黃 靜，季文玉，閻培渝

(1.北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院,北京 100044；2.清華大學(xué)土木工程系,北京 100084)

0 引 言

近年來，超高性能混凝土(ultra-high performance concrete, UHPC)因具有優(yōu)異的力學(xué)性能和耐久性能逐漸在實(shí)際工程中推廣應(yīng)用。然而新拌UHPC十分黏稠，流動(dòng)速度慢，難以液化抹平，給澆筑帶來一定困難。因此，研究新拌水泥基材料的工作性是十分必要的。

利用流變性參數(shù)可以深入研究新拌水泥基材料的工作性變化規(guī)律。研究者通過調(diào)整材料組分獲得相應(yīng)的工作性(流動(dòng)性)與流變性的參數(shù)，再由數(shù)學(xué)擬合或分析模型得到兩者的關(guān)系式；或者根據(jù)顆粒膜層厚度進(jìn)行工作性分析[1-2]。Bartas[3]提出了混凝土的坍落度與屈服應(yīng)力的關(guān)系式。Ferraris等[4]提出了適用于一定坍落度范圍內(nèi)的混凝土的塑性黏度與密度、坍落度及坍落時(shí)間的關(guān)系式。Roussel等[5]提出利用水泥基材料的流動(dòng)度、漿體表面張力及流動(dòng)度試驗(yàn)的水平表面接觸角來估算屈服應(yīng)力的方法。Tregger等[6]建立了膠凝材料凈漿的流動(dòng)度與屈服應(yīng)力關(guān)系式和流動(dòng)時(shí)長與塑性黏度或屈服應(yīng)力的關(guān)系式。上述工作均未引入顆粒膜層厚度對(duì)漿體的工作性(流動(dòng)性)與流變性的關(guān)系進(jìn)行探討。了解UHPC漿體的工作性與流變性的相關(guān)性，可以彌補(bǔ)其流動(dòng)性測(cè)試與流變性測(cè)試各自的不足[7]。

Kwan等[8-9]給出了新拌水泥基材料具有良好工作性的顆粒膜層厚度的范圍，說明可以通過顆粒膜層厚度研究水泥基材料的組分變化與工作性的關(guān)系。纖維對(duì)于UHPC的工作性影響很大，研究的第一步需要了解不含纖維的UHPC漿體的工作性的影響因素以及新拌UHPC漿體的工作性與流變性的關(guān)系，但該方面的研究目前還比較缺乏[10-11]。因而，本文設(shè)計(jì)了正交試驗(yàn)，通過調(diào)整水膠比、超細(xì)粉煤灰替代率和硅灰摻量，獲得新拌UHPC漿體的流動(dòng)度和黏度系數(shù)；還測(cè)定了顆粒膜層厚度，并基于顆粒膜層厚度建立了UHPC砂漿的工作性與流變性的關(guān)系式，分析了材料組分與UHPC砂漿工作性的關(guān)系；同時(shí)還探究了UHPC的凈漿與砂漿的工作性的關(guān)系，旨在為UHPC漿體的工作性的定性評(píng)估、工作性影響因素的定量表征提供參考。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原材料

膠凝材料：P·Ⅰ 42.5硅酸鹽水泥，超細(xì)粉煤灰，加密硅灰。細(xì)骨料：0.212～0.125 mm石英砂(QS-70)，0.850～0.425 mm石英砂(QS-20)；使用時(shí)按20 ∶80(除特殊說明外，本文均采用質(zhì)量比或質(zhì)量分?jǐn)?shù))的比例混合。高效減水劑：巴斯夫公司生產(chǎn)的411聚羧酸高效減水劑，固含量為45%。膠凝材料的化學(xué)組成如表1所示。膠凝材料的密度、細(xì)骨料的堆積密度及各種材料的比表面積如表2所示。水泥的比表面積采用勃氏法測(cè)定，超細(xì)粉煤灰和加密硅灰的比表面積采用氮吸附法測(cè)定；細(xì)骨料的比表面積計(jì)算方法見1.2節(jié)。膠凝材料和細(xì)骨料的粒徑分布如圖1所示。

