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河南自密實混凝土的特點

來源:http://www.man-fai.com 作者:新特新材料集團 發布時間:2021-09-10

導讀: 現代混凝土技術已不再僅僅追求高強度,而是越來越重視工作性、體積穩定性、耐久性等的統一,即向高性能方向發展。自密實混凝土(Self-CompactingConcrete,簡稱SCC)作為高性能混凝土的一種,就是以其卓越的工作性能為最大特征的混...

現代混凝土技術已不再僅僅追求高強度,而是越來越重視工作性、體積穩定性、耐久性等的統一,即向高性能方向發展。自密實混凝土(Self-Compacting Concrete,簡稱SCC) 作為高性能混凝土的一種,就是以其卓越的工作性能為最大特征的混凝土,現已成為高性能混凝土的一個重要發展方向?;炷涟韬衔锪己玫牡墓ぷ餍圆粌H是為了滿足施工要求,更有利于改善混凝土結構的勻質性,使成型后的混凝土更加密實,減少原始缺陷,從而保證混凝土的長期耐久性能??梢哉f,沒有良好的工作性就不可能有良好的耐久性。自密實混凝土是具有高流動性、均勻性和穩定性,澆筑 時無需外力振搗,能夠在自重作用下流動并充滿模板空間 的混凝土。

自密實混凝土拌合物除應滿足普通混凝土拌合物對凝結時間、黏聚性和保水性等的要求外,還要滿足自密實性能的要求,即填充性、間隙通過性和抗離析性。

自密實混凝土技術最早由日本在20世紀末提出,隨后很快傳入其他國家并獲得迅速發展。我國主要是在2000年后開始引進研究和應用自密實混凝土的。目前自密實混凝土面臨的問題主要有:

(1)自密實混凝土的工作性內涵較廣,測試方法及量化指標還不成熟。

(2)配合比設計沒有標準的流程。

(3)對原材料要求高,膠凝材料用量大,必須摻加高效 減水劑,成本高。

(4)尚未能在中低強度等級混凝土中廣泛應用。

(5)組成上的差異導致性能上與普通混凝土的差異, 尤其是長期的耐久性能,還需進一步研究等。

1 自密實混凝土的組成特點

為了提高新拌自密實混凝土的流動性和抗離析能力, 粗骨料的體積和最大粒徑必須減小,粗骨料最大粒徑不 宜超過16~20 mm。粗骨料中針、片狀顆粒含量對自密實 混凝土間隙通過性影響較大,會增加拌合物的流動阻力,同時對混凝土強度等性能也存在不利影響,因此自密實混凝土對粗骨料的針、片狀顆粒含量要求較嚴格,JGJ/T 283—2012《自密實混凝土應用技術規程》規定的限值為 8%,而有研究指出當自密實混凝土中含膠凝材料較少時,粗骨料的針、 片狀顆粒含量宜控制在7%以內。

人工砂中含有適量石粉能改善混凝土的工作性,但過量的石粉會吸附更多的水分,導致混凝土工作性變差。另外人工砂往往級配不良、顆粒粗糙、多棱角,用于配制自密實混凝土時需提高砂率。

聚羧酸系高性能減水劑具有摻量低、減水率高、混凝土強度增長快、混凝土拌合物坍落度損失小、拌合物黏滯阻力小等優點,而且相比于其他類型的高效減水劑,聚羧酸系高性能減水劑還具有引氣功能,可以明顯改善混凝土的收縮性能,并在一定程度上彌補自密實混凝土收縮較大的缺陷。因此聚羧酸系高性能減水劑適用于配制自密實混凝土,尤其是高強自密實混凝土。高性能的聚羧酸系外加 劑是自密實混凝土配制的關鍵材料,它有效解決了自密實 混凝土大流動性和抗離析性之間的矛盾,為配制自密實混凝土簡化了制約因素。不過若其摻量過大也會造成離析泌水等不穩定問題,此時應設法調整配合比,不應一味地依靠減水劑來解決所有的工作性問題。

