無砂多孔混凝土水泥漿體流動度試驗研究

無砂多孔混凝土水泥漿體流動度試驗研究

0無砂多孔混凝土結(jié)構(gòu)無砂多孔混凝土是一種具有高孔孔隙度和一定強度的新型混凝土材料。采用這類混凝土建造城市路面、停車坪等市政坡面結(jié)構(gòu),將起到加快雨水滲入地下、調(diào)節(jié)地表溫度等作用無砂多孔混凝土由水泥漿體與特定級配骨料拌合得到,為改善拌合物工作性能或調(diào)節(jié)成品孔隙內(nèi)環(huán)境的酸堿性,一般還在水泥漿內(nèi)加入粉煤灰等膠結(jié)材。由于采用特殊的制作和成型工藝,此類混凝土成型后在其填充空間內(nèi)形成“沙琪瑪骨架”型保證無砂多孔混凝土具備一定數(shù)量連通孔隙和足夠強度的關(guān)鍵是合理的配合比與恰當?shù)某尚凸に?試驗研究總結(jié)1.1水水平均減水率水泥為P·O42.5級水泥;骨料為玄武巖碎石;制備用水為普通自來水;萘系高效減水劑,減水率不低于15%;粉煤灰符合GB/T1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》標準中6.1規(guī)定的F類II級灰要求。1.2骨料漿體流動度的確定水泥漿作為無砂多孔混凝土的膠結(jié)材,對多孔混凝土的性能具有至關(guān)重要的影響。膠結(jié)材強度對混凝土性能的影響顯而易見,具體到無砂多孔混凝土這種特殊材料,漿體的流變特性也在很大程度上決定著混凝土的物理力學性質(zhì)。水泥漿體流變特性對無砂多孔混凝土物理力學性質(zhì)的影響主要取決于漿體在骨料上的附著情況:一方面,適當?shù)臐{體附著厚度將有利于混凝土受壓時骨料之間傳力順暢;另一方面,合理的漿體附著厚度能夠保證混凝土澆筑成型時漿體不致大量滑落至混凝土填充空間底部,造成底部堵塞,有效孔隙數(shù)量降低。以Bingham模型近似描述水泥漿體的流變,其流變特性主要取決于漿體剪切應(yīng)力屈服值和其塑性黏度,而水泥漿體在骨料上的附著狀況,主要取決于前者,漿體剪切應(yīng)力屈服值越高,則漿體在骨料上的附著厚度越大。目前,較為精確測定水泥漿體值的方法非常復(fù)雜,本研究采用漿體流動度刻畫水泥漿體流變特性,這一參數(shù)簡單易測,并在很大程度上與漿體值所反映的特性一致。試驗依據(jù)GB/T2419—2005《水泥膠砂流動度測定方法》采用150、165、180mm3種流動度的水泥漿體分別與粒徑10~16mm飽和面干骨料預(yù)拌,根據(jù)水泥漿體在骨料上的附著情況初步確定合理漿體流動度范圍。骨料漿體附著情況見圖1。從圖1可見,流動度150mm的水泥漿體在骨料表面附著厚度不佳,表面干燥,雖黏聚性好,但工作性很差;流動度180mm的水泥漿體黏聚性差,在骨料表面附著厚度稀薄;流動度165mm的水泥漿體黏聚性較好,在骨料表面附著厚度較大,表面濕潤,利于骨漿黏結(jié),較符合設(shè)計要求。初步確定合理漿體流動度為160~180mm之間。需要說明的是,漿體在骨料表面的附著情況并不僅僅由漿體流動度確定,骨料形態(tài)、骨料含水狀態(tài)等因素都將影響漿體附著情況,應(yīng)用中需針對不同骨料狀況進行骨漿預(yù)拌,以確定相應(yīng)的最佳漿體流動度。1.3一般體積比在確定設(shè)計需求的漿體流動度后,需要進行漿體配合比設(shè)計以達到要求。本試驗研究了水膠比、減水劑摻量、外摻粉煤灰對漿體流動度的影響。1.4混凝土與骨膠比對預(yù)應(yīng)力的影響骨膠比是形成無砂多孔混凝土“沙琪瑪骨架”結(jié)構(gòu)的最關(guān)鍵因素。骨膠比值大,骨料含量多,膠結(jié)材含量相對減少,從而使骨料表面附著的漿體稀薄,帶來更高的孔隙率和更好的透水性,但這會降低骨料之間的黏結(jié),并使混凝土受力時骨料之間傳力路線不流暢,導致多孔混凝土強度偏低。