圖1 膠凝材料和細(xì)骨料的粒徑分布

表1 膠凝材料的化學(xué)組成

表2 膠凝材料的密度、細(xì)骨料的堆積密度及各種材料的比表面積

1.2 細(xì)骨料比表面積計(jì)算

根據(jù)石英砂的粒徑分布按球形顆粒計(jì)算其等效比表面積，圖2為細(xì)骨料的等效粒徑分布圖。根據(jù)圖2和公式(1)～(2)，得到QS-70和QS-20的計(jì)算比表面積，結(jié)合表2的堆積密度，可得QS-70和QS-20的比表面積AQS70和AQS20分別為14.34 m2/kg和4.10 m2/kg。

圖2 細(xì)骨料的等效粒徑分布圖

(1)

(2)

式中：SSA為石英砂的計(jì)算比表面積；ri和Di分別為兩連續(xù)粒徑石英砂的半徑平均值和直徑平均值；j為連續(xù)粒徑曲線被劃分的等效粒徑階梯的個(gè)數(shù)；Vi為第i個(gè)等效粒徑階梯的石英砂的體積分?jǐn)?shù)，等于第i個(gè)等效粒徑階梯與第i-1個(gè)等效粒徑階梯的縱坐標(biāo)之差；ni為第i個(gè)等效粒徑階梯的等效顆粒數(shù)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用正交表L9(34)安排試驗(yàn)，選取水膠比、超細(xì)粉煤灰替代率和硅灰摻量為試驗(yàn)因素(不考慮因素間交互作用，每個(gè)因素占有一列，正交表留有一個(gè)空白列)，變化范圍分別為0.16～0.2、0%～40%、6%～10%。試驗(yàn)指標(biāo)為顆粒表面的水膜層厚度(WFT)和漿膜層厚度(PFT)。為了探究超細(xì)粉煤灰替代水泥的效果，規(guī)定超細(xì)粉煤灰替代率=超細(xì)粉煤灰質(zhì)量/(水泥質(zhì)量+超細(xì)粉煤灰質(zhì)量)。正交試驗(yàn)的變量與變化水平如表3所示，UHPC砂漿的配合比如表4所示。高效減水劑摻量固定為0.8%，UHPC砂漿的膠砂比(S/B)固定為1 ∶1。

表3 正交試驗(yàn)的變量與變化水平

表4 UHPC砂漿配合比

1.3.2 凈漿的流動(dòng)度試驗(yàn)與流變性測(cè)試

采用流動(dòng)度表征凈漿工作性，流動(dòng)度試驗(yàn)按《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》(GB/T 8077—2012)進(jìn)行[12]。使用Brookfield RST-SST 型同軸雙圓筒流變儀進(jìn)行UHPC凈漿流變性能測(cè)試；圓柱形轉(zhuǎn)子的有效高度(h)為37.5 mm，半徑(R1)為12.5 mm，外筒內(nèi)壁半徑(R2)為13.56 mm，測(cè)試過程中外筒保持靜止；流變測(cè)試過程的轉(zhuǎn)速變化如圖3所示，流變測(cè)試總時(shí)長為5.5 min，在0～25 s轉(zhuǎn)速線性增加至100 r/min，在25～205 s轉(zhuǎn)速保持不變，隨后轉(zhuǎn)速呈現(xiàn)階梯式下降，每個(gè)轉(zhuǎn)速臺(tái)階保持15 s。

圖3 凈漿流變制度

1.3.3 砂漿的跳桌試驗(yàn)與流變性測(cè)試

采用流動(dòng)度表征砂漿工作性，砂漿的流動(dòng)度按《水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定方法》(GB/T 2419—2005)測(cè)定[13]。使用Brookfield RST-SST 型同軸流變儀進(jìn)行UHPC砂漿流變性能測(cè)試；所用四葉vane型轉(zhuǎn)子高(h)為80 mm，半徑(R1)為20 mm，外筒內(nèi)壁半徑(R2)為40 mm，測(cè)試過程中外筒保持靜止；流變測(cè)試過程的轉(zhuǎn)速變化如圖4所示，流變測(cè)試總時(shí)長為124 s，在0～10 s轉(zhuǎn)速線性增加至5 r/min，在10～40 s轉(zhuǎn)速保持不變，隨后轉(zhuǎn)速呈現(xiàn)階梯式下降，每個(gè)轉(zhuǎn)速臺(tái)階保持10 s。

