熊 恩 單 智

（南華大學(xué) 城市建設(shè)學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421001）

粗骨料對(duì)自密實(shí)混凝土工作性能影響的研究現(xiàn)狀

熊 恩 單 智

（南華大學(xué) 城市建設(shè)學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421001）

粗骨料作為自密實(shí)混凝土的重要組成材料之一,其性能對(duì)自密實(shí)混凝土工作性產(chǎn)生很大的影響。本文通過(guò)國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)研究成果的整理、分析,概括總結(jié)粗骨料對(duì)自密實(shí)混凝土工作性能影響的研究現(xiàn)狀,并提出了存在的問(wèn)題,為進(jìn)一步改善自密實(shí)混凝土性能提供參考和依據(jù)。

粗骨料;自密實(shí)混凝土;工作性能

自密實(shí)混凝土指新拌混凝土具有高流動(dòng)度而不離析、不泌水和高均勻性, 能在不經(jīng)振搗或少振搗的情況下自流平并自動(dòng)通過(guò)鋼筋間隙充滿模具, 達(dá)到充分密實(shí)和獲得最佳性能的混凝土。骨料在混凝土中發(fā)揮著重要作用，自密實(shí)混凝土作為一種對(duì)工作性有特殊要求的高性能混凝土，其對(duì)包括骨料在內(nèi)的原材料性能有更為嚴(yán)格的要求。研究粗骨料體積含量、最大粒徑以及類型對(duì)自密實(shí)混凝土拌合物流動(dòng)性能的規(guī)律，選擇適合的流動(dòng)測(cè)試方法，為更清晰地理解粗骨料在自密實(shí)混凝土中的作用效應(yīng)提供科學(xué)依據(jù)。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1. 1 粗骨料品種的影響

不同種類的粗骨料成分不同,其本身的性質(zhì)存在差異,將對(duì)自密實(shí)混凝土的流動(dòng)性產(chǎn)生不同的影響。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)采用不同粗骨料制成的自密實(shí)混凝土進(jìn)行了一系列研究,也得到一些相應(yīng)的結(jié)論。

張?jiān)茋?guó)[1]采用膨脹頁(yè)巖來(lái)配制輕骨料自密實(shí)混凝土，通過(guò)V 型漏斗、流動(dòng)擴(kuò)展度、L 槽、U 型槽、篩分、柱分層及表面沉降試驗(yàn)對(duì)自密實(shí)輕骨料混凝土的流動(dòng)性、變形性、填充性和抗離析性進(jìn)行了評(píng)價(jià),對(duì)自密實(shí)輕骨料混凝土的工作性能進(jìn)行了驗(yàn)證，取得良好的流動(dòng)性、變形性和穿越鋼筋的能力。與普通自密實(shí)混凝土相比，輕骨料混凝土隨著時(shí)間的延長(zhǎng)流動(dòng)擴(kuò)展度減小。SCLC中的輕骨料無(wú)明顯分層現(xiàn)象,符合SCC規(guī)范要求。隨著SCLC剪切流動(dòng)速度的增加,其抗離析性逐漸降低。

文獻(xiàn)[2]采用回收廢玻璃來(lái)替代部分花崗巖碎石配制自密實(shí)混凝土，替代的比例為5%、10%、15%三種。通過(guò)與花崗巖碎石自密實(shí)混凝土比較，在其它相同的條件下，隨著廢玻璃替代比例增大，流動(dòng)擴(kuò)展度和鋼筋穿越能力增大；而試塊的抗壓強(qiáng)度、劈裂拉伸強(qiáng)度、彈性模量降低，干縮性也隨之降低。

S.C.Kou 和C.S.Poon[3]采用再生粗骨料制成自密實(shí)混凝土,對(duì)其流動(dòng)性和抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)配制了三種不同的自密實(shí)混凝土，前兩種用再生骨料替代河沙為細(xì)骨料，替代比例為0、25%、50%、75%、100%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，流動(dòng)擴(kuò)展度隨再生細(xì)骨料的含量增加而增大，且至少達(dá)到760mm。抗壓強(qiáng)度和劈裂拉伸強(qiáng)度值隨再生細(xì)骨料含量增加而減小，強(qiáng)度值在25%～50%。

