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骨料级配对混凝土研究

2014/06/22 阅读:

《低温建筑技术杂志》2014年第五期

1原材料及试验研究方案

流变学中Bingham体适用一些带有分散粒子形成凝聚结构的液体如胶体则并不遵循牛顿液体的流动方程,切应力要达到某一定值τ0,物体才开始流动,这时τ0值称为屈服应力,又称塑性强度。因为外力(切应力)必须克服了物体的粘聚结构后才能流动。流变方程如公式1,其中η为粘度系数,drdt为切应变速率。τ=τ0+ηdr/dt(1)国内外学者基本都认为,自密实混凝土的流变行为非常接近于Bingham体,配合比一定时,屈服应力τ0与粘度系数η为定值。当自密实混凝土拌合物内部产生的剪切应力τ大于等于τ0时混凝土发生流动,可以看出,粘度系数越小,相同外力作用下流动速率越大。我们期望通过原材料合理选择和配合比参数选择来获得足够小的τ0,同时η值也应较小,使得混凝土自由流动并密实匀质地填充满模具。但是η值过小则会导致混凝土内部相的粘度过小,不能保证骨料悬浮于水泥砂浆体系中,造成混凝土出现离析与泌水情况。可看出,τ0与η值即是自密实混凝土流动的前提,又是保证混凝土不离析泌水的必要条件。在水胶比和胶结材料固定的条件下,砂率与粗骨料的级配是影响自密实混凝土粘度系数与屈服应力仅剩的2个因素。采用太行山牌P•O42.5水泥,28d抗压强度46.7MPa;I级粉煤灰;中砂,细度模数2.64;小碎石5~16mm,大碎石10~20mm;泵送剂Ad,水胶比0.32。采用变砂率影响试验,确定合理的砂率为49%。固定49%砂率后,继续进行大小石体积比例变化即粗骨料级配影响试验,确定大小石体积比例,保持石子总体积不变,变化大小石比例。试验系列配合比见表1。自密实性能试验依据JGJ/T283-2012《自密实混凝土应用技术规程》的相关规定进行,测试混凝土坍落度、坍落扩展度SF、扩展时间T500、离析率SR、粗骨料振动离析率fm、坍落扩展度与J环扩展度差值PA,测试后进行影响规律分析。

2试验结果与分析

自密实混凝土的早期性能所需要达到的技术指标于评价等级指标见JGJ/T283-2012,《自密实混凝土应用技术规程》,随着性能提高表示的自密实等级越高。(1)砂率对自密实性与强度影响。在本试验条件下,水胶比、胶凝材料用量和粗骨料级配固定时,随着砂率的增加,自密实混凝土的各项自密实性能出现了规律性的变化,混凝土自密实性能和强度试验结果见表2。由砂率试验结果表2可见,随着砂率增加,混凝土的坍落扩展度在49%砂率之前逐渐增大,最大值可达到750mm,之后出现递减规律。T500达到时间在砂率51%时最好,超过后则不合格。J环扩展度与坍落扩展度差值也如此,但是当砂率超过49%后,混凝土的抗离析性能均出现了不合格情况,且随砂率增加而愈发严重。由此可见,当其它因素固定的情况下,砂率的增加,使得混凝土中的砂浆体积增加,这样填充混凝土内部空隙的砂浆量在不断地增加,进而包裹与粗骨料表面的砂浆层厚度在不断地增厚,使得试验混凝土的屈服应力τ0与粘度系数η均出现了减小,这种变化使得混凝土流变所需的τ值变小,混凝土拌合物宏观表现为坍落扩展度变大,T500时间缩短,J环扩展度扩大。但是,这种规律存在拐点(49%砂率),拐点之后,混凝土的抗离析性能逐渐下降,泌水及砂浆与粗骨料离析出现,导致混凝土流动性和通过性均出现下降,并出现各种性能的不合格情况。因此本试验配合比的屈服应力τ0与粘度系数η即保证流动填充性,又保证抗离析性能的平衡点砂率应该为49%左右。同时,强度也随着砂率增加出现递减规律,超过49%砂率后,混凝土试配强度刚刚达到C50混凝土的设计要求,甚至达不到。所以,选用49%砂率进行后续试验研究。(2)粗骨料级配对混凝土自密实性影响,见表3。

表3砂率变化对自密实混凝土性能影响数据编号小大石比SF/mmVSSPA/mmSR%fm/%抗压强度。由表3的试验结果可见,随着5~16mm粒径骨料的增加,混凝土的坍落扩展度在增加到4:6后不再增加,反而下降,T500达到时间和J环扩展度与坍落扩展度差值规律类同。但抗离析率始终呈现提高趋势。究其原因,在砂浆体积含量固定情况下,随着5~16mm粒径骨料体积的增加,粗骨料的总体空隙率先呈下降趋势,在达到6:4时空隙率最低,之后增加。相对于空隙率的变化,砂浆体积在变化。在6:4之前,由于空隙率降低砂浆体积相对增多,因此砂浆在粗骨料表面的包裹厚度在增加,因此混凝土坍落扩展度增加,T500时间也缩短。在超过4:6后,比表面积增加过多致使砂浆包裹层厚度降低,所以坍落扩展度降低,T500时间延长。J环扩展度与坍落扩展度差值的变化也是受此影响造成的。对于抗离析性能的变化,主要是由于随着粗骨料比表面积的增加,砂浆包裹层占用的砂浆的体积量在增加,抗离析性能增加。因此综合分析后可以选择10~16mm粒径骨料与10~20mm粒径骨料的比例为4:6进行配合比设计使用。

3结语

在本试验条件下,混凝土配合比中胶凝材料用量与水胶比固定,通过试验可以总结如下:C50自密实混凝土的自密实性能与砂率息息相关,通过试验确认砂率为49%时最为合适,此时混凝土的屈服应力τ0与粘度系数η即保证流动填充性,又保证抗离析性能达到了平衡。混凝土粗骨料对自密实性能的影响显著,骨料的空隙率和比表面积是影响自密实性能的主要原因,空隙率与比表面积决定了砂浆相对体积含量和砂浆包裹层厚度,因此也存在最佳平衡点,本研究条件下为4:6。

作者:陈俊明王作然单位:中国铁建电气化局集团北方工程公司四川省峨眉山市燕岗建筑工程有限公司

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