圖4 砂漿流變制度

1.3.4 濕顆粒堆積密實(shí)度測(cè)定

基于Wong等[14]提出的濕顆粒堆積密實(shí)度測(cè)試方法，測(cè)定新拌UHPC漿體的濕顆粒堆積密實(shí)度。

凈漿的濕顆粒堆積密實(shí)度測(cè)定步驟如下：(1)選擇某一凈漿試驗(yàn)組的膠凝材料，干拌2 min形成預(yù)混料，按一定的水膠體積比(uw)進(jìn)行充分?jǐn)嚢?；攪拌時(shí)先將全部水(包括減水劑)倒入攪拌鍋，然后加入1/2預(yù)混料充分?jǐn)嚢? min，再將剩余的預(yù)混料均分成4 份逐份加入攪拌機(jī)，每加入一份充分?jǐn)嚢? min。(2)將(1)中的凈漿倒入體積(V)為25 mL的容器，測(cè)得質(zhì)量(Mm)，并根據(jù)公式(3)計(jì)算出該試驗(yàn)組的空隙率。(3)變化水膠體積比，重復(fù)步驟(1)、(2)。(4)以水膠體積比為橫坐標(biāo)，空隙率為縱坐標(biāo)作圖，空隙率的最低點(diǎn)即對(duì)濕顆粒堆積密實(shí)度。

砂漿的濕顆粒堆積密實(shí)度測(cè)定步驟如下：(1)選取某一砂漿試驗(yàn)組的凈漿配比制取100 mL的凈漿，按一定的膠砂體積比(νw)進(jìn)行充分?jǐn)嚢?；攪拌時(shí)先將全部凈漿倒入攪拌鍋，然后加入已量取的QS-70石英砂充分?jǐn)嚢? min，再加入已量取的QS-20石英砂充分?jǐn)嚢? min。(2)將(1)中的砂漿倒入體積(V)為50 mL的容器，測(cè)得質(zhì)量(Mn)，并根據(jù)公式(4)計(jì)算出該試驗(yàn)組的空隙率。(3)變化膠砂體積比，重復(fù)步驟(1)、(2)。(4)以膠砂體積比為橫坐標(biāo)，空隙率為縱坐標(biāo)作圖，空隙率的最低點(diǎn)即濕顆粒堆積密實(shí)度。

(3)

(4)

式中：τ為膠凝材料的濕顆粒堆積密實(shí)度；φ為細(xì)骨料的濕顆粒堆積密實(shí)度；V為容器體積， mL；Mm為容器體積V為25 mL的凈漿質(zhì)量， g；Mn為容器體積V為50 mL的砂漿質(zhì)量， g；uw為各試驗(yàn)組的水膠體積比；νw為各試驗(yàn)組的膠砂體積比；ρw為水的密度，取1 g/cm3；ρ′w為凈漿的密度， g/cm3；ρC、ρUFA和ρS分別為水泥、超細(xì)粉煤灰和硅灰的密度；ρQS70和ρQS20分別為QS-70和QS-20的堆積密度；RC、RUFA和RS分別為各凈漿試驗(yàn)組的水泥、超細(xì)粉煤灰和硅灰在膠凝材料中的體積分?jǐn)?shù)；RQS70和RQS20分別為各砂漿試驗(yàn)組的QS-70和QS-20在細(xì)骨料中的體積分?jǐn)?shù)。

1.3.5 黏度系數(shù)計(jì)算

基于Li等[15]提出的具有剪切增稠特性的大流態(tài)混凝土的指數(shù)型流變模型，考慮柱塞流影響的情況下，利用該模型的庫特逆問題的解(公式(5))，對(duì)各試驗(yàn)組的有效轉(zhuǎn)速與扭矩?cái)?shù)據(jù)對(duì)進(jìn)行非線性擬合后，得到黏度系數(shù)(本文黏度系數(shù)κ均指大流態(tài)混凝土指數(shù)型流變模型的一致性系數(shù)(consistency coefficient))。

(5)

式中：Ω為流變儀轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，rad/s；T為相應(yīng)的扭矩，N·m；τ0為屈服應(yīng)力，Pa；κ為一致性系數(shù)，Pa·sn；n為擬合指數(shù)；R1、R2、h分別為外筒內(nèi)徑、轉(zhuǎn)子直徑和有效高度，mm。

