拌自密實混凝土摻粘度改性資料石粉的性能研究

17/17新拌自密實混凝土性能商量摘要自密實混凝土（SelfCompactingConcrete，簡稱SCC）是基于施工性能來分類和命名的，是一種特別的高性能混凝土，拌合物表現(xiàn)出優(yōu)良的工作性能，澆灌過程中不用振搗而完全依靠自重作用自由流淌充分填充模板內的空間形成均勻密實的結構，硬化后具有良好的力學性能和耐久性能。這種優(yōu)越的性能已應用于CRTSⅢ型板式無砟軌道的充填層，由于灌注充填層需要新拌自密實混凝土優(yōu)越的性能，所以商量新拌自密實混凝土優(yōu)越的性能將變得異常的重要。在自密實混凝土的商量中摻入礦物摻合料可以很好地改善新拌自密實混凝土的工作性能，而本次試驗中我們將摻入石粉和粘度改性材料，這兩種物質的摻入會給新拌自密實混凝土帶來怎樣的改善是本次課題商量的重要意義。本課題利用坍落擴展度、擴展時間T50試驗，混凝土含氣量測定實驗獲得了一下結果：（1）、自密實混凝土中摻入適量的石灰石粉可以改善其工作性能。（2）、自密實混凝土中摻入適量的粘度改性材料可以改善其工作性能。（3）、自密實混凝土中摻適量的粘度改性材料改善的工作性能優(yōu)于摻石灰石粉。關鍵詞：新拌自密實混凝土，坍落擴展度，擴展時間T50，混凝土含氣量，石灰石粉，粘度改性材料1緒論1.1本課題商量背景與意義1.1.1商量背景自密實混凝土（SelfCompactingConcrete，簡稱SCC）是基于施工性能來分類和命名的，是一種特別的高性能混凝土，拌合物表現(xiàn)出優(yōu)良的工作性能，澆灌過程中不用振搗而完全依靠自重作用自由流淌充分填充模板內的空間形成均勻密實的結構，硬化后具有良好的力學性能和耐久性能。其具有：a保證混凝土良好的密實性；b提高生產效率；c改善工作環(huán)境和平安性；d改善混凝土的表面質量；e增加結構設計自由度；f避開振搗對模板產生磨損；g降低工程總體造價等眾多優(yōu)點。因此被稱為“近幾十年中混凝土建筑技術最具革命性的進展”。1.1.2商量意義在自密實混凝土的商量中摻入礦物摻合料可以很好地改善新拌自密實混凝土的工作性能，而本次試驗中我們將摻入石粉和粘度改性材料，這兩種物質的摻入會給新拌自密實混凝土帶來怎樣的改善是本次課題商量的重要意義。1.2石灰石粉在新拌自密實混凝土中的作用機理良好的工作性是混凝土質量均勻、獲得高性能因而平安牢靠的前提，隨著施工技術和高層建筑的進展需要，混凝土的工作性愈來愈重要，良好的工作性因操作便利而加快施工進度，改善勞動條件，減小施工噪音，并為高性能混凝土的生產和施工走向全盤機械化、自動化、計算機掌握和機器人操作供應可能性。但在混凝土可流淌期間，隨著時間的增加混凝土的工作性將會降低，這部分損失主要是由C3S和C3A的水化引起的，也可能是由于混凝土中的水通過蒸發(fā)和吸取而削減引起的，除此之外，由于顆粒表面水化產物的存在而使顆粒之間的相互作用發(fā)生轉變也是其工作性損失的緣由。石粉取代水泥可補充其間缺少的細顆粒，填充在水泥顆粒之間的空隙中，一方面起到“滾珠”的作用，另一方面將填充于水泥空隙中的填充水置換出來，粒子之間的間隔水層加厚，因此，新拌混凝土的流淌性增大。此外，石粉的比重小于水泥的比重(石粉2.65g/m3，3.01g/m3)在膠凝材料總量不變的情況下，混凝土的含漿量增加，從而改善了混凝土的和易性，并增大了固體的表面積對水體積的比例，削減了泌水和離析。在保持混凝土坍落度基本相同的情況下，摻石粉可削減混凝土用水量，從而降低了膠比，進而影響混凝土的諸多性能。水泥被石粉取代后，其用量降低，加之石粉的活性較低，整個體系的反應速度也隨之減緩，因此削減了坍落度的經時損失。1.3粘度改性材料的作用機理大流淌混凝土流變學可用兩種主要參數(shù)來定義其性能：（1）屈服值，表征其反抗從靜止到運動的能力；（2）塑性粘度，表征其反抗運動速度增加的能力。