胡澤清[4]用不同母巖骨料組合拌制自密實(shí)混凝土,得到在細(xì)骨料相同的條件下,采用微晶玄武巖、白云石、混合玄武巖作為粗骨料的自密實(shí)混凝土工作性測(cè)試V型漏斗、坍落度、坍落擴(kuò)展度值基本相同，抗壓強(qiáng)度基本相當(dāng)；而牛廄玄武巖,灰?guī)r混凝土的抗壓強(qiáng)度相對(duì)較低。不同粗、細(xì)骨料配制的混凝土抗壓強(qiáng)度比變化范圍為6.6 %～8.3 %， 說(shuō)明采用不同母巖粗、細(xì)骨料組合配制混凝土?xí)r對(duì)其力學(xué)性能影響較為明顯。

巴恒靜[23]試驗(yàn)用三種骨料輝綠巖、花崗巖和玄武巖拌制自密實(shí)混凝土進(jìn)行工作性測(cè)試，三種骨料的級(jí)配、最大粒徑和針片狀含量均相同,表觀密度分別為2.84g/ cm3、2.63g/ cm3、2.59g/cm3, 吸水率分別為0.38 %、0.42 %、0.58 %。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,三種不同自密實(shí)混凝土的塑性粘度變化不明顯，但輝綠巖自密實(shí)混凝土屈服應(yīng)力比玄武巖骨料的略有降低。

Ilker Bekir Topcu[5]采用橡膠顆粒和碎石共同粗骨料來(lái)配制自密實(shí)混凝土，通過(guò)自密實(shí)混凝土工作性測(cè)試，當(dāng)橡膠顆粒在混合物中的含量增加時(shí)，坍落度測(cè)試時(shí)達(dá)到T500的時(shí)間變小，流動(dòng)性和穩(wěn)定性能提高，流動(dòng)擴(kuò)展度在590mm～800mm之間。

以上可知，不同種類的粗骨料對(duì)自密實(shí)混凝土拌合物的流動(dòng)參數(shù)有一定影響。這是因?yàn)樵诠橇象w積近似的情況下,表觀密度越大使其流動(dòng)所需外力就越大;吸水率越大吸附的水泥漿的量也就越多,從而減少了起潤(rùn)滑作用的水泥漿的量,使混凝土拌合物的流動(dòng)性降低，但影響并不十分顯著。因此,除重大工程外,選擇粗骨料時(shí)可不考慮種類因素,應(yīng)就地取材。

1. 2 粗骨料相對(duì)含量的影響

混凝土中粗骨料的相對(duì)含量影響著混凝土的性能。自密實(shí)混凝土是高性能混凝土的一種，與普通混凝土相比，自密實(shí)混凝土粗骨料相對(duì)含量較少。Okamura認(rèn)為,限制骨料用量、采用較低的水灰比并且添加超塑化劑可以實(shí)現(xiàn)混凝土的高流動(dòng)性[16] 。要獲得真正的自密實(shí)混凝土,混凝土組成材料粗骨料含量必須滿足條件Vg＜340L/ m3。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者在骨料含量對(duì)自密實(shí)混凝土性能的影響這方面也作了一定量的研究。

Wen-ChenJau[6]利用新改進(jìn)的流變儀MCR測(cè)定自密實(shí)混凝土流變參數(shù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，粗骨料在配合比中含量較高時(shí)，則V型漏斗時(shí)間變長(zhǎng)，塑性粘度變大，測(cè)得的扭矩也變大。

Chi Sun Poon ,Chi Sing Lam[7]對(duì)三種不同類型的骨料—天然壓碎骨料NCA、再生壓碎骨料RCA 和再生壓碎玻璃RCG,在骨料與水泥的比率A/ C 為3～6 的情況下的混凝土試塊的性能進(jìn)行研究,得出隨著A/C的增加,試塊的抗壓強(qiáng)度降低。

許多學(xué)者對(duì)再生粗骨料不同取代率對(duì)自密實(shí)混凝土性能的影響進(jìn)行過(guò)研究。研究發(fā)現(xiàn),再生粗骨料應(yīng)用在混凝土中在一定程度上會(huì)降低混凝土自身的抗壓強(qiáng)度和彈性模量[8、9] 。所以在使用時(shí)應(yīng)控制取代率。文獻(xiàn)[5]對(duì)橡膠顆粒取代骨料的不同比例進(jìn)行了研究，通過(guò)三種添加含量60kg/ m3、120kg/m3、180kg/m3的橡膠顆?；炷吝M(jìn)行對(duì)比，隨著取代率的增大,其抗壓強(qiáng)度和堅(jiān)固性相應(yīng)降低，但殘余抗壓強(qiáng)度會(huì)相對(duì)提高。