應(yīng)用中針對不同透水性要求,可選擇不同骨膠比。一般多孔混凝土骨膠比在4.5~7之間,本研究取骨膠比4.8、5.3、5.8、6.3、6.8分別制作試塊。1.5測試塊的生產(chǎn)為獲得連續(xù)孔隙,制備無砂多孔混凝土的骨料一般級配合比較單一,有時為獲得較高強度,也采用一定范圍內(nèi)的連續(xù)級配骨料2試驗結(jié)果的分析2.1減水劑用量的影響漿體流動度主要取決于水膠比和減水劑用量,從圖2、3中可見,水膠比越大,減水劑用量越高,漿體流動度越大。粉煤灰由于其自身顆粒完整而光滑,它對漿體流動度也產(chǎn)生積極作用。減水劑能保證漿體在具備所要流動度并減少用水,從而保證材料強度。水泥凈漿水膠比為0.27、0.28時,減水劑用量在2.2%~2.3%的微小變化帶來凈漿流動度的突變;水膠比為0.21的摻粉煤灰漿體流動度也存在這種突變。在流動度的突變階段,漿體流變特性對用水量的變化非常敏感,應(yīng)用中應(yīng)盡量避開有可能導致流動度突變的水膠比范圍。2.2無砂多孔混凝土的與骨膠比孔隙率與骨膠比呈正相關(guān)關(guān)系是顯而易見的,圖4顯示了骨膠比變化時,總孔隙率與有效孔隙率的變化程度的不同:骨膠比較小的無砂多孔混凝土成型過程中,漿體厚實,導致封閉孔隙較多,有效孔隙相對較少,骨膠比變大時,漿體在骨料上附著變薄,不易形成封閉孔隙,有效孔隙相對總孔隙的比例上升。所以,圖4有效孔隙率的曲線斜率比總孔隙率曲線斜率稍大。2.3骨料分布與強度骨膠比直接影響無砂多孔混凝土漿體在骨料上的附著厚度,進而決定材料在受力時骨料間傳力是否順暢有效。從試塊的受壓破壞面來看,裂縫主要沿骨漿界面和漿體內(nèi)部發(fā)展,見圖5,這說明漿體數(shù)量與分布特點對多孔混凝土強度具有重要影響。由圖6可見無砂多孔混凝土的抗壓強度隨骨膠比增長而減小。這一特點與普通混凝土相悖:骨料是混凝土中剛度和強度都很高的組分,一定范圍內(nèi)骨料含量的增加將帶來混凝土強度的增長,但受力時骨料之間的有效傳力需要以漿體的約束和孔隙填充為前提,這一前提在無砂多孔混凝土中并不存在,從而使得無砂多孔混凝土呈現(xiàn)出骨料越多強度越低的特點,這是它與普通混凝土強度特點的重要差別。無砂多孔混凝土抗折強度也隨骨膠比增長而減小,因為漿體含量降低將導致骨漿界面薄弱,抗拉能力不足。3配合比設(shè)計方法無砂多孔混凝土配合比設(shè)計時,可認為它是由漿體、骨料構(gòu)成的兩相材料,只要確定了這兩種組分的相對含量,然后通過調(diào)整漿體配合比得到所希求的材料性質(zhì),配合比設(shè)計問題就變得簡單很多。無砂多孔混凝土的不同應(yīng)用環(huán)境對其提出了不同的性能要求,在設(shè)計配合比之前,需要確定成品的目標孔隙率,以決定骨膠比;無砂多孔混凝土拌制所需漿體流動度受骨料表面特性和含水狀況影響較大,應(yīng)根據(jù)預(yù)拌效果確定最佳漿體流動度;同時,應(yīng)根據(jù)強度要求確定水膠比,再結(jié)合漿體流動度確定減水劑用量,當漿體流動度不足時,可適當摻入粉煤灰等膠結(jié)材。基本步驟見圖7。4骨膠比與水膠比的關(guān)系(1)漿體流動度是影響無砂多孔混凝土性能的重要因素,應(yīng)用中應(yīng)通過骨漿預(yù)拌獲得適宜于某一種具體骨料的漿體流動度。(2)漿體流動度與水膠比和減水劑用量呈正相關(guān)性,在某些特定水膠比狀況下,漿體流動度波動較大,應(yīng)用中應(yīng)避開該水膠比值,采用摻減水劑或其他方式使得漿體強度仍能達到設(shè)計要求。(3)粉煤灰由于其自身顆粒表面光滑飽滿,在漿體中起到潤滑作用,粉煤灰的摻入會使?jié){