高屈服值混凝土比較硬且難于流淌，高塑性粘度混凝土流淌性可以但流淌速度緩慢。如果塑性粘度很低，那么混凝土流淌性好，但是會發(fā)生離析與泌水現(xiàn)象。穩(wěn)定的混凝土其屈服值與塑性粘度應該在藍色區(qū)域內（圖1.1），但此時性能還達不到自密實混凝土的要求，只有在綠色區(qū)域內的混凝土其性能才能滿足自密實混凝土的和易性要求。一般情況下，粘度改性劑通過增加較大的屈服值與較少的塑性粘度來提高混凝土的穩(wěn)定性。屈服值小于10Pa對于混凝土影響不大，而單純增加塑性粘度的改性材料也不能獲得足夠穩(wěn)定的混凝土拌合物，當塑性粘度大于80Pa*s時，混凝土拌合物由于粘滯導致流淌速度較慢。因此，粘度改性材料是通過調整用水量、含氣量與減水劑摻量從本質上影響混凝土塑性粘度與屈服值，從而通過調整改性材料摻量來供應混凝土必要的流變性能。1.4本課題的任務自密實混凝土因具有優(yōu)良的工作性能而得到了廣泛的應用，本課題將通過圖1.1屈服值VS塑性粘度摻入石灰石粉和粘度改性材料兩種物質三個方面來商量其對新拌自密實混凝土工作性能的改善，簡略內容如下：a、石灰石粉對新拌自密實混凝土工作性能的影響；b、粘度改性材料對新拌自密實混凝土工作性能的影響；c、石灰石粉和粘度改性材料復摻對新拌自密實混凝土工作性能的影響。2原材料及實驗方法2.1試驗原材料2.1.1水泥本次試驗所用的水泥是四川峨勝標號為52.5R的一般硅酸鹽水泥，ρc=3.10（g/cm3），積累密度1560kg/m3。水泥化學成分見表2.1，物理性能見表2.2。表2.1水泥化學成分水泥化學成分SiO2Fe2O3Al2O3CaOMgOSO3總堿量燒失量百分比22.022.656.1958.992.532.670.73.08表2.2水泥物理性能水泥物理性能細度標準稠度初凝時間終凝時間安定性抗壓強度（MPa）抗折強度（MPa）水化熱（KJ/kg）3d28d3d28d3d28d0.9%28.0%124min166min良好34.662.86.79.82462792.1.2粉煤灰本次試驗所用的粉煤灰是成都搏磊F類粉煤灰，ρc=2.6（g/cm3），物理性能見表2.3。表2.3粉煤灰物理性能粉煤灰物理性能細度需水量比燒失量含水量SO3游離氧化鈣氯離子含量10.3%92%2.59%0.6%1.67%0.13%0.004%2.1.3細集料砂子：產自廣漢金振的中砂，表觀密度為2650g/cm3，松散積累密度1580kg/m3，緊密積累密度為1640kg/m3，含泥量1.2%，細度模數(shù)為2.4。2.1.4粗集料試驗所用的石子產自四川岷江的石灰?guī)r碎石，石灰?guī)r碎石5～16mm，ρg=2.67（g/cm3）,松散積累密度1380kg/m3，含泥量為0.2%。2.1.5減水劑實驗所用的減水劑為北京建工生產的AN4000聚羧酸減水劑，減水率29%。2.1.6石灰石粉實驗所用石灰石粉產自峨嵋山市九里鎮(zhèn)，ρg=2.71（g/cm3）。2.1.7粘度改性材料實驗所用粘度改性材料產自鄂州市天路，物理性能見表2.4。表2.4粘度改性材料物理性能粘度改性材料物理性能常壓泌水率之比擴展度之差，mm粘度比堿含量氯離子含量020209%0.22%0.11%2.1.8水試驗所用的水為地下水。2.2試驗方法2.2.1坍落擴展度、擴展時間T50試驗方法坍落擴展度、擴展時間T50試驗所用主要儀器為混凝土坍落度筒和硬質底板，坍落度筒應符合《混凝土坍落度儀》(JG/T248-2009)中有關技術要求的規(guī)定。底板為硬質不吸水的光滑正方形平板，邊長為900mm，最大撓度不超過3mm。在平板表面標出坍落度筒的中心位置和直徑分別為200mm、300mm、500mm、600mm、700mm、800mm的同心圓，見圖2.1。