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      基于平均液層厚度的自密實混凝土流變性能機(jī)理研究*

      2020-07-02 04:09:16黃銳新陳嘉健
      關(guān)鍵詞:河砂水灰比水泥漿

      黃銳新,陳嘉健

      (佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院 土木工程系,廣東 佛山528000)

      自密實混凝土的優(yōu)越性能逐漸被土木行業(yè)所認(rèn)可,其工作性能尤其重要,在實際施工過程中起著不可或缺的作用。工程上用得最多的測試工作性能的三個評價標(biāo)準(zhǔn)分別是:(1)流動性能;(2)間隙通過性;(3)抗離析性[1-5]。三個評價標(biāo)準(zhǔn)中的流變性能是自密實混凝土工作性能的重中之重,其測試方法也有很多種,但現(xiàn)在國際上還沒有一個特定的測試自密實混凝土工作性能的標(biāo)準(zhǔn)方法,本文使用坍落擴(kuò)展度及V型流動儀兩個試驗分別從靜態(tài)和動態(tài)兩個角度展開對自密實混凝土的流變性能研究。此外,平均液層厚度被香港關(guān)國雄團(tuán)隊認(rèn)為是影響砂漿及水泥漿流動性能的關(guān)鍵影響因素之一,該團(tuán)隊通過研究用水量、堆積密度和固相顆粒表面積對凈漿、砂漿和混凝土流變性能的影響找出彼此之間的關(guān)系[6-8]。本研究通過20組對比試驗,基于平均液層厚度理論探究自密實混凝土流變性能機(jī)理,揭示了平均液層厚度對自密實混凝土流變性能的影響。

      1 試驗材料

      (1)水泥:海螺牌P·042.5R水泥,密度3143 kg/m3,比表面積365 m2/kg,質(zhì)量符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《通用硅酸鹽水泥》(GB 175—2007)的要求;(2)石子:粒徑5~10 mm與 粒徑10~20 mm 按1∶1混合;(3)砂:佛山當(dāng)?shù)睾由?,?xì)度模數(shù)為2.6,屬中砂;(4)減水劑:廣東瑞安LS-JS聚羧酸高效減水劑,符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范(附條文說明)》(GB 50119—2013),摻雜量按廠家的建議取1.5%;(5)水:自來水。

      表1 水泥的性能指標(biāo)

      2 試驗方案

      本試驗共配制20組試驗,按不同的水灰比體積比、不同的水泥漿體積比及砂率進(jìn)行測量,水灰比體積比為1.05和1.20兩大組,水泥漿體積比(水泥、水、減水劑體積之和占混凝土體積比例)為0.34到0.50,以0.04為級差,砂率為0.5和0.6,試塊分別以“S-水灰比體積比-水泥漿體積比-砂率”為編號,各項試驗的詳細(xì)配比數(shù)據(jù)見表2。

      表2 各組試驗配合比及流變性能

      3 填充密度測量及平均液層厚度計算

      3.1 填充密度測量方法

      填充密度試驗采用水測緊密值法[9],可以反映自密實混凝土固相顆粒間的填充程度,根據(jù)試驗的固相材料配合比配制試驗組,逐漸加入水后看固相材料可以達(dá)到的最大填充率,此即為最大填充密度[10-12]。在此狀態(tài)下,膠凝材料顆粒外層恰好被充分包裹,顆粒之間無空隙。該測試方法考慮到空氣、加水量及減水劑的影響,模擬出固相材料在混凝土中的懸浮狀態(tài),較以往的干測量法考慮到更多的影響因素,因此更加符合混凝土的實際情況,測量結(jié)果更為準(zhǔn)確。記已知容積的容器裝滿試樣時的填充率為P[13],則基于水測緊密值法可以得到以下式子:

      M=mc+ms+mw=PVRcρc+PVRhρh+PVRsρs+PVuwρw

      (1)

      式中:M為砂漿的總質(zhì)量,V為杯子的容積,mc、ms、mw分別為捶杯試驗中水泥、河砂、加入水的質(zhì)量,Rc、Rs分別為水泥、河砂占固相材料的體積分?jǐn)?shù),uw為體積水灰比,ρc、ρh、ρs、ρw分別為水泥、滑石粉、河砂、水的密度。由式(1)可以推出

      (2)