1.3.6 顆粒表面膜層厚度計(jì)算

基于Wong等[14]提出的顆粒表面膜層厚度模型與理論：新拌混凝土加入的拌合水填充干堆積體空隙后，多余部分吸附在膠凝材料顆粒表面形成水膜層，水膜層越厚且黏度越小，則凈漿的流動(dòng)性往往越佳；部分凈漿用以填充骨料間的空隙，多余的凈漿黏附在骨料表面形成漿膜層，漿膜層越厚且黏度越小，砂漿的流動(dòng)性往往越好；同時(shí)，顆粒表面膜層厚度的計(jì)算涉及材料的濕顆粒堆積密實(shí)度和平均比表面積，因而能反映材料的組分特點(diǎn)。根據(jù)水泥、超細(xì)粉煤灰和硅灰的比表面積和膠凝材料的濕顆粒堆積密實(shí)度，利用公式(6)～(9)計(jì)算出各試驗(yàn)組的WFT。根據(jù)QS-70和QS-20的比表面積和細(xì)骨料的濕顆粒堆積密實(shí)度，利用公式(10)～(13)計(jì)算出各試驗(yàn)組的PFT。

(6)

u′w=uw-u

(7)

Am=AC×RC+AUFA×RUFA+AS×RS

(8)

(9)

(10)

ν′w=νw-ν

(11)

An=AQS70×RQS70+AQS20×RQS20

(12)

(13)

式中：u為濕顆粒堆積密實(shí)度對(duì)應(yīng)的空隙比(單位體積內(nèi)空隙體積與膠凝材料體積的比)；u′w為各試驗(yàn)組的富余水膠體積比；Am為膠凝材料的平均比表面積；AC、AUFA和AS分別為水泥、超細(xì)粉煤灰和硅灰的比表面積；ν為濕顆粒堆積密實(shí)度對(duì)應(yīng)的空隙比(單位體積內(nèi)空隙體積與細(xì)骨料體積的比)；ν′w為各試驗(yàn)組的富余膠砂體積比；An為細(xì)骨料的平均比表面積；AQS70和AQS20分別為QS-70和QS-20的比表面積。

2 結(jié)果與討論

2.1 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

凈漿和砂漿試驗(yàn)組顆粒表面膜層厚度計(jì)算的相關(guān)參數(shù)及結(jié)果分別如表5和表6所示。

表5 WFT計(jì)算的相關(guān)參數(shù)及結(jié)果

表6 PFT計(jì)算的相關(guān)參數(shù)及結(jié)果

正交試驗(yàn)的變量-變化水平與顆粒表面膜層厚度的關(guān)系如圖5所示，圖中A1～A3、B1～B3、C1～C3分別對(duì)應(yīng)水膠比、超細(xì)粉煤灰替代率和硅灰摻量的變化范圍0.16～0.20、0%～40%、6%～10%。顆粒表面膜層厚度能夠同時(shí)反映漿體的流動(dòng)性和材料的組分特點(diǎn)，可作為工作性的綜合衡量指標(biāo)。

由圖5可知，PFT受三種變量影響的效果與WFT大致相同，整體表現(xiàn)為顆粒表面膜層厚度隨水膠比、超細(xì)粉煤灰替代率和硅灰摻量的提高而增大的趨勢(shì)，說明PFT和WFT的工作性受三種變量影響而發(fā)生的變化也大體一致。因此，砂漿與凈漿的工作性既有區(qū)別也有聯(lián)系，區(qū)別表現(xiàn)在兩者分別用水膜層厚度和漿膜層厚度進(jìn)行表征，聯(lián)系表現(xiàn)在漿膜層的實(shí)質(zhì)是多余的凈漿，凈漿的黏度大小會(huì)對(duì)漿膜層黏度產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響砂漿工作性。

圖5 正交試驗(yàn)的變量-變化水平與顆粒表面膜層厚度的關(guān)系

不同超細(xì)粉煤灰替代率下砂漿的堆積密實(shí)度和比表面積如表7所示。結(jié)合圖5和表7可知，對(duì)于凈漿而言，降低水膠比使膠凝材料顆粒間的WFT減小，摩擦力增大，工作性變差。對(duì)于砂漿而言，降低水膠比使細(xì)骨料顆粒間的PFT減小，膜層黏度增大，細(xì)骨料間搭接面積增加，漿體的整體密實(shí)度提高，工作性變差；提高超細(xì)粉煤灰替代率使砂漿試驗(yàn)組的顆粒堆積密實(shí)度和顆粒比表面積增大，PFT變大，工作性提高。

