低强度自密实混凝土

低强度自密实混凝土（精选5篇）

低强度自密实混凝土 篇1

1. 引言

自密实混凝土(SCC)也称免振捣或自流平混凝土,是高性能混凝土的一个分支,完全依靠自重就可以通过一定密度的钢筋,填充满模板的各个角落。近年来,因其优越的性能和日趋提高的性价比,使其在工程中得到越来越广泛的应用。但自密实混凝土的收缩率较大,在一定程度上也限制了它的应用和发展。

混凝土的收缩在不同阶段有不同的收缩类型,其中最主要的是干燥收缩和自收缩,干燥收缩和自收缩都和混凝土中的含水状态和混凝土内部的孔隙结构有关。普通混凝土的总收缩中以干燥收缩为主,自收缩在总收缩中所占的比例较小,因此,对普通混凝土干燥收缩的测试就基本上反映了混凝土的整体收缩性能;而对于免振捣自密实混凝土则不同,自收缩在混凝土的总收缩中所占比重较大,且主要发生在早期。要降低水泥石的收缩,可以通过吸附一界面张力机理来改变外加剂在水泥颗粒界面的吸附形态,降低水泥内部孔隙溶液的表面张力和凝胶颗粒界面张力,来改善水泥石孔隙结构和降低毛细管张力,从而达到减缩、抗裂的目的。

当混凝土处于自由状态,混凝土因各种原因引起收缩不会引起不良后果,但实际上,混凝土结构由于基础、钢筋或相邻部分的牵制而处于不同程度的约束状态,混凝土收缩因受到约束会引起拉应力,况且混凝土的抗拉强度不高,因而混凝土收缩容易引起混凝土开裂。

对于承重混凝土结构,裂缝可能会影响承载能力,进而影响建筑物安全以及使用寿命;对于挡水建筑物,裂缝可能引起渗漏、影响结构应力状态,水分通过裂缝侵入混凝土中,容易引起钢筋锈蚀和可溶性侵蚀,以及加速冻融破坏,甚至危及建筑物的安全,引起一系列危害。

因此,如何减小收缩,提高抗裂性,了解自密实混凝土(SCC)和普通混凝土的收缩差异,对扩大其应用范围,有着重要的现实意义。本文选取强度等级为C20的自密实混凝土(SCC)和普通混凝土(PT)各一组,进行混凝土收缩的对比试验。

2. 试验过程

2.1 试验方案

本文选取强度等级为C20的自密实混凝土(SCC)和普通混凝土(PT)各一组,进行混凝土收缩的对比试验研究。

注:蔡系掺量1.1%,增稠剂掺量0.09%,葡萄糖酸钠掺量0.07%

2.2 试验设备

混凝土收缩仪:测量标距为540mm,装有精度为0.01mm的百分表。

2.3 试验依据

按照GBJ82一85《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》进行。

2.4 收缩值计算

εst—试验期为t天的混凝土收缩值,t从测定初始一长度时算起;

Lb—试件的测量标距,用混凝土收缩仪测定时,应等于两测头内侧的距离,即等于混凝土试件的长度(不计头凸出部分)减去2倍测头埋入深度(mm);

L0—试件长度的初始读数(mm);

Lt一试件在试验期为t时测得的长度读数(mm)。

2.5 试验结果

注:由于测试试件收缩初期,仪器使用有误,读数出现很大波动,故将7d的读数作废。表3中“一”表示数据作废,未进行收缩率的计算。

2.6 结果分析

由表3可知,自密实混凝土的收缩比同强度等级、相同水泥、相同集料的普通混凝土的收缩大,收缩率达到普通混凝土的2倍多。

本试验中,lm3自密实混凝土中的胶凝材料用量为445kg,而普通混凝土则为330kg。且自密实混凝土的浆骨比较大,自密实混凝土为0.27,普通混凝土为0.17。一般来说,掺用化学外加剂都会使混凝土收缩有不同程度的增大。Ravindra K.Dhir等人的研究结果表明,减水剂会导致混凝土收缩值平均增加11%左右。本试验中,自密实混凝土的收缩率达到普通混凝土的2倍多。这种差别可能与试验时采用不同的减水剂有关。本试验中,粉煤灰掺量为35%。有试验表明,以粉煤灰替代水泥,低掺量时,会增大混凝土所有龄期干燥收缩。由此可见,与振实普通混凝土相比,自密实混凝土为了获得高流动性,胶凝材料用量较大,浆骨比也较大,又由于掺入了粉煤灰和高效减水剂,混凝土收缩比普通混凝土严重。

3. 改进措施

低水胶比的自密实混凝土的收缩变形,由于开裂趋势增大,已引起普遍关注。从混凝上的收缩机理与影响因素可知,降低混凝土收缩的措施包括几个方面:

1)应用减缩剂。减缩剂通常为表面活性剂,其可降低水表面张力及凹液面的接触角,因而降低了自干燥产生的应力。减缩剂同样可以降低混凝上因干燥产生的收缩。

2)掺用膨胀剂。普通混凝土中掺入适量膨胀剂可配制成膨胀混凝土(补偿收缩混凝土)。它在养护期能产生适度体积膨胀,在钢筋和邻位约束情况下能对钢筋产生一定的拉应力(或称自应力)。由于自应力的导入改变了混凝土的应力状态,使它能大致抵消因混凝土干缩产生的拉应力,从而达到补偿收缩,提高混凝土抗裂防渗性能。