      式中:Vs為固相材料的總體積。整個試驗需在新拌砂漿5 min內(nèi)完成,溫度控制在(20±20) ℃。

      3.2 平均液層厚度計算方法

      計算出各個試驗組別的填充密度后,根據(jù)以下公式可以計算出平均液層厚度[14-17]:

      (3)

      We=Vw-Vh

      (4)

      (5)

      A=McSc+MsSs

      (6)

      式中:T為平均液層厚度We為試樣中剩余水體積,A為水泥及河砂等固相材料的總比表面積;Vw為試樣的實際用水體積,mL;Vh為顆粒間空隙體積,mL;pmax為固相材料的填充密度,Mc、Ms分別為配合比試驗中所用水泥、砂的實際質(zhì)量,g;Sc、Ss為水泥、河砂的比表面積。

      3.3 填充密度與平均液層厚度計算結(jié)果

      各組的填充密度及平均液層厚度計算結(jié)果見表3。從表3中的數(shù)據(jù)可以得出以下結(jié)論:隨著水灰比體積比的增大,平均液層厚度也在逐漸增大。這是因為試驗配合比中液態(tài)水的增加,使得在滿足固相材料之間的空隙填充后,剩余水體積過大,故平均液層厚度一直呈現(xiàn)增大的趨勢,這與實驗中發(fā)生的現(xiàn)象相符合。但要提出的是,過大的水泥漿體積比極易出現(xiàn)離析、泌水等現(xiàn)象,即使其平均液層厚度一直在增加,但其混凝土工作性能中有部分測試無法滿足規(guī)范的要求。

      表3 填充密度及平均液層厚度計算結(jié)果

      4 平均液層厚度對自密實混凝土工作性能的影響

      根據(jù)表3計算得到的平均液層厚度及表2中流變性能相關(guān)數(shù)據(jù),分析兩者間的相關(guān)性。

      平均液層厚度對自密實混凝土擴(kuò)展度的影響見圖1。由圖1可知平均液層厚度與擴(kuò)展度之間的相關(guān)系數(shù)已經(jīng)達(dá)到了0.707,說明平均液層厚度與坍落擴(kuò)展度之間存在較強(qiáng)的關(guān)系,可以認(rèn)為混凝土的坍落擴(kuò)展度很大程度上是由平均液層厚度決定的。隨著平均液層厚度的增加,坍落擴(kuò)展度增加得較快,后續(xù)當(dāng)平均液層厚度繼續(xù)增加時,坍落擴(kuò)展度的大小趨于平緩。

      平均液層厚度對自密實混凝土V型儀流出時間的影響關(guān)系見圖2。由圖2可知,平均液層厚度與V型儀流出時間之間的相關(guān)系數(shù)已經(jīng)達(dá)到了0.726。隨著平均液層厚度的增加,V型儀流出時間會下降,表明平均液層厚度與自密實混凝土的動態(tài)流動性能存在較大的關(guān)聯(lián)性,平均液層厚度增大,會增強(qiáng)自密實混凝土的動態(tài)流動性。

      圖1 坍落擴(kuò)展度隨平均液層厚度變化 圖2 V型儀流出時間隨平均液層厚度變化

      5 結(jié)論

      根據(jù)各項流變性能指標(biāo)與平均液層厚度變化情況關(guān)系分析,可以得到以下結(jié)論:

      (1)平均液層厚度與自密實混凝土坍落擴(kuò)展度呈正相關(guān),與V型流動儀流出時間呈負(fù)相關(guān),兩者的相關(guān)系數(shù)分別為0.707和0.726,表明平均液層厚度與自密實混凝土流動性能之間存在較強(qiáng)的關(guān)系,平均液層厚度增大,自密實混凝土的流動性能也會隨著增強(qiáng)。

      (2)提出的平均液層厚度理論,其結(jié)果可以在填充密度測量出來后經(jīng)式(3)計算得到。隨著水泥漿體積比與砂率的變化,平均液層厚度也會呈規(guī)律性變化,觀察計算得到的平均液層厚度與坍落擴(kuò)展度及V型儀流出時間的相關(guān)程度,可依此判斷自密實混凝土的流變性能等各方面的變化趨勢,以達(dá)到設(shè)計、預(yù)測自密實混凝土理想工作性能等目的,在設(shè)計混凝土配合比的時候可加以參考。

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