幫助工具為鏟子、抹刀、鋼尺(精度1mm)和秒表等。試驗步驟如下：（1）、用濕布將底板和坍落度筒潤濕，保證坍落度筒內壁和底板上無明水；底板放置在堅實的水平面上，坍落度筒放在底板中心位置，下緣與200mm刻度圈重合，然后用腳踩住坍落度筒兩邊的腳踏板，裝料時保持坍落度筒位置不變。（2）、用鏟子將混凝土加入到坍落度筒中，不分層一次填充至滿，且整個過程中不施以任何振動或搗實，加滿后用抹刀抹平。（3）、用抹刀刮去坍落度筒中已填充混凝土頂部的余料，使其與坍落度筒的上緣齊平，將底盤坍落度筒周圍多余的混凝土清除，隨即垂直平穩(wěn)地提起坍落度筒，使混凝土自由流出，坍落度筒的提離過程應在5s內完成。從開頭裝料到提離坍落度筒的整個過程應不間斷地進行，并在150s內完成。（4）、測定擴展度達到500mm的時間T50，計時從提離坍落度筒開頭，至擴展開的混凝土外緣初觸平板上所繪直徑500mm的圓圈為止，以秒表測定時間，精確至0.1s(單位：s)。（5）、用鋼尺測量混凝士擴展后最終的擴展直徑，測量在相互垂直的兩個方向上進行，并計算兩個所測直徑的平均值(單位：mm)?；炷翑U展度測試時，如擴展開的混凝土偏離圓形，測得兩直徑之差在50mm以上時，需從同一盤混凝土中另取試樣重新試驗。（6)、觀察最終坍落后混凝土的狀況，如發(fā)現(xiàn)粗骨料在中央積累或終擴展后的混凝土邊緣有較多水泥漿析出，表示此混凝土拌合物抗離析性不好，應予以記錄。2.2.2混凝土含氣量測定方法試驗步驟如下：（1）、每臺儀器出廠前都精確標定過，并備有標定結果，但不時地再標定，以保證混凝土拌和物含氣量測值的精確，也是可行的。標定包括以下3步：A、量缽容積的標定a、籌備一塊平整的玻璃板，將它和空的量缽一起稱量W2（精確至0.05kg）;b、在容器中加滿水，并用玻璃板沿上緣滑過，不時用注水器加水，使量缽內盛滿水而玻璃板下無氣泡，將盛滿水的量缽與玻璃板一起稱中，得重量W1（精確至0.05kg）則量缽的體積V：W=W1-W2（W、W1、W2-kg）V=W1-W2（W、W1、W2-kg）V=W/r（V-L）r-標定時溫度下水的比重（r-kg/L）。B、含氣量0%的標定。a、量缽內加滿水，并把直管接在缽蓋下面的排氣閥底部。把U型管接排氣閥上部。b、打開進水閥，把缽蓋輕放在量缽上，用夾子夾緊，用水平儀檢查儀器水平。c、打開排氣閥，用注水器從進水閥處加水直至U型管出水口冒水勻速度流出為止，然后關閉進水閥和排氣閥。注：缽蓋下的空間，必須用水完全布滿，否則讀值將不能反應正確的含氣量值。d、用手泵打氣加壓，使表壓稍過-3，停5秒鐘后，用微調閥調壓，使表壓精確的停在-3上，小扣表圖2.1底板示意圖盤，表壓仍為-3，然后按下壓力閥2-3次，使氣室壓力與量缽壓力平衡，讀壓力表數(shù)值相當于含氣量0%。C、含氣量1%-10%刻度的標定。儀器含氣量0%標定后，將U型管接在排氣閥上端，通過U型管從量缽中把水吸到量筒中，簡略操作如下。a、重復其次條操作。b、打開排氣閥，在U型管處用量筒接水，按下壓力閥，當表盤讀數(shù)為1%時，登記此時量筒時的水的容量。c、如此連續(xù)測定表盤讀數(shù)分別為2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%時排出水的容量。d、以上實驗均應進行兩次，對以上的各次實驗均應進行檢驗，誤差不宜過大。e、據(jù)此檢測以上表盤讀數(shù)0、1%、……10%共11次測量結果，繪制表盤讀數(shù)與實際含氣量之間的相關曲線。（實際含氣量=排出水的量（ml）/7000）（2）、混凝土混凝土拌和物骨料含氣量測定儀的測定需以下步驟：A、按下計算出每個試樣中的粗、細骨料重量。式中：Mg、Ms-分別為每個試樣中的粗、細骨料重量（KG）,V-含氣量測定儀量缽容積（升）,-分別為每立方米混凝土中的粗、細骨料用量（kg）。