3)早期养护对减小高性能混凝土的自收缩非常有用,是掺有膨胀剂混凝土的收缩有效得到补偿的必要条件,早期水养护不仅影响混凝上的自收缩,同样影响混凝上的力学性能与耐久性。充分的水养护对保证水分渗透是有益的。

4)从材料角度出发。选用低CAA和C4AF、高CZS的水泥可以降低自收缩。

参考文献

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低强度自密实混凝土 篇2

自密实混凝土 (Self-compacting concrete, 简称SCC) 是HPC一个重要组成部分和发展方向。它通过胶结材料、粗细骨料、外加剂的选择进行配合比的优化设计, 使混凝土拌合。物屈服值减小且又具有足够的塑性粘度, 粗细骨料能够悬浮于水中不离析、不泌水, 在不用或基本不用振捣的成型条件下, 能充分填充所有空隙, 形成密实而均匀的混凝土结构。它可以大量掺用粉煤灰、磨细矿渣等工业废料进行配制, 有利于生态环境的保护;特别是在施工时可以在自重的作用下, 自动进入钢筋密集或者狭窄复杂的断面而几乎无噪音地密实流平。所以, 自密实混凝土又是一种绿色的新型高性能结构材料。鉴于SCC的“绿色”属性, 它自然成了新世纪土木工程领域备受瞩目的研究方向之一。

2 本研究课题的提出

2.1 在房建工程中的应用。

我国大部分城市均采用砖混结构来构建房屋。而混凝土为房建工程的主要承重结构。现行《混凝士小型空心砌块灌孔混凝土》标准中规定, 承重砌块灌孔或芯柱混凝土浇筑时, 每浇筑400~500mm必须振捣密实后, 才能继续浇筑。由于砌块砌体结构中混凝土柱及圈粱等的数量众多, 用普通混凝土不仅工作量大, 更重要的是振捣时必将造成芯柱周围及圈梁下新砌砌块的位移, 从而引起砌块灰缝的开裂。浇筑时有部分漏振导致的构造柱中空或未填实, 楼板浇筑完成后开裂较严重。而自密实混凝土不需机械振捣, 仅依靠自重即能使混凝土密实。因此, 本研究课题提出利用自密实混凝土的诸多优点来研究出低强度, 即适用于房建工程的强度为C25或C30等的自密实混凝土, 来改善改进房建工程中遇到的混凝土施工问题。

2.2 改善后可取得的效果。

由于在混凝土工程上采用自密实混凝土技术可以取得以下主要的技术经济效果:2.2.1可以提高混凝土工程的质量。在不少混凝土工程上, 往往遇到钢筋密集、结构的截面比较复杂, 而使有些间隙过于狭窄等情况, 采用传统的振动密实的施工方法, 有时因混凝土难以通过而不能保证工程质量, 或在操作上稍有疏忽就会使工程结构中的混凝土出现不应有的缺陷, 从而降低了工程的耐久性或安全性。2.2.2可以改善混凝土工程的施工环境, 减少噪音对环境的污染。传统的混凝土振动密实施工工艺。无论是采用表面振动器、插入式振动器或是附着式振动器, 都会产生很强的噪音, 不仅影响了工程附近的周围环境, 也往往给混凝土施工人员带来了职业病。所以, 针对上述传统的混凝土振动密实施工工艺所存在的问题, 自密实混凝土都可以得到比较圆满的解决。因此, 对于这种新材料在建筑上的研究和应用已在世界范围内逐步形成了一股趋势。

2.3 研究意义。

总结国内外的相关资料, 由于采用了自密实混凝土, 改善了捕工性能, 降低了混凝土在浇筑、振捣时所需的劳动力, 从而降低了造价, 提高了工效, 减少了劳动量并缩短了工期。随着中国西部的大开发, 道路桥梁、水工大坝、铁路设施等混凝土工程量迅速增加。这些工程都是在野外比较困难的条件下施工的, 工程进度的效率和连续性成了最为关键的问题。从以上自密实混凝土的优点和在国内外的发展、应用以及推广前景来看, 以及承重砌块结构在民用结构中的广泛应用, 低强度自密实混凝土的研究不仅具有较高的学术价值, 而且具有很好的应用前景。

