新拌自密實(shí)重晶石混凝土經(jīng)時(shí)損失試驗(yàn)研究★

石建軍 張志君 楊曉峰 李 奇

(南華大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南 衡陽 421001)

自密實(shí)重晶石混凝土的高流動(dòng)性在核電、醫(yī)療和科研等屏蔽設(shè)施工程建設(shè)中有較好的應(yīng)用前景[1]。經(jīng)時(shí)損失是指混凝土流動(dòng)性會(huì)隨拌合后時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸降低的性質(zhì)，目前，混凝土由攪拌站預(yù)制到施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行澆筑，時(shí)間差通常為1 h～2 h，由于混凝土經(jīng)時(shí)損失的特性，很容易造成自密實(shí)重晶石混凝土出現(xiàn)堵泵、施工困難和拆模以后的蜂窩麻面現(xiàn)象，甚至產(chǎn)生工程質(zhì)量問題。

近些年，國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)自密實(shí)混凝土流動(dòng)性及經(jīng)時(shí)損失進(jìn)行了一些研究，并取得一定成果，研究指出混凝土拌合物經(jīng)時(shí)損失本質(zhì)上是膠凝材料粒子在物理凝聚和化學(xué)凝聚作用下產(chǎn)生的拌合物流動(dòng)性變化[2]，所以膠凝材料是影響混凝土經(jīng)時(shí)損失的主要因素。減水劑可以在保持混凝土流動(dòng)性不變的情況下降低水膠比[3,4]，而減水劑中聚羧酸系減水劑與水泥的相容性要好于其他減水劑，可以使混凝土獲得更高的流動(dòng)性，并降低流動(dòng)性損失[5,6]；礦物摻合料中粉煤灰組成以玻璃微珠為主[7]，可以促進(jìn)減水劑發(fā)揮作用[8,9]，同時(shí)粉煤灰可以改變水泥的水化進(jìn)程，延緩水化反應(yīng)的發(fā)生[10,11]；水膠比的提高可以增加自密實(shí)混凝土流動(dòng)性，但水膠比的改變對(duì)經(jīng)時(shí)損失的影響較為復(fù)雜[12,13]。以往對(duì)自密實(shí)混凝土經(jīng)時(shí)損失的研究通常只關(guān)注于坍落度和擴(kuò)展度，對(duì)T500時(shí)間和V型漏斗時(shí)間的研究少有涉及，坍落度和擴(kuò)展度主要受屈服切應(yīng)力影響，T500時(shí)間和V型漏斗時(shí)間主要受粘度影響[14]。

本文從自密實(shí)重晶石混凝土流動(dòng)性及經(jīng)時(shí)損失的主要影響因素出發(fā)，探究減水劑、粉煤灰和水膠比對(duì)自密實(shí)重晶石混凝土流動(dòng)性經(jīng)時(shí)損失影響規(guī)律，為自密實(shí)重晶石混凝土的工程運(yùn)用以及完善研究提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料及配合比

水泥選用湖南紅獅P.O42.5級(jí)水泥，粉煤灰是湖南某電廠生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰，減水劑為湖南衡陽九州建材有限公司提供的聚羧酸高效減水劑，減水率18%。細(xì)骨料重晶石砂，細(xì)度模數(shù)2.89，屬于Ⅱ級(jí)配區(qū)中砂，表觀密度4 057.63 kg/m3；粗骨料為重晶石碎石，粒徑2.36 mm～20 mm連續(xù)級(jí)配，級(jí)配良好，表觀密度4 312.46 kg/m3。

通過配合比計(jì)算和混凝土適配得到初始流動(dòng)性較好的自密實(shí)重晶石混凝土基準(zhǔn)配合比Z01組。分別只調(diào)整減水劑用量、粉煤灰用量或單位用水量，得到不同減水劑摻量、不同粉煤灰摻量和不同水膠比的自密實(shí)重晶石混凝土，配合比詳見表1。

