零坍落度混凝土工作性能評價研究

熊澤佳

（廣東交科檢測有限公司，廣東 廣州 510550）

0 引言

工程實踐表明，具有良好工作性的混凝土不僅易于施工，且在后期使用過程中，抗水侵蝕、抗酸堿腐蝕等耐久性能也較普通水泥混凝土更好。因此，國內外很多學者通過材料改進及施工工藝創(chuàng)新等方法，提高混凝土的工作性。當前，國內多采用低坍落度大型滑模攤鋪施工工藝。為適應滑模施工工藝，傅智[1]提出了新拌混凝土振動黏度系數這一動態(tài)指標，但仍不能完全解決麻面和塌邊的問題。

滑模攤鋪施工是指在不裝固定模的條件下，滑模攤鋪機自動振搗密實、自動抹面找平，使混凝土一體成型，大大提高混凝土的施工速度和施工質量。為達到上述效果，要求混凝土具有良好的黏聚性和流動性，否則難以振搗密實，會影響混凝土的使用性能[2]。

大型滑模攤鋪施工對混凝土本身的性能要求比較高，為適應混凝土路面滑模攤鋪施工，研制出了零坍落度混凝土。所謂零坍落度，是指配制出來的混凝土坍落度指標為0，由于在混凝土外加劑中添加引氣劑成分，在特定振搗頻率下，引氣劑會變成微米級小氣泡，提高混凝土的整體流動性，使混凝土具備較好的工作性能?；诖?，文章結合相關試驗，對零坍落度混凝土工作性能評價進行研究。

1 試驗原材料質量要求

試驗選用海螺牌P·O 42.5 水泥，4.75～26.5mm碎石，西江中砂。相關指標如表1、表2、表3 所示。外加劑采用萘系高效復合減水劑。

表1 水泥物理性能檢測結果

表2 粗集料檢測結果

表3 砂的檢測結果

2 檢測方法

2.1 出漿量檢測

混凝土液化指的是混凝在外來力的作用下，孔隙內部的水壓力逐漸增大，當壓力超過漿體自身的黏結力時，混凝土整體會由塑性體變?yōu)橐夯鲃訝顟B(tài)。此次檢測采用《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》（JTG 3420—2020）中《水泥混凝土拌合物振動出漿量及松鋪系數試驗方法》（T 0535—2020）條款進行測試，主要設備為振動出漿儀、維勃稠度儀容量筒。

檢測原理是在裝有16kg 混凝土的出漿量筒中，向混凝土表面施加11.45kg 的壓力，并在工作頻率為50Hz±3Hz，空載（含筒）振幅為0.5mm±0.1mm 的振動臺上振動20s，然后測量振動前后出漿量筒中混凝土的質量差值，作為評價混凝土在振動條件下液化情況的依據。具體步驟如下：

首先，均勻稱取16kg 新拌和混凝土m0，將其分兩次裝入出漿量筒內，并在每層均勻插搗25 下，用橡皮錘輕輕沿出漿量筒外壁敲打5～10 次，使混凝土處于密實狀態(tài)；其次，將裝有混凝土的出漿量筒放在振動臺上并固定，在混凝土表面施加規(guī)定的配重；最后，啟動振動臺，振動20s 后，用抹布擦干凈出漿量筒外壁流出的漿體，稱量剩余混凝土的重量m1，則出漿量值Mv=m0-m1，根據Mv 值大小確定混凝土的工作性能。

2.2 混凝土振動擴展度檢測

振動擴展度既能充分反映混凝土在振動作用下的液化情況，也能反映出混凝土的可流動性和黏聚性，是一種綜合評價混凝土工作性能的重要參數。研究發(fā)現，混凝土在振動臺上振動時間為20s 時是混凝土振動液化的“敏感期”，故此次試驗選擇振動時間為20s，以該方法測得的擴展度值作為評價混凝土振動液化性能的依據。試驗步驟如下：

第一，將新拌混凝土分三次裝入圓柱形試模中，每層插搗25 下，使混凝土處于密實狀態(tài)。

第二，稱量試模中混凝土的重量，根據試模的體積和混凝土的重量計算容重。

第三，將試樣在振動臺上脫模，振動20s 后，用鋼直尺分別量取兩個垂直方向的混凝土擴展直徑，當兩個測量值相差不超過5cm 時，取兩個測量值的平均值作為此次檢測的結果。

3 試驗方案

3.1 水膠比對混凝土性能影響分析

根據預定的混凝土水膠比（0.40、0.42、0.44、0.46），設計四個不同的試驗配合比。由于不同的砂率對混凝土性能影響極大，為確保檢測結果具有可比性，此次檢測采用相同砂率，通過控制液化劑的摻量保證混凝土的坍落度為零，混凝土每立方米配合比數據匯總如表4 所示。

表4 不同水膠比混凝土配合比

3.1.1 水膠比對混凝土出漿量性能的影響

對表4 中不同水膠比情況下的混凝土出漿量進行檢測，結果如圖1、圖2 所示。

圖1 混凝土出漿量對比

圖2 混凝土工作性對比

經過反復多次檢測以及考慮混凝土振動液化漿體富集程度，認為零坍落度混凝土出漿量大于1kg時，混凝土的振搗成型效果最佳，使混凝土具有良好的工作性和密實性。從圖1 可以看出，隨著水膠比增加，混凝土出漿量呈現先增加后減少的情況。其中水膠比小于0.42 時，由于混凝土內部水泥砂漿含量較少，出漿量均小于1kg，混凝土整體和易性較差，難以滿足施工要求。水膠比為0.44 時，出漿量達到最大值1.82kg。而當水膠比從0.44 增加到0.46 時，出漿量反而變少，主要是因為在確保坍落度為零的情況下，水膠比為0.44 時混凝土每立方米的外加劑用量更大。