3 所用原材料及最优配合比

3.1 原材料。

3.1.1胶凝材料———水泥。除要求温度很低的大体积自密实混凝十需要选用中热或低热水泥外, 硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥都可选用, 应考虑与所有高效减水剂的相容性。使用时要求水泥品种和来源应相对稳定。选择硅酸盐水泥效果比较好。3.1.2辅助胶凝材料——矿物掺合料。粉煤灰是自密实混凝土最常用的活性掺合料, 具有“活性效应”“界面效应”“微填充效应”和“减水效应”。在自密实混凝土中, 要求充分发挥这些效应, 一是要求活性掺合料的颗粒与水泥颗粒在微观上应形成级配体系;二是球形玻璃体含量要求高, 因为球形玻璃体掺合料的减水效应显著, 需水量比可大大降低。3.1.3骨料。骨料的粒形、尺寸和级配对自密实混凝土拌合物的施工性, 尤其是对拌台物的间隙通过性影响很大。粗骨料的最大粒径, 当使用卵石时为25mm, 使用碎石时为20mm, 间隙狭小的部位用5mm, 且要用连续级配的粗集料。鉴于本地区特征, 工程中所用为5-20mm连续级配的碎石。3.1.4外加剂。即使所设计的混凝土强度等级不高, 但也要用高效减水剂 (如果为泵送时, 需加入一定量的泵送剂) , 对高流动混凝土外加剂性能的要求为;有优质的流化性能;保持拌合物流动性的性能、合适的凝结时间与泌水率、良好的泵送性:对硬化混凝土力学性质、干缩和徐变无坏影响;耐久性 (抗冻、抗渗、抗碳化、抗盐浸) 好。本设计可采用萘系高效减水剂。由于自密实混凝土较容易离析, 因此设计中需加入一定量的增稠剂。

注:其中增稠剂与萘系减水剂含量为总体积的百分含量;粉煤灰掺量为水泥体积的百分含量。

3.2 配合比设计。

自密实混凝土的配合比设计方法大体分为两种:全计算法和固定砂石体积含量法;由于本设计只针对工程中出现的问题进行改进改善, 因此具体方法及计算步骤请读者查阅有关资料, 本文中只给出强度为C25最优配合比, 敬请见谅。

3.3 与普通混凝土在同强度等级下的对比。

对比发现自密实混凝土的材料使用水泥可节省40%, 需要用同等体积的粉煤灰来替代, 而粉煤灰市场价格较普通硅酸盐水泥便宜很多;水可节省20%;而外加剂的使用导致了自密实混凝土造价偏高, 市场价为2000元/m3。这样计算下来, 自密实混凝土的使用会比普通混凝土价格要便宜些。

4 设计及在工程中应用的优缺点

优点: (1) 粉煤灰的市场价格相对于水泥而言要经济很多; (2) 使用了萘系高效减水剂可节省水资源近20%; (3) 节省大批劳动力, 仅需2~3人施工即可; (4) 可改善混凝土浇筑过程中的漏振、混凝土未填实等现象; (5) 是浇筑完成后的混凝土表面平整度提高, 减少了绝大部分裂痕; (6) 降低了噪音污染。

缺点: (1) 对于自密实混凝土的配比技术要求稍高; (2) 所需混凝土浇筑带处木模间的间隙不能太大, 需用胶带贴实, 以防漏浆。

因此, 使用自密实混凝土可以解决房建工程中的一系列质量问题, 而且较为经济, 节省了大部分人力物力, 改善了施工环境。

参考文献

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低强度自密实混凝土 篇3

关键词：活性粉末混凝土,自密实混凝土,高效减水剂,钢纤维

0前言

活性粉末混凝土(RPC)是一种超高强、高韧性、低孔隙率以及耐久性和体积稳定性良好的超高性能水泥基复合材料混凝土,主要由水泥、石英砂、石英粉、硅灰、钢纤维和高效减水剂组成,根据密实堆积原理将粗骨料剔除,通过提高组分的细度与活性,使材料内部的缺陷(孔隙与微裂缝)减小到最少,采用适当的成型和养护工艺制成[1,2,3]。然而,RPC的高成本和施工复杂性影响了它在实际工程中的应用。虽然通过调整配比能够提高RPC的流动性,包括降低其屈服应力,但仍需借助振动、加压、手动辅助等成型方式来达到密实要求。这不仅消耗了大量的人力和物力,同时容易造成因振捣不充分而出现蜂窝、孔洞等缺陷,影响建筑物的质量。一些工程位于居住区,振捣噪音污染严重,这些都对混凝土提出了免振捣自密实的要求[4,5,6]。如果RPC能够达到自密实,则会大大简化生产工艺,并对生产薄壁制品、细长构件和其它新型结构形式的构件提供广阔的应用前景。基于以上目的,在RPC的基础上本文拟通过对自密实活性粉末混凝土强度的影响因素进行研究,以获得制备高流动度自密实活性粉末混凝土的技术。

1 试验部分

1.1 原材料

水泥:(1)四川江油双马水泥厂的双马42.5R普通硅酸盐水泥A;(2)球磨熟料60 min,自配52.5普通硅酸盐水泥B。

硅灰:埃肯国际贸易上海有限公司JH92OU灰白色非凝聚态硅灰,SiO2含量92.25%,比表面积约200 cm2/kg。

粉煤灰:江油巴蜀火电厂产,粉煤灰A为Ⅰ级粉煤灰;粉煤灰B为Ⅰ级粉煤灰经振动磨粉磨40 min;粉煤灰C为Ⅰ级粉煤灰经振动磨粉磨60 min;粉煤灰D为Ⅰ级粉煤灰经振动磨粉磨80 min。

石英粉:平均粒径19.74μm。

石英砂:绵阳市某石英砂厂细石英砂,用自来水清洗晒干,粒径0.08～0.63 mm。

减水剂:(1)KS-JS50型聚羧酸高性能减水剂(固含量50%),市售。附消泡剂,掺量为减水剂固体掺量的0.1%;(2)KS-20萘系减水剂,褐色粉末,市售;(3)GRN-PC80型聚羧酸盐高性能减水剂,黄色粉末,市售。