表1 自密實(shí)重晶石混凝土的配合比

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)方法參考GB/T 50080—2016普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)步驟進(jìn)行試驗(yàn)，把拌合好的自密實(shí)重晶石混凝土分為五份，一份拌合后馬上進(jìn)行坍落度筒試驗(yàn)和V型漏斗試驗(yàn)，剩余四份裝入四個(gè)塑料桶中靜置，分別靜置0.5 h，1 h，1.5 h，2 h后倒入攪拌機(jī)中攪拌20 s，再對(duì)其進(jìn)行坍落度筒試驗(yàn)和V型漏斗試驗(yàn)，測(cè)定其擴(kuò)展度、坍落度、T500時(shí)間以及V型漏斗時(shí)間。

2 結(jié)果與討論

2.1 減水劑摻量的影響

只改變減水劑摻量情況下Z02，Z01和Z03三組拌合物擴(kuò)展度、坍落度、T500時(shí)間和V型漏斗時(shí)間隨時(shí)間的變化見圖1。由圖1可知隨著減水劑摻量的增加，拌合物初始擴(kuò)展度和坍落度都呈先增加后降低的趨勢(shì)，減水劑1.1%時(shí)最大，而初始T500時(shí)間和V型漏斗時(shí)間都隨減水劑的增加而減小。這可能是因?yàn)殡S著減水劑摻量的增加，釋放了水泥絮凝團(tuán)中的水，拌合物中游離水增加，一定程度上可以提高拌合物的流動(dòng)性，但由于重晶石骨料密度大，拌合物更容易因粘度降低產(chǎn)生骨料堆積的現(xiàn)象，造成坍落和坍落擴(kuò)展度降低。

從圖1中也可以看出拌合后1 h內(nèi)減水劑1.1%和1.2%兩組拌合物擴(kuò)展度損失小于減水劑1.0%，但在拌合后第二個(gè)小時(shí)內(nèi)擴(kuò)展度損失量增加，拌合2 h后減水劑1.0%，1.1%和1.2%三組拌合物擴(kuò)展度損失率分別為7.3%，7.8%和8.4%，但三組2 h內(nèi)坍落度變化不大。2 h內(nèi)拌合物減水劑摻量越高，T500時(shí)間和V型漏斗時(shí)間增量越大。這可能是拌合物中減水劑含量的增加，一定程度上延緩拌合物經(jīng)時(shí)損失，但1 h后隨著減水劑被水泥水化產(chǎn)物包裹、吸附和消耗，拌合物中減水劑的有效含量減少，再有減水劑中極性集團(tuán)會(huì)與金屬離子反應(yīng)產(chǎn)生絡(luò)合物，降低Ca2+離子濃度，導(dǎo)致水泥初期水化速度加快產(chǎn)生更多的水化產(chǎn)物，所以減水劑摻量越高，拌合物經(jīng)時(shí)損失越大。

2.2 粉煤灰摻量的影響

圖2為只改變粉煤灰摻量的情況下Z04，Z01和Z05三組拌合物擴(kuò)展度、坍落度、T500時(shí)間和V型漏斗時(shí)間隨時(shí)間的變化。由圖3可知粉煤灰摻量的增加，有效的提高了拌合物初始擴(kuò)展度和坍落度，降低了拌合物初始T500時(shí)間，而初始V型漏斗時(shí)間隨著粉煤灰摻量的增加呈先減小后增加趨勢(shì)。這是因?yàn)榉勖夯颐芏缺人嗝芏刃?，?dāng)粉煤灰等質(zhì)量替換水泥時(shí)，拌合物中漿體體積增加，這有利于拌合物的流動(dòng)；同時(shí)粉煤灰摻量越高，對(duì)減水劑的促進(jìn)作用越明顯，同時(shí)在粉煤灰的解絮作用、微骨料作用和滾珠作用的共同影響下，增加了拌合物的流動(dòng)性，但粉煤灰摻量較多時(shí)，拌合物粘度降低，造成V型漏斗實(shí)驗(yàn)中骨料擁堵，所以V型漏斗時(shí)間先減小后增加。