低 水 膠 比 (不 宜 大 于0.45)、 高膠凝材料用量 (400~550 kg/m3)、高砂率(50%左右)是自密實混凝土的組 成特點,這也決定了其早期易于開裂、體積穩定性差的問題,為了緩解水泥過多帶來的水化熱,自密實混凝土一般需摻入不低于膠凝材料總用量20%的礦物摻合料。

粉體材料即水泥+細粉(如粉煤灰、硅灰、石灰石粉及粒徑小于125μm的細砂)用量的增加有利于漿體充分包裹骨料顆粒,使粗細骨料懸浮于漿體中,達到自密實性能。但對低強度等級的自密實混凝土,由于其水膠比較大,漿體黏度較小,僅僅靠增加單位體積漿體量不能滿足工作性要求,尤其是難以滿足抗離析性要求。此時可通過摻加黏度調節劑(摻量為膠凝材料用量的 0.1%~0.2%)予以改善,這樣會增加漿體的屈服應力和混凝土拌合物的黏聚性,同時也 會對混凝土的流動性造成不利影響,因此黏度調節劑的應用要通過試驗確定。

2 自密實混凝土的工作性

工作性能是自密實混凝土的關鍵性能,如何量化和保證新拌自密實混凝土的工作性能一直是而且還將會是自密實混凝土研究的重點。

現行行業標準規定自密實混凝土的自密實性能包括填充性、間隙通過性和抗離析性,并規定了不同的性能等級和適用范圍,實際應用時應將其中一項或者幾項指標作為主要要求,一般不需要每個指標都達到最高要求,其中填充性是必控指標,而間隙通過性和抗離析性可作為選擇指標。自密實混凝土的填充性通過坍落擴展度試驗和T500試驗共同測試,間隙通過性通過J環擴展試驗進行測試,抗離析性通過篩析試驗或跳桌試驗測試。另外國內外常用的 評價自密實混凝土工作性能的方法還有L形儀、U形儀、V形漏斗試驗等,特殊工程還要進行足尺模擬澆筑試驗。

鑒于自密實混凝土拌合物復雜的工作性,必須從其流變學模型入手才能較好地揭示混凝土中各成分的相互作 用以及自密實混凝土拌合物工作性的機理,從而建立起新拌混凝土的流變特性與實際工程應用中工作性參數的關系,甚至對自密實混凝土進行數值模擬、建立虛擬試驗室。隨著計算機技術的發展,也可采用神經網絡方法對自密實混凝土工作性能進行預測。

3 自密實混凝土流變特性和配合比設計

目前尚沒有標準的自密實混凝土配合比設計方法。普通混凝土的配制原則是,在滿足設計強度等其他要求性能指標的前提下,用最少的膠凝材料拌制的漿體填充最緊密堆積的骨料空隙。而自密實混凝土的配制原則是,砂、石骨料較均勻地被包裹、懸浮在有一定黏度和流動性的膠凝材料漿體中。

自密實混凝土的流變性近似于賓漢姆體,可用屈服剪切應力和塑性黏度兩個參數來表達其流變特性。根據流變學理論,材料的變形必須克服屈服剪切應力,只有當在材料內部產生的剪切應力大于屈服剪切應力時,材料才能發生流動變形。普通混凝土是通過外加的振搗作用來使混凝土流動的, 但自密實混凝土僅依靠自重來使混凝土流動,這就要求自密實混凝土自身的屈服剪切應力較小?;炷恋姆€定性與黏度有很大的關系,黏度太小,混凝土容易離析,自密實混凝土必須有較高的穩定性,因而黏度不能太??;同時要在較小的自 重作用力下產生較大的流動,黏度還不能太大。所以,自密實混凝土的屈服剪切應力和塑性黏度必須處在適當的范圍。冰島建筑研究院的研究認為,當自密實混凝土的流變學參數滿足:屈服剪切應力 30~80Pa、塑性黏度 10~40Pa·s 時,可以較好地解決高流動性與高穩定性之間的矛盾。