表7 不同超細(xì)粉煤灰替代率下砂漿的堆積密實(shí)度和比表面積

由前期正交試驗(yàn)研究[16]可知，對(duì)WFT結(jié)果進(jìn)行極差與方差分析，得到三種變量對(duì)UHPC凈漿的工作性與流變性的影響程度(顯著性水平)：水膠比(77.5)>硅灰摻量(9.41)>超細(xì)粉煤灰替代率(0.43)，水膠比的影響顯著大于硅灰摻量和超細(xì)粉煤灰替代率的影響，且相同超細(xì)粉煤灰替代率條件下，UHPC凈漿的WFT-流動(dòng)度關(guān)系、WFT-黏度系數(shù)關(guān)系具有較強(qiáng)的相關(guān)性。對(duì)PFT結(jié)果進(jìn)行極差與方差分析(見表8)，得到三種變量對(duì)UHPC砂漿的工作性與流變性的影響程度(顯著性水平)：水膠比(315.07)>超細(xì)粉煤灰替代率(264.93)>硅灰摻量(14.42)，水膠比和超細(xì)粉煤灰替代率的影響顯著大于硅灰摻量的影響。可見水膠比是UHPC漿體的工作性與流變性的主要影響因素，同時(shí)，膠凝材料對(duì)凈漿和砂漿的影響程度存在差異，硅灰對(duì)凈漿的工作性與流變性的影響程度大于超細(xì)粉煤灰，而對(duì)砂漿的影響程度小于超細(xì)粉煤灰。

表8 正交試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算、極差及方差分析

2.2 流動(dòng)度、黏度系數(shù)及顆粒膜層厚度的結(jié)果分析

由2.1節(jié)的分析可知，單因素作用下，WFT和PFT的變化具有一定的相似性。前期正交試驗(yàn)研究中，同樣硅灰摻量的條件下，WFT-流動(dòng)度關(guān)系、WFT-黏度系數(shù)關(guān)系未表現(xiàn)出明顯的相關(guān)性。因而，本文選取了水膠比與超細(xì)粉煤灰替代率分析雙因素對(duì)凈漿的工作性與流變性的作用。結(jié)合表9 UHPC凈漿和砂漿的流動(dòng)度、黏度系數(shù)和顆粒膜層厚度值，分別以超細(xì)粉煤灰替代率、水膠比為橫、縱坐標(biāo)繪制等流動(dòng)度線圖、等黏度系數(shù)線圖以及相應(yīng)的等顆粒膜層厚度線圖(圖6～圖9)，分析雙因素共同作用下UHPC漿體的流動(dòng)度與黏度系數(shù)的變化趨勢(shì)、凈漿與砂漿的顆粒膜層厚度的變化差異和利用顆粒膜層厚度定性評(píng)估漿體的工作性與流變性。

表9 UHPC凈漿和砂漿的流動(dòng)度、黏度系數(shù)和顆粒膜層厚度

由圖6和圖8分析凈漿的流動(dòng)度和黏度系數(shù)的變化趨勢(shì)可知，提高水膠比和超細(xì)粉煤灰替代率，UHPC凈漿的流動(dòng)度變大，等流動(dòng)度線變稀疏，說明流動(dòng)度增速逐漸變緩；黏度系數(shù)變小，等黏度系數(shù)線變稀疏，說明黏度系數(shù)下降逐漸變緩。由圖7和圖9分析砂漿的流動(dòng)度和黏度系數(shù)的變化趨可知，提高水膠比和超細(xì)粉煤灰替代率，UHPC砂漿的流動(dòng)度變大，等流動(dòng)度線疏密程度則基本不變，說明流動(dòng)度增速不變；黏度系數(shù)變小，等黏度系數(shù)線疏密程度基本不變，說明黏度系數(shù)降速基本不變?？梢娫谒z比和超細(xì)粉煤灰替代率的共同作用下，漿體的流動(dòng)度和黏度系數(shù)變化趨勢(shì)相同。

