随着信息化社会的发展, 资源多元化利用, 人口的日益增多, 有限的人类可利用资源变得更加珍贵, 为了满足人类的目前需要, 又要给子孙后代留条活路, 高性能混凝土必然成为建筑业未来发展的趋势。世界各大学派对高性能混凝土的定义都有各自的侧重点, 欧洲学派强调的是低水胶比条件下高强度, 高耐久性的特点, 日本学派强调的是良好的工作性能, 我国学者则从发展的角度强调可持续发展与工业化生产。总之, 高性能混凝土是一种高强度、高耐久性、高流动性、环保型、集约型的绿色混凝土已经被世界公认。本文通过天津市某工程的实际需要, 研究并设计出一种顺应社会发展需要, 又满足设计要求的C80高性能自密实混凝土。
1 C80自密实混凝土的试验研究
1.1 试验技术方案
参考自密实混凝土应用技术规程的要求[1], 采用掺入硅灰和不掺入硅灰的4种分别双掺粉煤灰、矿粉和单掺粉煤灰的技术方法, 对比研究出一种既能满足耐久性、工作性、强度等级的设计、施工要求, 又节能环保、成本低廉的自密实混凝土。
1.2 原材料
水泥:唐山冀东P·O42.5R级水泥, 28d抗压强度50MPa。
砂子:河北新乐的天然砂, 经筛分析属Ⅱ区中砂, 细度模数为2.8, 含泥量0.8%, 泥块含量0.3%, 表观密度2.65×103kg/m3, 堆积密度1500kg/m3。
石子:河北涿州的石灰岩碎石, 粒径5mm~20mm, 含泥量0.6%, 泥块含量0.1%, 针片状含量4.5%, 压碎指标值7.9, 表观密度2.7×103kg/m3, 堆积密度1650kg/m3。
粉煤灰:山东德州的I级粉煤灰, 细度 (45μmm方孔筛的筛余量) 9%, 需水量比85%, 烧失量3.2%。
外加剂:巴斯夫建材 (北京) 有限公司的聚羧酸ASTP高效减水剂, 掺量2.0%, 减水率>35%。
1.3 试验及结果分析
混凝土配合比的设计原则是按照自密实混凝土设计和施工指南[1]的要求进行的, 根据混凝土设计强度、耐久性、工作性的要求综合考虑。参考了普通混凝土配合比设计[3]和混凝土泵送施工技术规程[2], 并根据混凝土原材料、混凝土运输距离、混凝土泵与混凝土输送管径、泵送距离、气温等具体施工条件试配。经过试拌调整, 选取4个混凝土配合比, 分别测定其坍落度、扩展度、经时损失、倒坍落度流下时间、U型试验高差、抗压强度。U型试验仪器简图见图2, 混凝土配合比及成本见表1, 混凝土工作性能及强度试验结果见表2, C80自密实混凝土扩展度试验情况见图1。
从表1可知。
配合比成本按高低顺序依次为:4>3>2>1。掺硅灰的3、4要比不掺硅灰的1、2配合比成本高出100多元, 且不掺硅灰中双掺粉煤灰和矿粉的1要比单掺粉煤灰的2配合比成本还要低将近20元, 明显看出双掺粉煤灰和矿粉的1配合比成本最低, 而且与2、3、4配合比成本相差很大。
从表2可知。
(1) 4个配合比的坍落度、扩展度都满足自密实混凝土应用技术规程[1]的要求, 原因主要取决于聚羧酸高效减水剂中的磺酸基和羧基在水泥水化初期颗粒表面产生的双电层结构, 使得相互接触的水泥颗粒由于静电斥力作用而保持分散状态, 同时由于静电斥力作用可以把水泥颗粒内包裹的多余水释放出来, 从而减少了水泥水化用水量, 增大了流动度[4]。坍落度、扩展度按大小顺序依次为:2>1>4>3, 总体上坍落度、扩展度的效果是不掺硅灰的1、2要大于掺硅灰的3、4, 因为硅灰具有颗粒细度高、比表面积大的表观特点, 导致混凝土的粘度提高, 流动性降低;不掺硅灰的1和2中单掺粉煤灰的2要比双掺粉煤灰和矿粉的1效果好, 因为粉煤灰的形态效应和微集料效应, 能良好的填充在水泥颗粒的空隙中, 减少了填充水, 并且其中的玻璃微珠有良好的润滑作用, 使水泥砂浆粘度和颗粒之间的摩擦力降低, 水泥颗粒均匀分散, 起到减水和增加流动性的作用。