钢纤维:天津市贝瑞克丝钢纤维厂产,表面镀铜微丝型,规格0.2 mm×14 mm的钢纤维A(长径比为70)和0.2 mm×6mm的钢纤维B(长径比为30),抗拉强度不小于1000 MPa。

各粉体材料的粒径分布见表1。

1.2 试样制备及性能测试

1.2.1 搅拌方式

采用JJ-5型水泥胶砂搅拌机,手动控制搅拌时间,将水泥、硅灰、粉煤灰、石英粉、石英砂倒入搅拌锅内,干拌3 min;先加入1/2水、全部减水剂和消泡剂,搅拌3 min;再加入剩余的水,搅拌3 min;若掺入钢纤维,则最后加入钢纤维再搅拌3min。

1.2.2 坍落扩展度测试

用坍落扩展度来评价RPC的流动性。试验参照GB2419—2005《水泥胶砂流动度测定方法》,不开启跳桌,拌合物依靠自身重力流动并密实,控制时间在25～30 s内迅速读出数据。

1.2.3 试件成型及强度测试

将拌合物浇注于40 mm×40 mm×160 mm的三联模里,试件成型后移入养护室养护24 h后拆模,在(20±2)℃的水中标养至规定龄期。试件抗折、抗压强度的测试按GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》进行。

1.3 配合比参数的确定

为了得出最佳配合比,本研究采用正交试验,综合考虑q值、粉煤灰类型、粉煤灰取代硅灰率和水泥类型对RPC强度和坍落扩展度的影响。调整用水量控制坍落扩展度在250 mm左右,标养28 d,试验配合比和测试结果见表2。

2 结果与讨论

2.1 正交因素对RPC强度的影响(见图1、图2)

2.1.1 q值对RPC强度的影响

自密实活性粉末混凝土技术中剔除了粗骨料,只加入了细骨料。为了达到最紧密填充,并且达到自密实,其配合比相当重要。根据Andreasen连续堆积理论相关资料和经验可知,调节q值可使填充体拥有最紧密填充,并能流动起来[7,8,9,10]。

由图1、图2可知,RPC强度随q值减小显著增大,其中q值为0.22和0.25时强度相差不大。但随着q值降低,胶凝材料用量会增加,这样会使成本提高,并且水泥水化放热量增多还会导致结构开裂等危害。拌合过程中发现,当q值为0.25时拌合物流动性很好、不黏连、不泌水。从表2可以看出,q值为0.25时强度也较高。综合考虑经济性和工作性,q值以0.25较为合适。

2.1.2 粉煤灰取代硅灰率对RPC强度的影响

从表1可以看出,最紧密堆积中要求小于5μm的颗粒含量达到36.84%,而我们测得的水泥粉体中这部分颗粒只有25.46%。本研究选用粒径比水泥更小的硅灰和超细粉煤灰来填充。

由图1、图2可知,粉煤灰取代率为0时硅灰用量最大,硅灰除了填充空隙和发挥活性作用外还会有剩余,这样反而导致需水量加大,浆体黏度大、密实性不够、强度并不是最高。相反,如果取代率过高,粉煤灰的粒径并不能满足填充超细空隙的作用,而且活性比较低对早期强度不利。取代率为20%和40%时强度相差不大,考虑经济性,粉煤灰取代硅灰率为40%较适宜。

2.1.3 水泥和粉煤灰类型对RPC强度的影响

在配制RPC时,选择水泥的首要条件就是与高效减水剂相匹配;其次要求水泥的化学成份中C3A含量低;再次是水泥颗粒不宜太细。

由图1、图2可知,自制52.5普通硅酸盐水泥的强度均高于双马42.5R普通硅酸盐水泥,说明选用高标号的水泥更有利于RPC强度的发展。掺加粉煤灰B和粉煤灰C的强度值要高于掺加粉煤灰A和粉煤灰D的。拌合过程发现,在相同条件下,掺加细度小的粉煤灰A的拌和时间要比掺其它3种粉煤灰的时间长一些才能呈现浆体状态,并且拌合物干硬不易成型。但增加细度,粉磨的时间就要延长,这样不但增加能耗而且会破坏粉煤灰的球形结构,起不到滚珠减水作用,因此,宜选用平均粒径为6.893μm的粉煤灰B。

2.2 减水剂种类及掺量对RPC强度的影响

在前述试验基础上,综合考虑RPC的力学性能及经济性,发现C1为最优配合比。在C1配比的基础上按影响因素变化趋势做相应调整,调整后的新配比为:m(水泥)∶m(硅灰)m(粉煤灰)∶m(石英粉)∶m(石英砂)=1∶0.27∶0.2∶0.2∶1.13。选用文中所列的3种减水剂做对比试验,发现KS-20萘系高效减水剂不适合配制自密实混凝土,相同用水量时,无论何种掺量都形不成流态浆体,加大用水量后,浆体却黏而不流。在相同减水剂掺量的情况下,掺GRN-PC80型聚羧酸盐减水剂的浆体比掺KS-JS50型聚羧酸减水剂的用水量要多出15 mL才能达到相同扩展度,但抗压强度会降低10 MPa左右,并且还伴有缓凝现象。因此,KS-JS50型聚羧酸减水剂最适合本试验体系。