由圖6和圖7分析雙因素作用下WFT和PFT的變化差異。由圖6可知，水膠比為0.16～0.18且超細(xì)粉煤灰替代率為0%～20%時(shí)，同時(shí)提高水膠比和超細(xì)粉煤灰替代率使WFT增大，等WFT線的疏密程度基本一致，WFT增速不變；超細(xì)粉煤灰替代率由0%增加到20%時(shí)，等WFT線由密變疏，WFT的變化受水膠比的影響逐漸減小，超過20%后等WFT線由疏變密，WFT的變化受水膠比的影響逐漸增大。超細(xì)粉煤灰顆粒具有“滾珠效應(yīng)”，其摻量增加使膠凝材料顆粒間的摩擦力減小，流動(dòng)度提高；隨著超細(xì)粉煤灰替代率的增加，尤其是超過20%后，“滾珠效應(yīng)”減弱，膠凝材料顆粒比表面積增大，更容易與水發(fā)生絮凝現(xiàn)象，主導(dǎo)影響因素由超細(xì)粉煤灰變?yōu)樗z比。由圖7可知，等PFT線大致呈45°斜線，水膠比和超細(xì)粉煤灰替代率同時(shí)發(fā)生單位變化，PFT也發(fā)生單位變化。PFT是富余的凈漿黏附在細(xì)骨料表面形成的膜層，與凈漿組分及其富余量直接相關(guān)，雙因素共同作用下未存在明顯的主導(dǎo)影響因素，PFT受雙因素共同作用的影響相比WFT受雙因素共同作用的影響更顯著。

圖6 水膠比和超細(xì)粉煤灰替代率的共同作用對(duì)UHPC凈漿的流動(dòng)度和WFT的影響

圖7 水膠比和超細(xì)粉煤灰替代率的共同作用對(duì)UHPC砂漿的流動(dòng)度和PFT的影響

利用WFT、PFT可以分別評(píng)估凈漿、砂漿的工作性與流變性的變化范圍。如圖6所示，在正交試驗(yàn)選取的變化水平范圍內(nèi)，對(duì)于某凈漿配合比，根據(jù)1.3.4節(jié)和1.3.6節(jié)內(nèi)容可計(jì)算相應(yīng)的WFT，再結(jié)合該配合比的水膠比-超細(xì)粉煤灰替代率配比，可以給出凈漿的流動(dòng)度(工作性)的大致范圍；圖8可以給出UHPC凈漿的黏度系數(shù)(流變性)的變化范圍。如圖7所示，在正交試驗(yàn)選取的變化水平范圍內(nèi)，計(jì)算出某砂漿配合比相應(yīng)的PFT，再結(jié)合該配合比的水膠比-超細(xì)粉煤灰替代率配比，可以給出砂漿的流動(dòng)度(工作性)的大致范圍；同樣的，圖9也可以給出新拌砂漿的黏度系數(shù)(流變性)的變化范圍。