1. 3 粗骨料形狀和表面特征的影響

卵石和碎石是自密實(shí)混凝土常用的兩種粗骨料。卵石表面比較光滑,呈圓形無(wú)棱角,碎石表面粗糙多棱角,所以在相同的水泥用量情況下,卵石自密實(shí)混凝土拌合物比碎石自密實(shí)混凝土拌合物流動(dòng)性大一點(diǎn),碎石混凝土中碎石與漿體之間的粘結(jié)作用要強(qiáng)于卵石混凝土中卵石與混凝土的粘結(jié)。在相同配合比條件下,卵石混凝土的強(qiáng)度比碎石混凝土低。

P.L.Domone[10]總結(jié)了碎石自密實(shí)混凝土和卵石自密實(shí)混凝土使用范圍，在44處自密實(shí)混凝土使用結(jié)構(gòu)中，碎石的有34處，而卵石的只有10處。說(shuō)明碎石自密實(shí)混凝土比卵石自密實(shí)混凝土使用廣泛。

魯麗華，吳卓[11]對(duì)不同強(qiáng)度的卵石及碎石進(jìn)行三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)測(cè)試自密實(shí)混凝土的斷裂性能,發(fā)現(xiàn)石灰?guī)r碎石混凝土的斷裂能較卵石小,這說(shuō)明顆粒形狀影響混凝土的斷裂性能。

Dimitri Feys[12]在研究自密實(shí)混凝土剪切增稠的原因時(shí)，發(fā)現(xiàn)碎石自密實(shí)混凝土發(fā)生剪切增稠的強(qiáng)度比卵石的要高。針對(duì)這種情況，作者認(rèn)為卵石自密實(shí)混凝土流動(dòng)性比碎石的要大所造成的。

另外，王德輝[13]發(fā)現(xiàn)當(dāng)粗骨料顆粒形狀較差，含針片狀顆粒較多時(shí)，致使混凝土和易性降低，流動(dòng)性變差。這是因?yàn)榇止橇峡障堵屎捅缺砻娣e增大，與砂漿體接觸面增加，表面吸水量增加，摩擦阻力增大，一定量的砂漿體充填到顆粒間的空隙中去，剩余的砂漿體數(shù)量減少，導(dǎo)致混凝土拌合物內(nèi)部起潤(rùn)滑作用砂漿層厚度減少，以致混凝土在整體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中阻力增大。而形狀規(guī)則的粗骨料在混凝土拌合物流動(dòng)過(guò)程中受力較均勻能較好保持拌合物整體的穩(wěn)定性，使混凝土拌合物的粘聚性增強(qiáng)，能夠很好地減小水泥用量，提高混凝土拌合物的工作性能。片狀顆粒不影響自密實(shí)混凝土的初始坍落度,但影響其坍落度損失,含量越多,影響越顯著。

1. 4 粗骨料最大粒徑和顆粒級(jí)配的影響

粗骨料的最大粒徑是影響自密實(shí)混凝土的重要因素之一。由于自密實(shí)混凝土常常用于鋼筋稠密和薄壁的結(jié)構(gòu)中，骨料粒徑較大，內(nèi)部缺陷存在增大，粗骨料下沉速度加快，使混凝土內(nèi)部顆粒分布不均勻，沉降離析現(xiàn)象發(fā)生，從而影響混凝土的流動(dòng)性和耐久性。若粗骨料粒徑太小，使骨料比表面積增加，所需要的砂漿體積增加，配制標(biāo)準(zhǔn)的自密實(shí)混凝土勢(shì)必要增加水泥用量，提高成本。劉昊[14]研究了粗骨料粒徑分別為20mm和16mm自密實(shí)混凝土的工作性和強(qiáng)

度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)粗骨料最大粒徑由20mm降低至16mm時(shí)，拌和物的坍落度值、坍落流動(dòng)值、流速值均減小，間隙通過(guò)性降低。但由于小顆粒的骨料增多，比表面積增加，減少了漿體自由水的含量和骨料表面的過(guò)剩漿體層厚度，拌和物的均勻性得到改善，穩(wěn)定性提高。抗壓強(qiáng)度也隨著粒徑的減小而增大。因此自密實(shí)混凝土粗骨料粒徑一般宜小于20mm[15]。

R.Zerbino.B[17]粗骨料的尺寸增大，則V型漏斗流過(guò)的時(shí)間變長(zhǎng)，塑性粘度增加，得到了很低的屈服壓力。自密實(shí)混凝土發(fā)生離析的概率增大。