KS-JS50型聚羧酸减水剂掺量对RPC性能的影响分别见图3、图4。

从图3可明显看出,当减水剂掺量为胶凝材料质量的2.1%时,抗折和抗压强度均达最大值。由图4发现,随着减水剂掺量的增加,扩展度先增加后减小。原因是减水剂掺量超过了胶凝材料的饱和吸附量,随着减水剂掺量的增加以及在过饱和状态下吸附水量的增加,导致浆体中自由水量减少,浆体黏度增加,气泡增多,对扩展度和强度都产生不利影响。本试验中KS-JS50型聚羧酸减水剂最佳掺量为2.1%。

2.3 钢纤维种类和掺量对RPC强度的影响

按调整后的最优配比,选用2种规格的钢纤维,研究钢纤维的长径比及掺量对RPC强度的影响(见图5)。

由图5可知,随着钢纤维掺量增加,RPC的抗折、抗压强度均有不同程度的增长,其中掺钢纤维A的增长幅度远大于掺钢纤维B的,并且差距幅度随着钢纤维掺量的增加而增大。在掺量为3%时,掺钢纤维A的抗折、抗压强度分别比未掺钢纤维的提高了185%和27.7%,而掺钢纤维B的抗折、抗压强度仅提高了32.8%和6.9%,说明钢纤维A的增强效果明显优于钢纤维B。这是由于钢纤维B的长径比小,与基体之间的粘结强度较小,当受到外界破坏力时纤维很容易被拔出。用50%钢纤维A和50%钢纤维B复掺,结果优于单掺钢纤维B而次于单掺钢纤维A。由此可知,选择钢纤维时应选用长径比相对较大的,以保证钢纤维和RPC基体之间具备足够的粘结力和握裹力。由于钢纤维的存在,发生破坏时其承载能力并不立即消失,而是缓慢下降,荷载-位移曲线下包络的面积较大,断裂能、断裂韧性、裂缝张开位移和挠度大大提高,材料呈现出较好的延性。在成型过程中发现,钢纤维掺量对用水量和流动度的影响并不明显,可能是本研究选用的是表面镀铜微丝钢纤维表面几乎不吸水以及掺量少的原因。但提高钢纤维掺量会使成型困难,同时造价也会相应提高。综合考虑工作性及经济性,宜选用钢纤维A,体积掺量为2%～3%。

2.4 XRD物相分析

通过XRD分析判断试样矿相组成及胶凝材料水化进程情况(见图6)。其中1#为纯水泥标养7 d的试样、2#为未掺减水剂标养7 d的RPC试样、3#为掺加减水剂标养7 d的RPC试样、4#为掺加减水剂标养28 d的RPC试样。

由图6可见,各试样的水化产物种类基本相同,随水化龄期延长,水泥熟料的衍射峰峰值基本不变,这说明早期急剧的水化反应生成的大量水化产物覆盖在未水化的水泥熟料颗粒表面,阻碍其继续水化[11]。比较1#和2#试样发现,2#试样中的Ca(OH)2的衍射峰峰值比1#明显降低,这是由于RPC中的硅灰等活性掺合料二次水化反应消耗了液相中的Ca(OH)2;比较2#和3#发现,加入减水剂的3#试样的Ca(OH)2和AFt衍射峰峰值也有所降低,说明减水剂的加入能促进二次水化反应,消耗了Ca(OH)2,也造成了AFt的分解和微晶化,随着龄期的延长,体系环境变化,生成的水化产物越来越多,结晶相也发生了转化和微晶化,使硬化水泥浆体更加密实,从而使强度提高。

3 结论

(1)q值、减水剂和钢纤维的种类及掺量是影响RPC强度的主要因素。当q值为0.25、KS-JS50型聚羧酸减水剂掺量为胶凝材料质量的2.1%、钢纤维A体积掺量为3%时,可配制出性能优良的自密实活性粉末混凝土,最佳配合比为m(水泥)∶m(硅灰)∶m(粉煤灰)∶m(石英粉)∶m(石英砂)=1∶0.27∶0.2∶0.2∶1.13。

(2)KS-JS50型聚羧酸减水剂和本试验体系的相容性最好,当其掺量为胶凝材料质量的2.1%时,可配制出坍落扩展度在255 mm左右,标养28 d的抗折强度超20 MPa,抗压强度超140 MPa的自密实活性粉末混凝土。

(3)长径比为70的钢纤维A的增强效果明显优于长径比为30的钢纤维B,当钢纤维A体积掺量在3%以内,RPC的强度随钢纤维掺量的增加而明显提高。当钢纤维A体积掺量为3%,标养28 d时,RPC的抗折强度超50 MPa、抗压强度超190 MPa。

(4)XRD分析表明,加入减水剂和矿物掺合料能促进胶凝材料水化进程,由于早期急剧的水化反应生成的大量水化产物覆盖在未水化的水泥熟料颗粒表面,阻碍其继续水化,28d后试样中仍有大量未水化水泥熟料成分存在。