圖8 水膠比和超細(xì)粉煤灰替代率的共同作用對(duì)UHPC凈漿的黏度系數(shù)和WFT的影響

圖9 水膠比和超細(xì)粉煤灰替代率的共同作用對(duì)UHPC砂漿的黏度系數(shù)和PFT的影響

2.3 WFT與PFT的關(guān)系分析

凈漿的WFT與砂漿的PFT的關(guān)系如圖10所示。由圖可知，在正交試驗(yàn)選取的變化水平范圍內(nèi)，WFT與PFT成正相關(guān)。同樣超細(xì)粉煤灰替代率條件下，隨著水膠比的增加，凈漿的WFT和具有相同凈漿配比的砂漿的PFT均增加；隨著超細(xì)粉煤灰替代率的變化，WFT與PFT的線性關(guān)系發(fā)生了顯著變化。可見水膠比和超細(xì)粉煤灰摻量的變化均會(huì)明顯影響漿體的工作性和流變性，同時(shí)超細(xì)粉煤摻量的變化還會(huì)明顯影響WFT-PFT關(guān)系，而水膠比的變化對(duì)WFT-PFT關(guān)系產(chǎn)生的影響不具有規(guī)律性，調(diào)整工作性或探討凈漿和砂漿的工作性關(guān)系時(shí)應(yīng)考慮超細(xì)粉煤灰摻量的影響。由于本節(jié)主要探討凈漿與砂漿的工作性關(guān)系(WFT-PFT關(guān)系)，故僅分析在不同超細(xì)粉煤灰替代率條件下WFT-PFT關(guān)系。當(dāng)超細(xì)粉煤灰替代率由0%變?yōu)?0%時(shí)，兩者間的線性關(guān)系式的斜率增大，當(dāng)超細(xì)粉煤灰替代率由20%變?yōu)?0%時(shí)，兩者間的線性關(guān)系式的斜率減小，說明具有同樣的WFT增幅的情況下，替代率為20%的PFT增幅大于替代率為0%和40%的PFT增幅。對(duì)于砂漿而言，WFT增加提高了凈漿工作性，該凈漿部分用于填充細(xì)骨料之間的空隙，其余則用于包裹潤滑細(xì)骨料形成PFT，因而砂漿工作性的提高與凈漿工作性的提高和PFT的增加均相關(guān)。結(jié)合2.2節(jié)和本節(jié)的分析可知，超細(xì)粉煤灰替代率為20%時(shí)，凈漿和砂漿均具有較佳的工作性。

圖10 不同超細(xì)粉煤灰替代率和水膠比下PFT與WFT的關(guān)系

2.4 砂漿的流動(dòng)度和黏度系數(shù)與PFT的關(guān)系分析

UHPC砂漿的工作性和流變性與其PFT的關(guān)系如圖11所示。在正交試驗(yàn)選取的變化水平范圍內(nèi)，UHPC的流動(dòng)度與其PFT成正比(圖11(a))，砂漿組No.8、No.9的PFT分別為81.1 μm、84.8 μm，流動(dòng)度均超出跳桌量程(300 mm)，無法獲得具體數(shù)值；UHPC的黏度系數(shù)與其PFT負(fù)相關(guān)(圖11(b))，當(dāng)PFT小于75 μm時(shí)，UHPC砂漿將非常黏稠，可能超出儀器可測(cè)量范圍。因此，PFT增厚，可減小UHPC砂漿的黏度系數(shù)，提高其流動(dòng)性。根據(jù)圖11的結(jié)果，得到基于PFT建立的UHPC砂漿的流動(dòng)度-黏度系數(shù)的關(guān)系式(公式(12))；根據(jù)砂漿No.3～No.7的流動(dòng)度和黏度系數(shù)結(jié)果直接擬合得到關(guān)系式(公式(13))。將基于PFT建立的關(guān)系式(公式(12))與根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果直接擬合的關(guān)系式(公式(13))進(jìn)行對(duì)比(見圖12)，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)關(guān)系式的變化趨勢(shì)是較為一致的，說明基于顆粒表面膜層厚度建立UHPC的工作性與流變性的關(guān)系模型的研究思路是可行的，能為后期研究提供參考。

圖11 UHPC砂漿工作性與流變性和PFT的關(guān)系

圖12 UHPC砂漿的流動(dòng)度和黏度系數(shù)的擬合關(guān)系式對(duì)比

y=9.85×10-3x2-6.3x+1 013.26

(12)

y=1.82×10-2x2-10.85x+1 633.62

(13)

3 結(jié) 論

(1)以顆粒表面膜層厚度為新拌漿體的工作性的綜合衡量指標(biāo)，水膠比是UHPC漿體的工作性與流變性的主要影響因素；水膠比、超細(xì)粉煤灰替代率和硅灰摻量提高都造成新拌漿體的顆粒表面膜層厚度增大。

(2)在水膠比和超細(xì)粉煤灰替代率的雙因素共同作用下，漿體的流動(dòng)度和黏度系數(shù)變化趨勢(shì)相同，WFT和PFT的變化存在差異，PFT受雙因素共同作用的影響比WFT更顯著。

(3)在正交試驗(yàn)選取的變化水平范圍內(nèi)，WFT與PFT成正相關(guān)。相同超細(xì)粉煤灰替代率條件下，隨著水膠比的增加，WFT和具有相同凈漿配比的PFT均增加；超細(xì)粉煤灰替代率變化使WFT-PFT關(guān)系發(fā)生變化。