3.1.2 水膠比對混凝土振動擴展度的影響

從圖2 可以看出，在相同砂率、不同水膠比的前提下，混凝土振動擴展度與維勃稠度之間存在明顯的負相關關系，隨著水膠比的增大，振動擴展度先增大后減小，而維勃稠度先減小后增大。其主要原因是：維勃稠度是用于檢驗混凝土振動液化性能的一個指標，是記錄混凝土在受到振動下，水泥砂漿填充表面玻璃板所需的時間。維勃稠度小，說明混凝土受到振動時液化性能較好，能夠快速液化。進行振動擴展度試驗時，混凝土維勃稠度逐漸減小，混凝土體會具備更好的擴展流動性，振動擴展度表現出逐漸增加趨勢。同時，從圖2 可以看到，混凝土水膠比為0.44 時，其振動擴展度出現峰值，表現出較好的混凝土液化性能。

3.1.3 水膠比對混凝土其他性能的影響

為驗證不同水膠比條件下混凝土的其他性能，同時成型多組試件進行混凝土抗壓抗折強度、耐磨耗性能和凍融循環(huán)試驗，結果如表5 所示。

表5 混凝土性能試驗對比

根據表5 可知，混凝土性能與水膠比之間存在一定關系，結合上述混凝土出漿量試驗結果，可以得出以下結論：具有較大出漿量的混凝土，由于施工和易性更好，成型后的混凝土體更加均勻和密實，能夠表現出更好的力學性能、耐磨耗及抗腐蝕性能。綜合對比四組不同配合比混凝土可以發(fā)現，在混凝土水膠比為0.44 時，其各方面的性能最佳。

3.2 砂率對混凝土性能影響分析

在配合比設計過程中砂率對混凝土性能有較大的影響，主要是因為細集料的比表面積關系到每立方米混凝土中水泥與水的用量。為了分析不同砂率對混凝土性能的影響程度，此次試驗采取單因素控制，在相同水膠比0.44 的基礎上，通過調整砂率的大小（30%、35%、40%、45%），得出不同砂率對混凝土性能的影響程度?；炷撩苛⒎矫着浜媳热绫? 所示。

表6 不同砂率下混凝土每立方米配合比

3.2.1 砂率對混凝土出漿量性能的影響

在水膠比相同的前提下，根據不同配合比分別進行拌和物性能檢測，檢測結果如圖3、圖4 所示。

圖4 混凝土工作性對比

從圖3 可以看出，當砂率為35%時，出漿量最小，為0.88kg；當砂率為40%時，出漿量最大，為1.92kg。檢測結果表明，在坍落度為零的前提下，砂率為40%時混凝土工作性最佳，混凝土的振動液化效果最理想。

3.2.2 砂率對混凝土振動擴展度的影響

從圖4 可以看出，在相同水膠比條件下，隨著混凝土砂率的變化，混凝土維勃稠度與振動擴展度之間也存在明顯的負相關，這一結果與水膠比對混凝土流動性的影響是類似的，證明將振動擴展度作為混凝土性能評價指標有一定的適用性。

3.2.3 砂率對混凝土其他性能的影響

為驗證不同砂率條件下混凝土的其他性能，同時成型多組試件進行混凝土抗壓抗折強度、耐磨耗性能和凍融循環(huán)試驗，結果如表7 所示。

表7 混凝土性能試驗對比

根據表7 可知，在固定水膠比條件下，混凝土性能與砂率之間存在一定的關系，結合上述混凝土出漿量試驗結果，可以得出以下結論：具有較大出漿量的混凝土，由于工作性更佳，成型后的混凝土體更加均勻和密實，能夠表現出更好的力學性能、耐磨耗及抗腐蝕性能。對比混凝土性能最差的配比5 與性能最佳的配比7 可以發(fā)現，其磨損量相差33.6%；剝落量相差32.5%。主要原因如下：當含砂率小于40%時，混凝土中粗細集料級配變差，集料之間的孔隙變多，混凝土中的細集料不足以填充其孔隙，使得混凝土內部不密實。

綜合對比以上8 組零坍落度混凝土性能可以發(fā)現，在混凝土水膠比為0.44，砂率為40%時，其各方面性能最佳。

4 結論

文章通過不同水灰比梯度試驗和不同砂率梯度試驗，并采用出漿量和振動擴展度等新的評價方法，對零坍落度混凝土性能進行探究，得到如下結論：

第一，隨著水灰比和砂率的增加，維勃稠度先減小后增加而振動擴展度先增加后減小。

第二，具有較大出漿量和振動擴展度的混凝土，由于施工和易性更優(yōu)良，成型后的混凝土體更加均勻和密實，在混凝土性能方面，能夠表現出更好的力學性能、耐磨耗及抗腐蝕性能。

第三，針對零坍落度混凝土，傳統的施工和易性評價方法可能已經不再適用，可參考文章所述的混凝土出漿量和振動擴展度等試驗方法對其進行評價。