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低强度自密实混凝土 篇4

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

1)水泥:

冀东P·O 42.5,标准稠度用水量26.7%,28 d抗压强度为54.8 MPa,其余各项指标符合GB 175—2007要求;

2)砂:

Ⅱ区中砂,含泥量2.8%,细度模数2.64;

3)石子:

碎石,5～20 mm连续级配,其余各项指标符合JGJ 52—2006要求;

4)粉煤灰:

包头达旗电厂Ⅱ级灰;需水量比为99.3%,活性指数80.0%,其余指标符合GB 1596—2005要求;

5)矿渣粉:

包头宏伟公司S 75级矿渣粉;7 d活性指数58%,28 d活性指数77%,流动度比101%;其余指标符合GB 18046—2008要求;

6)膨胀剂:

硫铝酸钙类,28 d无收缩,其他指标符合GB 23439—2009;

7)减水剂:

聚羧酸减水剂产于包头钢鹿建材公司,减水率大于35.1%,萘系减水剂产于包头钢鹿建材公司,减水率大于25.0%,其余指标符合GB 8076—2008要求;

8)水:

普通自来水,符合JGJ 63—2006要求。

1.2 试验方法

自密实混凝土拌合物工作性能测定方法参考 GBJ 80—85《普通混凝土拌合物性能试验方法》和CECS 203—2006《自密实混凝土应用技术规程》进行。力学性能依据国家标准GB/T 50081—2002即《普通混凝土力学性能试验方法标准》中相关规定进行试验。

混凝土弹性模量和抗折试验的试件尺寸为100 mm×100 mm×400 mm。

2 配合比设计

利用双掺技术改善拌合物流动性能及混凝土后期强度,利用高效减水剂改善新拌混凝土的工作性能并降低水胶比提高混凝土强度,选用优质骨料配置抗压强度50 MPa以上、坍落度达到240 mm以上、扩展度达到600 mm以上的混凝土。

通过前期试验室调配以及后期的调整,最终得到如表1所示的配比。

根据表2的数据,配制的自密实混凝土的排碳量计算为88.136 kg/m3,而同强度等级的普通自密实混凝土排碳量177.967 kg/m3,比普通自密实混凝土明显降低,是普通自密实混凝土的49.52%。

该文研制的低碳低水泥用量自密实混凝土水泥用量仅为180 kg/m3,与普通自密实混凝土的370 kg/m3相比,水泥用量减少190 kg/m3,按照水泥价格360元/t,可节约成本68.4元/m3。

3 性能测试及分析

3.1 新拌混凝土性能测试结果及分析

普通自密实混凝土与低碳低水泥用量自密实混凝土的新拌混凝土性能试验结果如表3所示。

从表3的试验数据可以看出,使用较少胶凝材料所配置的低碳低水泥用量自密实混凝土的工作性能较好,该混凝土的坍落度较大,流动性较好,流动性损失小,60 min坍落度依然高达255 mm,扩展度650 mm,T50时间为4.2 s。普通自密实混凝土的初始流动性比低碳低水泥用量自密实混凝土稍好,但60 min后的流动性稍差,这主要是由于普通型自密实混凝土所用胶凝材料较高,水泥用量较高,水化较快引起的。总体来说,采用低碳低水泥用量配置的自密实混凝土的新拌性能与普通自密实混凝土基本相同。

3.2 混凝土硬化后性能试验结果及分析

普通自密实混凝土与低碳低水泥用量自密实混凝土硬化后性能试验结果如表4所示。

混凝土硬化后的力学性能试验结果如表4所示,从表4的试验结果可以看出:

1)与普通自密实混凝土相比,低碳低水泥用量自密实混凝土的早期抗压强度偏低,但56 d抗压强度达到62.5 MPa,超过了普通自密实混凝土的抗压强度。

2)低碳低水泥用量自密实混凝土28 d的静弹性模量比普通自密实混凝土稍高。弹性模量越大,混凝土发生一定弹性变形所需的应力也越大,即在一定应力作用下,发生弹性变形越小。

3)用低碳低水泥用量配置的自密实混凝土28 d抗折强度高于普通自密实混凝土抗折强度。一般混凝土抗折强度越高,混凝土的质量越好,混凝土耐久性越好。

低碳低水泥用量自密实混凝土比普通自密实混凝土节约胶凝材料约190 kg/m3,大大降低了混凝土生产成本。此外,这对减少混凝土的干燥收缩、提高抗裂性能有很大促进作用。粉煤灰与矿渣粉双掺可以改善拌合物的和易性,改善界面孔结构分布,增加界面间作用力,增加混凝土密实性,提高混凝土的强度及耐久性[6]。

4 结 论

该文对比了低碳低水泥用量自密实混凝土与普通自密实混凝土的性能,通过对新拌混凝土性能、硬化后性能的试验得出以下结论:

a.采用聚羧酸减水剂,双掺粉煤灰与矿渣粉,以180 kg/m3 的水泥用量,445 kg/m3的总胶凝材料用量配置的自密实混凝土排碳量仅为88.136 kg/m3,与同强度等级的普通自密实混凝土排碳量177.967 kg/m3相比明显降低。

b.用低水泥用量配制的自密实混凝土经济效益显著。

c.研制的低碳低水泥用量自密实混凝土和易性好、流动性保持性好,28 d强度可达到53.8 MPa,56 d可达到62.5 MPa,与普通高水泥用量自密实混凝土力学性能相当。

d.低碳低水泥用量自密实混凝土28 d静弹性模量和28 d抗折强度均高于普通自密实混凝土。

参考文献

[1]何小芳,张义顺.自密实高性能混凝土双掺技术的研究[J].焦作工学院学报,2004(6):483-486.