(2) 4个配合比的扩展度经时损失都满足施工要求, 其主原因取决于聚羧酸高效减水剂中梳型结构产生的空间位阻效应, 使水泥颗粒之间的静电斥力呈现立体的、纵横交错的形式, 立体静电斥力的电位经时变化小, 在宏观表现为分散性好、扩展度经时损失小[5]。扩展度经时损失按大小顺序依次为:3>4>1>2, 总体上经时损失时间不掺硅灰的1、2要小于掺硅灰的3、4, 主要由于硅灰的活性和颗粒细度都远高于粉煤灰和矿粉;不掺硅灰的1和2中单掺粉煤灰的2要比双掺粉煤灰和矿粉的1经时损失更小, 其原因为:粉煤灰颗粒形态——玻璃微珠结构, 和矿粉的高活性。
注:根据原材料市价 (水泥400￥/t, 砂子56￥/t, 石子55￥/t, 粉煤灰170￥/t, 矿粉215￥/t, 硅灰3000￥/t, 外加剂6000￥/t) 计算出混凝土成本。
(3) 倒坍落度流下时间按大小顺序依次为:3>4>1>2, 总体上倒坍落度流下时间不掺硅灰的1、2要小于掺硅灰的3、4, 反映了硅灰细度高, 提高混凝土粘聚性的规律;不掺硅灰的1和2中单掺粉煤灰的2要比双掺粉煤灰和矿粉的1用时更少, 反映了粉煤灰颗粒形态——玻璃微珠结构在流动性方面的作用。
(4) U型箱试验高差虽有差异但不明显, U型箱试验高差掺硅灰的3、4要大于不掺硅灰的1、2, 说明主要是粘聚性的差别所造成的, 硅灰提高了混凝土的粘聚性, 对混凝土的抗分离性能起到良好的作用。
(5) 抗压强度按大小顺序依次为:7d、28d抗压强度4>3>2>1, 总体反映了掺硅灰的混凝土抗压强度要大于不掺硅灰的混凝土, 是由于硅灰的高活性提高了混凝土的早期强度;不掺硅灰的混凝土中单掺粉煤灰的7d、28d抗压强度大于双掺粉煤灰矿粉的, 主要由于单掺粉煤灰的掺合料的总量小于双掺粉煤灰矿粉的。掺硅灰的混凝土60d抗压强度与不掺硅灰的混凝土比较接近, 前者略高于后者, 这说明了硅灰在提高混凝土后期强度方面贡献较小。
2 C80自密实混凝土的应用
天津市某建筑地下三层核心筒结构, 混凝土浇注方量3000m3, 设计钢筋量大且密集, 按常规混凝土施工难度很大, 整体混凝土浇注、振捣困难, 不易填充很容易出现“脱空”现象, 本文针对该工程结构特殊需要经过试配研究, 采用双掺粉煤灰、矿粉并加入聚羧酸高效减水剂的C80自密实混凝土配合比, 既要保证混凝土的泵送、施工性能又要保证工程设计强度和耐久性要求。出站扩展度6 5 5 m m, 到场扩展度6 4 0 m, 流动性、抗离析性、粘聚性良好, 浇注后经及时养护, 观测结构外观均未发现狗洞、麻面、裂纹等现象, 现场预留混凝土试件共30组, 28d抗压强度最高值9 6 M P a, 最低值8 8 M P a, 平均值为93MPa, 混凝土的工作性及强度均满足设计要求。核心筒实体结构效果见图3。
3 结语
(1) 不掺硅灰的自密实混凝土在流动性、经时损失、填充性方面要优于掺硅灰的自密实混凝土, 但掺硅灰的自密实混凝土在粘聚性、稳定性方面则更优。
(2) 不掺硅灰的自密实混凝土在早期强度方面虽不及掺硅灰的自密实混凝土, 但后期强度与掺硅灰的自密实混凝土基本相当。
(3) 掺硅灰、单掺粉煤灰和双掺粉煤灰和矿粉的混凝土工作性和强度均满足C80自密实混凝土要求, 而双掺粉煤灰和矿粉的自密实混凝土成本最低, 所以其综合性价比最高。
(4) 实际工程应用, 证明了双掺粉煤灰和矿粉的自密实混凝土在降低工程造价、提高混凝土性能方面的现实意义。
摘要：采用聚羧酸系高效减水剂, 通过对硅灰、粉煤灰及矿渣粉不同组合的试验研究, 在不掺加硅灰的情况下, 配制出成本低廉、工作性能良好的C80级自密实混凝土, 并在工程中成功应用。
关键词：聚羧酸系高效减水剂,硅灰,自密实混凝土
参考文献
[1] CECS203:2006.自密实混凝土应用技术规程[S].
[2] JGJ/T 10-95.混凝土泵送施工技术规程[S].
[3] JGJ55-2000.普通混凝土配合比设计规程[S].
[4] 陆文雄, 张月星, 杨瑞海, 等.聚羧酸系高效减水剂的合成及其分散机理的试验研究[J].
[5] 刘红飞, 蒋元海, 叶蓓红.建筑外加剂[M].北京:中国建筑工业出版社, 2006.