B、量缽中先盛三分只一高度的水，把稱好的粗、細骨料拌勻，漸漸倒入量缽，加入試樣時，應盡量少帶入空氣，水面每上升20-30mm時，就應輕輕插搗10次，并稍予攪動，隨時輕擊量缽，以排除空氣。加料過程中始終使水面操持高出料的頂面，骨料全加入后，再浸泡五分鐘，并小扣量缽體壁，排解氣泡，然后除去水面泡沫，加水至滿。C、打開排氣閥，用注水器從進水閥處加水直至排氣閥出水口冒水勻速度流出為止，然后關閉進水閥和排氣閥。D、用手泵打氣加壓，使表壓稍過0，停5秒鐘后，用微調閥調壓，使表壓精確的停在0上，小扣表盤，表壓仍為0，然后按下壓力閥2-3次，讀表數(shù)值相當于含氣量Ag。（3）、最后進行混凝土拌和物含氣量的測定，需進行6步：A、用濕布擦凈量缽與缽蓋內表面，并使量缽呈水平放置。B、將新拌混凝土拌和物均勻的裝入量缽內，使混凝土拌和物高出量缽少許。裝料時可用搗棒稍加插搗，裝好后，當用振動臺（振動臺頻率50HZ，空載時振幅0.5±0.1mm）振實時，振動過程中如混凝土拌和物沉落到低于內口，則應隨時添家混凝土拌和物，振動至混凝土表面平整，呈現(xiàn)釉光時即停止振動。不用振動臺而換用搗棒搗實時，將混凝土拌和物分三層裝入，每層搗實后約為量缽高度的三分之一，插搗地層時搗棒應貫穿整個深度。插搗上層時，搗棒應插入下層10-20mm。每層搗實后，可把搗棒墊在量缽低部，將量缽左右交替地顛擊地面15次。（搗棒不能遇到量缽的內避跟底部）。C、搗時完畢后，應立即用刮尺刮去表面多余的混凝土拌和物，表面如有凹陷應予填補，然后用鏝刀抹平，并使其表面光滑無氣泡。D、擦凈量缽和缽蓋邊緣，蓋上缽蓋，用夾子夾緊，使之氣密良好，并用水平儀檢查水平。E、打開排氣閥，用注水器從進水閥處加水直至排氣閥出水口冒水勻速度流出為止，然后關閉進水閥和排氣閥。F、用手泵打氣加壓，使表壓稍過0，停5秒鐘后，用微調閥調壓，使表壓精確的停在0上，小扣表盤，表壓仍為0，然后按下壓力閥2-3次，讀表數(shù)值相當于含氣量Ao。（4）、混凝土拌合物含氣量（A）應按下式計算A=Ao-Ag；其中A混凝土拌合物含氣量（%）；Ao兩次含氣量測定的平均值（%）；Ag骨料含氣量（%）；計算精確度0.1%，以上實驗均應做兩次以上，然后取平均值。3、摻石灰石粉、粘度改性材料對新拌自密實混凝土性能的影響3.1石灰石粉對新拌自密實混凝土工作性能的影響3.1.1實驗配比以及結果實驗使用混凝土簡略配比見表3.1。試驗所得結果見表3.2。3.1.2結果分析圖3.1是不同的水膠比隨著石灰石粉摻量增加坍落擴展度的變化情況，圖3.2是不同的水膠比隨著石灰石粉摻量增加T50的變化情況，圖3.3是不同的水膠比隨著石灰石粉摻量增加含氣量的變化情況。表3.1混凝土配方試件編號水灰比砂率粉煤灰摻量減水劑摻量石灰石粉摻量SA00.3450%40%2.0%0SA10.3450%40%2.0%10%SA20.3450%40%2.0%15%SB00.3550%40%2.0%0SB10.3550%40%2.0%10%SB20.3550%40%2.0%15%SC00.3650%40%2.0%0SC10.3650%40%2.0%10%SC20.3650%40%2.0%15%表3.2試驗結果試件編號坍落擴展度（mm）T50（s）含氣量（%）SA06702.45.2SA16553.05.5SA26504.05.7SB07202.83.1SB16654.56.0SB26354.46.8SC07403.33.7SC17203.23.5SC26553.33.7圖3.1不同的水膠比隨著石灰石粉摻量增加坍落擴展度的變化情況圖3.2不同的水膠比隨著石灰石粉摻量增加T50的變化情況石灰石粉的主要作用是在經時損失上，但是其對出機混凝土的改善還是不行忽視的，從圖3.1與圖3.2可以看出混凝土的粘度增加，這種增加表現(xiàn)在了擴展度和T50的減小，，但是這種影響對水膠比0.35的更大，而對水膠比0.34和0.36的相對較小。