻量的增大,抗壓強(qiáng)度減小,但對抗折強(qiáng)度影響不大;而摻HPMC和HTL-S100兩種增粘劑的砂漿的抗壓和抗折強(qiáng)度均有所增大,其中摻入HTL-S100對砂漿的抗壓和抗折強(qiáng)度的增強(qiáng)作用較明顯,但是隨著摻量的增大砂漿的抗壓和抗折強(qiáng)度均有所降低。
(4)增粘劑對砂漿的孔隙構(gòu)造有一定的影響,主要表現(xiàn)為增粘劑的摻入在某種程度上抑制混凝土微觀孔結(jié)構(gòu)的變化,使混凝土孔隙構(gòu)造隨齡期的變化量減小。當(dāng)齡期為28天時(shí),摻入增粘劑的砂漿的總孔隙量均高于普通砂漿。摻入增粘劑后,混凝土中的大孔隙和毛細(xì)孔隙有所增加,而凝膠孔隙有所減小。
(5)本文使用了砂漿強(qiáng)度減小的增粘劑——PR-328來配制并用系高流動(dòng)混凝土,其新拌混凝土的工作性能和硬化混凝土的力學(xué)強(qiáng)度均滿足要求。因此可以預(yù)計(jì),利用HPMC和HTL-S100也可配制出滿足工程要求的并用系高流動(dòng)混凝土,所以這三種增粘劑均可以運(yùn)用于高流動(dòng)混凝土的配制。
總之,增粘劑可以增加混凝土的粘聚性,提高混凝土的黏性,減少泌水,有效提高高流動(dòng)混凝土的性能。由于黏性的增加,混凝土內(nèi)部孔隙量有所增加,特別是大孔隙和毛細(xì)孔隙增加,從而對混凝土的強(qiáng)度等性能產(chǎn)生一定的影響,在實(shí)際工程中應(yīng)予以關(guān)注。
參考文獻(xiàn)
[1] 汪瀾.水泥混凝土組成、性能、應(yīng)用[M].北京:中國建材工業(yè)出版社,2005:97.
[2] 吳紅娟.高流動(dòng)混凝土配合比設(shè)計(jì)方法研究[D].天津:天津大學(xué),2005.
[3] 葉燕華,陳麗華,杜艷靜,等.高效減水劑和增黏劑對高流動(dòng)混凝土性能的影響[J].混凝土,2008,(6):64-67.