[2]朱敏涛,张雄.自密实混凝土的优化设计[J].混凝土,2006(8):56-60.

[3]潘书亮.粉煤灰自密实混凝土性能研究与应用[D].河北工程大学,2011.

[4]王灿坤.聚羧酸在自密实混凝土中的应用[J].商品混凝土,2012(3):48-50.

[5]刘猛,李百战,姚润明.水泥生产能耗内含碳排放量分析[J].重庆大学学报,2011,34(3):116-120.

低强度自密实混凝土 篇5

自密实补强材料具有自行流动、自行密实、早强等普通混凝土无法比拟的性能,使其在水利、工民建等混凝土工程的维修加固领域的优势非常明显,并得到广泛应用。但是,由于自密实材料高胶凝材料、高流动性等特征,不仅存在备受关注的自收缩问题,还普遍存在早期开裂问题。甚至,塑性开裂时间比常规混凝土还要早[1]。试验表明,通过掺入纤维的方式,材料的早期开裂现象可以得到很好地抑制,从而提高了材料的耐久性,保证了修补结构的质量。

作为补强材料,补强材料和旧结构的黏结强度也是很重要的一项性能。本文对掺入不同类型、不同长度、不同掺量纤维后的材料和旧混凝土的黏结强度进行了研究。

1 试验概况

1.1 原材料

水:生活用水;

水泥:普通硅酸盐42.5水泥;

砂:级配良好的石英砂,细度模数2.90;

矿物掺合料:硅粉;

外加剂:减水剂等;

纤维:PP纤维、PVA纤维。PP纤维长度为:3、6、10、12 mm;PVA纤维长度为:6 mm。

1.2 纤维自密实水泥基补强材料配合比

材料基准配合比中各原材料比例见表1,基准配合比为纤维自密实水泥基补强材料配合比去除纤维后的配合比。

基体材料为不含纤维的自密实水泥基补强材料。

在此配合比基础上,选择纤维掺量0.3、0.5、0.7、0.9 kg/m3进行了工作性能试验。通过试验发现,纤维掺量为0.9 kg/m3时,PVA纤维和各种长度的PP纤维对工作性能的影响较严重,已不能满足流动性要求。硅粉掺量(水泥质量百分比)大于1%时,严重影响拌合物的流动性。所以,本文选择硅粉掺量为1%,纤维掺量为0.3、0.5、0.7 kg/m3进行黏结试验。

1.3 试验方法

试验采用纤维自密实补强材料与混凝土圆孔壁的黏结抗剪,首先浇注150 mm×150 mm×150 mm的C50混凝土试件,浇注时试件中心预埋外径Ф50 mm的PVC管,待混凝土初凝后,转动PVC管以便于拆模,标养28 d后,拆除PVC管,向孔内灌入自密实补强材料,掺入不同长度、不同类型纤维的自密实补强材料按选择的试验掺量分别成型,基准材料按掺入硅粉和不掺硅粉分别成型,研究硅粉对黏结抗剪强度的影响。对成型试件按3个龄期分组,龄期分别为1 d、3 d和28 d,每组3个试件。全部试件完成后,至试验龄期,对孔内的补强材料施加竖向力,将补强材料顶出,求出黏结面上的抗剪强度。试验模型如图1所示,抗剪强度计算公式为:

$\tau =\frac{{\rm N}}{S}(1)$

式中:τ为自密实补强材料与孔壁的黏结抗剪强度;N为施加给砂浆的轴向力;S为补强材料与孔壁的接触面积。

2 试验结果及分析

黏结抗剪强度试验结果见表2。

2.1 硅粉对黏结抗剪强度的影响

硅粉和黏结抗剪强度的关系见图3。

由图3可以看出,加入硅粉后不同龄期黏结抗剪强度均高于不掺硅粉材料的黏结抗剪强度,1、3、28 d提高幅度分别为:28%、35%、27%。

掺入一定量的硅粉后,补强材料的黏结抗剪强度与不掺硅粉的补强材料相比有明显改善。原因主要有:

(1)硅粉的颗粒非常细,通常要小于水泥颗粒直径100倍。那么硅粉填充于水泥浆体的孔隙间,其效果如同水泥颗粒填充于骨料空隙之间一样,从微观尺度上增加了混凝土的密实度,提高了混凝土的强度,这就是硅粉的“填充效应”[2]。

水泥浆与骨料界面过渡区的硅粉,降低了砂浆或混凝土的泌水,防止水分在骨料下面聚集,使骨料界面过渡区与水泥净浆结构相似,从而提高了界面过渡区的密实度,有效减小了界面过渡区的厚度。