良好的顆粒級(jí)配可使骨料的空隙率和總表面積均較小,從而可以減少水泥漿的用量,水泥漿用量的減少可以降低水化熱,減少混凝土干縮。此外,良好的顆粒級(jí)配,降低用水量可以提高混凝土的密實(shí)度、強(qiáng)度和其它一些性能。林英紅[18]在保持其他條件基本相同情況下，試驗(yàn)研究了5～10mm和10～20mm兩種不同粗骨料級(jí)配對(duì)自密實(shí)混凝土工作性能的影響，粗骨料中細(xì)顆粒越多，混凝土坍落度及坍落擴(kuò)展度越大，流出時(shí)間也越小，表明混凝土具有較高的流動(dòng)性，而早期強(qiáng)度略有下降。當(dāng)骨料中粗顆粒較多時(shí)，坍落度、坍落擴(kuò)展度略有增大，混凝土狀態(tài)明顯差，但后期強(qiáng)度較高。從自密實(shí)混凝土的拌合物性能要求來(lái)看，選擇合適的骨料級(jí)配比例也是制備自密實(shí)混凝土的關(guān)鍵技術(shù)之一。

1. 5 粗骨料的顆粒形狀指數(shù)影響

對(duì)于骨料種類、級(jí)配、針片狀顆粒含量等指標(biāo)均相同的粗骨料而言，還可以采用顆粒的形狀指數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)骨料對(duì)自密實(shí)混凝土流動(dòng)性的影響，以便選擇更佳的粗骨料。粗骨料顆粒形狀的評(píng)定可以用粗骨料顆粒球度和粗骨料顆粒形狀指數(shù)來(lái)表示。文獻(xiàn)[23]試驗(yàn)結(jié)果顯示，粗骨料形狀指數(shù)由0.4743減小到0.3785，T500流動(dòng)時(shí)間增大、塌落擴(kuò)展度減小、L型流動(dòng)儀高度比H1/H2減小、U型儀高度差Δh增大，拌合物抗離析能力下降，穩(wěn)定性變差。文獻(xiàn)[13]選用四種不同的骨料顆粒形狀指數(shù)0.13、0.18、0.24 和0.27。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，隨著粗骨料顆粒形狀指數(shù)增加，自密實(shí)混凝土拌合物的兩個(gè)流變參數(shù)塑性粘度和屈服應(yīng)力明顯降低。這主要是由于骨料顆粒的形狀指數(shù)越大,骨料顆粒越接近球形,其棱角數(shù)也就越少,這就降低了拌合物在流動(dòng)時(shí)粗骨料互相之間的機(jī)械嚙合,從而使屈服應(yīng)力降低。

2 結(jié)論

隨著自密實(shí)混凝土技術(shù)的進(jìn)步,以及各種復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)的需要，自密實(shí)混凝土應(yīng)用越來(lái)越廣泛，工程建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大,對(duì)骨料的需求量也與日俱增。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果整理、分析,概括總結(jié)了粗骨料對(duì)自密實(shí)混凝土性能影響的研究現(xiàn)狀,并提出了今后需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題。

（1）骨料種類對(duì)自密實(shí)混凝土拌合物的流動(dòng)性影響不大。

（2）骨料的最大粒徑越大,其比表面積越小,所需的用水量和水泥漿越少,保持用水量不變,則可降低混凝土拌合物的流變參數(shù),但粒徑過(guò)大易產(chǎn)生離析現(xiàn)象。

（3）骨料顆粒的形狀指數(shù)對(duì)屈服應(yīng)力影響較大,應(yīng)選擇形狀指數(shù)大的骨料。

（4）對(duì)不同粗骨料的自密實(shí)混凝土研究中，工作性的不同是目前研究的重點(diǎn)，但難以從本質(zhì)上解釋不同粗骨料自密實(shí)混凝土的差異性。今后的研究方向是從流變機(jī)理以及流變參數(shù)的不同來(lái)揭示自密實(shí)混凝土的性質(zhì)。

（5）粗骨料對(duì)新拌自密實(shí)混凝土的流變性能還需要進(jìn)行進(jìn)一步研究,并且對(duì)自密實(shí)混凝土在施工過(guò)程中的粗骨料的流動(dòng)要能進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬。

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（責(zé)任編校：何俊華）

TU-O

A

1673-2219（2010）12-0093-03

2010－10－06

熊恩（1985－），男，湖南益陽(yáng)人，南華大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院碩士研究生。