圖2中也可發(fā)現(xiàn)粉煤灰摻量增加，拌合物2 h內(nèi)擴(kuò)展度損失量減小，拌合2 h后粉煤灰摻量20%，25%和30%拌合物擴(kuò)展度損失率分別為8.1%，7.8%和5.4%，T500時(shí)間和V型漏斗時(shí)間2 h內(nèi)增量也明顯減小。2 h內(nèi)粉煤灰摻量25%和30%的拌合物坍落度變化不大，而粉煤灰摻量20%坍落度有下降趨勢(shì)。這是因?yàn)榉勖夯业臐L珠作用和微骨料作用不會(huì)隨時(shí)間的延長(zhǎng)而減弱，并且粉煤灰的摻入改變了水泥的水化進(jìn)程，減慢了整個(gè)體系的水化反應(yīng)速度，所以粉煤灰摻量越高，減緩拌合物的經(jīng)時(shí)損失的作用越明顯。

2.3 水膠比的影響

只改變水膠比的情況下Z06，Z01和Z07三組拌合物擴(kuò)展度、坍落度、T500時(shí)間和V型漏斗時(shí)間隨時(shí)間的變化見圖3。從圖3中可以看出提高水膠比拌合物的初始擴(kuò)展度增加，初始坍落度呈先降低后增加的趨勢(shì)，初始T500時(shí)間減小，初始V型漏斗時(shí)間先減小后增加。這是因?yàn)樘岣咚z比，增加了拌合物中游離水含量，降低了拌合物的屈服切應(yīng)力和粘度，同時(shí)增加了拌合物中漿體體積，一定程度提高了拌合物初始流動(dòng)性，但粘度的降低使得拌合物容易出現(xiàn)骨料堆積，所以V型漏斗時(shí)間先減小后增加。

圖3中也可以看出提高水膠比，2 h內(nèi)拌合物擴(kuò)展度損失量也隨之增加，拌合2 h后水膠比0.36，0.37和0.38三組拌合物擴(kuò)展度損失率分別為5.8%，7.8%和9.4%，再有拌合后2 h內(nèi)，水膠比0.36和0.38兩組拌合物坍落度損失、T500時(shí)間和V型漏斗時(shí)間增量都明顯高于水膠比0.37。這可能是因?yàn)樘岣咚z比，拌合物單位用水量增加，對(duì)水泥顆粒起到分散作用，增加了水泥顆粒的反應(yīng)面積，水化反應(yīng)加快，拌合物屈服切應(yīng)力和粘度增加較快，所以提高水膠比使得拌合物經(jīng)時(shí)損失增大；降低水膠比，拌合物顯得干稠粘度大，隨著水泥水化反應(yīng)的發(fā)生，使得拌合物粘度進(jìn)一步增大，同時(shí)重晶石骨料密度大，拌合物中漿體包裹重晶石骨料運(yùn)動(dòng)更加困難，所以出現(xiàn)較大的經(jīng)時(shí)損失。

3 結(jié)論

本文試驗(yàn)分析了減水劑摻量、粉煤灰摻量和水膠比對(duì)自密實(shí)重晶石混凝土流動(dòng)性經(jīng)時(shí)損失影響，主要結(jié)論如下：

1)提高減水劑的摻量可以增加自密實(shí)重晶石混凝土的初始流動(dòng)性，并適當(dāng)減緩1 h內(nèi)的經(jīng)時(shí)損失，但拌合2 h后減水劑摻量越高經(jīng)時(shí)損失越大；綜合考慮減水劑摻量1.1%時(shí)較為適合。

2)增加粉煤灰摻量，可以提高自密實(shí)重晶石混凝土的初始流動(dòng)性，同時(shí)減緩了自密實(shí)重晶石混凝土流動(dòng)性經(jīng)時(shí)損失；實(shí)驗(yàn)中最佳粉煤灰摻量30%。

3)提高水膠比可以增加自密實(shí)重晶石混凝土初始的流動(dòng)性，但提高或降低水膠比都不利于自密實(shí)重晶石混凝土流動(dòng)性經(jīng)時(shí)損失的發(fā)展；試驗(yàn)中水膠比為0.37時(shí)為最佳。