(2)在硅酸盐水泥水化过程中,水泥水化反应生成水化硅酸钙凝胶(C-S-H)、氢氧化钙(C-H)和钙矾石等水化产物。其中C-H对强度有不利影响。硅粉高度分散的SiO2组分能与C-H反应生成C-S-H凝胶,即火山灰效应[3]:

Ca(OH)2+SiO2+H2O→C-S-H (2)

硅粉接触拌合水后首先形成富硅的凝胶,并吸收水分;凝胶在未水化水泥颗粒之间聚集,逐渐包裹水泥颗粒;C-H与该富硅凝胶的表面反应产生C-S-H凝胶,这些来源于硅粉和C-H的C-S-H凝胶多生成于水泥水化的C-S-H凝胶孔隙之中,大大提高了结构密实度。同时,硅粉与C-H反应,C-H不断被消耗会加快水泥的水化速率,提高砂浆或混凝土的早期强度。

2.2 纤维对黏结抗剪强度的影响

纤维对黏结抗剪强度的影响见图4至图6。

由图4至图6可以看出,长度为3 mm和6 mm的PP纤维,随着纤维掺量的变化黏结抗剪强度无明显规律。加入长度为3 mm和6 mm的PP纤维后,其各龄期的黏结抗剪强度相比基体材料均有所下降, 3 mm PP纤维下降幅度比6 mm PP纤维要大。长度为3 mm的PP纤维掺量为0.5 kg/m3和0.7 kg/m3时,28 d黏结抗剪强度比基体材料分别下降了12.6%和2.6%。长度为6 mm的PP纤维掺量为0.5 kg/m3和0.7 kg/m3时,28 d黏结抗剪强度比基体材料分别下降了4.2%和1.8%。

由图4至图6可以看出,掺入长度为10 mm和12 mm的PP纤维后,与基体材料相比黏结抗剪强度并没有降低,总体上高于基体材料的黏结抗剪强度。长度为10 mm的PP纤维掺量为0.5 kg/m3和0.7 kg/m3时,28d黏结抗剪强度比基体材料分别提高了3.0%和8.2%。长度为12 mm的PP纤维掺量为0.5 kg/m3和0.7 kg/m3时,28d黏结抗剪强度比基体材料分别提高了3.2%和10.8%。

2.3 纤维类型对黏结抗剪强度的影响

纤维类型对黏结抗剪强度的影响见图7至图9。

由图7至图9可以看出,掺入PVA纤维后材料的黏结抗剪强度比掺入PP纤维的材料总体上有增大的趋势。掺量为0.3 kg/m3时,PVA纤维、PP纤维自密实补强材料的黏结抗剪强度基本上一致;掺量0.5 kg/m3和0.7 kg/m3时,PVA纤维自密实补强材料28 d黏结抗剪强度比PP纤维自密实补强材料提高了6.3%和10.0%。

由于要保证自密实补强材料的工作性,本次试验的纤维掺量范围较小,另外,纤维长度单一(6 mm),所以,纤维类型对黏结抗剪强度的影响有待进一步研究。

3 结 论

(1)纤维掺量为0.7 kg/m3时,拌合物可以满足工作性要求。大于0.7 kg/m3时,纤维的加入严重影响拌合物的工作性。

(2)硅粉掺量(水泥质量百分比)为1%时,既可以满足拌合物流动性,又有利于提高材料的黏结抗剪强度。加入掺量为1%的硅粉后不同龄期黏结抗剪强度均高于无硅粉的材料,1 d、3 d、28 d提高幅度分别为:28%、35%、27%。

(3)满足自密实补强材料流动性要求的掺量下,掺入长度为10 mm和12 mm的PP纤维有利于自密实补强材料的黏结抗剪强度。3 mm和6 mm的PP纤维降低材料的黏结抗剪强度。

(4)相同掺量、相同长度条件下,掺入PVA纤维后材料的黏结抗剪强度高于PP纤维。

摘要：研究了纤维长度、纤维掺量、纤维类型及硅粉对自密实水泥基补强材料黏结抗剪强度的影响。试验用纤维为:PP纤维和PVA纤维。PP纤维长度分别为:3、6、10、12mm。PVA纤维长度为6mm。纤维掺量为0.3、0.5、0.7kg/m3。试验结果表明:掺入3mm和6mm的PP纤维后,与基体材料相比黏结抗剪强度呈降低趋势。掺入10mm和12mm PP纤维后,与基体材料相比黏结抗剪强度呈增强趋势,掺入0.7kg/m3的长度为3mm和6mm的PP纤维后,28d黏结抗剪强度与基体材料相比,分别提高了8.2%和10.8%。相同长度、相同掺量时,掺入PVA纤维后,材料的黏结抗剪强度高于PP纤维。掺入硅粉可以提高补强材料的黏结抗剪强度,1、3、28d提高幅度分别为:28%、35%、27%。

关键词：PP纤维,PVA纤维,硅粉,自密实,黏结抗剪强度

参考文献

[1]Salah A.Altoubat and David A.Lange,Creep.Shrinkage,andCracking of Restrained Concrete at Early Age[J].ACI MaterialsJournal,2001,98(4):323-331.

[2]蒲心诚,严吴南,王冲.硅微粉对150MPa超高强流态混凝土的强度及流动性贡献[J].混凝土与水泥制品,2000,(1):12-15.