這種結論在圖3.3中得到了更好的體現(xiàn)，可以認為石灰石粉對混凝土具有加強工作性能的優(yōu)越性，但并不是隨著摻量的增加而始終加強，圖2.2水膠比0.35中我們可以看到摻量15%的增強效果低于摻量10%的效果。綜上，在水膠比0.34石灰石粉摻量10%時，石灰石粉對新拌自密實混凝土的影響達到最優(yōu)。圖3.3不同的水膠比隨著石灰石粉摻量增加含氣量的變化情況3.2 粘度改性材料對新拌自密實混凝土工作性能的影響3.2.1實驗配比以及結果實驗使用混凝土簡略配比見表3.3。試驗所得結果見表3.4。表3.3混凝土配方試件編號水灰比砂率粉煤灰摻量減水劑摻量改性材料摻量GA00.3450%40%2.0%0GA10.3450%40%2.0%3%GA20.3450%40%2.0%5%GB00.3550%40%2.0%0GB10.3550%40%2.0%3%GB20.3550%40%2.0%5%GC00.3650%40%2.0%0GC10.3650%40%2.0%3%GC20.3650%40%2.0%5%表3.4試驗結果試件編號坍落擴展度（mm）T50（s）含氣量（%）SA07002.35.4SA16904.25.3SA26553.15.0SB07003.44.2SB16853.65.0SB26704.25.5SC07402.03.1SC17102.93.7SC26803.24.03.2.2結果分析圖3.4是不同的水膠比隨著改性材料摻量增加坍落擴展度的變化情況，圖3.5是不同的水膠比隨著改性材料摻量增加T50的變化情況，圖3.6是不同的水膠比隨著改性材料摻量增加含氣量的變化情況。圖3.4不同的水膠比隨著改性材料摻量增加坍落擴展度的變化情況粘度改性材料是通過調整混凝土的粘度來轉變新拌自密實混凝土的工作性能，通過圖3.4和圖3.5可以看出，隨著粘度改性材料摻量的增加其增大了混凝土的粘度，但是這并不是肯定的，在水膠比0.34時粘度改性材料摻量5%時，混凝土的T50減小，這表示粘度改性材料并沒有取的應有的作用，沒有轉變混凝土的屈服值和塑性粘度，這表示在該水膠比和粘度改性摻量下粘度改性材料失效。但是在水膠比0.35和0.36的情況下，粘度改性材料摻量5%的情況下混凝土性能取得了更好的效果，由于粘度改性材料需要協(xié)作混凝土的含氣量才能達到更好的效果，從圖3.6我們可以看到水膠比0.35的含氣量明顯優(yōu)于水膠比0.36的含氣量。綜上所述，在水膠比0.35粘度改性材料摻量5%的情況下，粘度改性材料對新拌自密實混凝土工作性能的影響達到最優(yōu)。圖3.5不同的水膠比隨著改性材料摻量增加T50的變化情況圖3.6不同的水膠比隨著改性材料摻量增加含氣量的變化情況3.3石灰石粉和粘度改性材料的復摻對新拌自密實混凝土工作性能的影響。3.3.1實驗配比以及結果實驗使用混凝土簡略配比見表3.5。試驗所得結果見表3.6。3.3.2結果分析圖3.7是各復摻坍落擴展度的對比情況，圖3.8是各復摻T50的對比情況，圖3.9是各復摻含氣量的對比情況。表3.5混凝土配方試件編號水灰比砂率粉煤灰摻量減水劑摻量改性材料摻量石灰石粉摻量SG10.3550%40%2.0%3%10%SG20.3550%40%2.0%5%10%SG30.3550%40%2.0%3%15%SG40.3550%40%2.0%5%15%表3.6試驗結果試件編號坍落擴展度（mm）T50（s）含氣量（%）SG16952.85.5SG26553.05.3SG36952.25.2SG46953.55.0圖3.7各復摻坍落擴展度的對比情況 從復摻的結果我們可以看到，混凝土的全部性能都趨于相對的穩(wěn)定，然而這還有不足，比如SG3就有少