從國內外的研究文獻上看,常規的自密實混凝土的配合 比計算方法一般有:①固定砂石體積法;②全計算法,是否適用于自密實混凝土尚有爭議;③改進全計算法;④參數法;⑤ 骨料比表面法;⑥簡易配合比設計方法;⑦正交試驗法或“析因法”;⑧經驗推導法或試配法;⑨絕對體積法等?,F行行標推薦的是絕對體積法,其實與固定砂石體積法較為類似,其他各種設計方法也各有優缺點。另外以下幾種自密實混凝土 配合比設計方法新穎獨特,值得介紹:①基于流變學特性的自密實混凝土配合比設計方法。②基于顆粒級配理論設計自密實混凝土配合比的方法。③均勻試驗設計法。

因為沒有足夠的膠凝材料漿體帶動骨料流動,中低強度等級的混凝土較難達到自密實混凝土的性能要求,這嚴重阻礙了普通強度等級自密實混凝土的廣泛應用。BASF公司利用黏度改性劑,配制出了低膠凝材料用量的普通強度等級自密實混凝土,稱為智能動力混凝土(Smart Dynamic Concrete,SDC),與傳統的自密實混凝土相比,可節省50~100kg/m3的膠凝材料。另外,還有一類在自密實混凝土的基礎上發展起來的干拌自密實混凝土也有很好的發展前景。干拌自密實混凝土最大的特點是主要材料(基料)的商品化生產,施工現場直接在基料中加入一定量的水和粗集料,攪拌均勻即可。

4 自密實混凝土的力學耐久性能

理論上來講,自密實混凝土中粗骨料用量偏少,會導 致彈性模量偏低,但孟志良的研究認為,與同強度普通混凝土相比,低強度自密實混凝土彈性模量偏高。一般來說自密實混凝土的粉體材料用量偏大,也會造成其彈性模量偏低,可王鈞的研究認為,隨著粉煤灰摻量的增大,自密實混凝土的彈性模量逐漸增大,當粉煤灰摻量不大時,自密實混凝土的彈性模量相對于普通混凝土稍小,當粉煤灰摻量較大時,其彈性模量反而略高于普通混凝土。這可能跟自密實混凝土硬化后更加均勻密實有關,對此還需要進行深入研究。

膠凝材料用量的增加引發了自密實混凝土一系列的收縮和早期裂縫問題,因此在配制自密實混凝土時可摻入一定量的膨脹劑,以補償自密實混凝土的收縮,降低其開裂的可能性。不過楊醫博的研究認為,在同樣水膠比的情況下,自密實混凝土的抗早期開裂和干縮開裂的性能均優于普通泵送混凝土。因此在自密實混凝土的收縮以及抗裂性方面尚有待深入研究。

自密實混凝土拌合物基本沒有泌水問題,減少了骨料界面上硬化后作為滲透通道的原生裂縫的產生,同時礦物摻合料的火山灰反應使得氫氧化鈣在界面上的富集與結晶的定向排列得到了較好的解決,界面結構致密強度高,因此抗滲性得到提高。自密實混凝土的碳化深度與28d抗壓強度有良好的線性關系,其抗碳化性能較同強度等級的普通混凝土為優。

5 結論與展望

從以上可以看出,自密實混凝土在原材料組成、配合比設計方法、硬化混凝土性能、工作性能評價上均與普通混凝土甚至一般的高性能混凝土存在較大差異。雖然對于自密實混凝土的研究已取得了很多的成果,但仍然存在一 些爭議和不明確之處,比如自密實混凝土的粉體材料用量 與彈性模量的關系、自密實混凝土的收縮和抗裂等。把握自密實混凝土的流變學特性,可以更好地進行自密實混凝土 的配合比設計和新拌混凝土的自密實性能評價,有利于自密實混凝土技術的發展。研究新型的黏度改性劑和聚羧酸 系高性能減水劑等外加劑可推動自密實混凝土向普通強度等級發展,節省膠凝材料用量,降低成本,同時使自密實混凝土的配制簡單化。

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