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内容摘要:适量掺入矿物掺合料可以提高自密实混凝土的工作性能和强度。试验研究了单掺不同量的粉煤灰、高炉磨细矿渣、硅灰以及复掺此3种矿物掺合料对自密实混凝土性能的影响,试验表明掺入矿物掺合料能改善自密实混凝土性能,复掺矿掺比单掺效果更佳。
关键词:矿物掺合料;自密实混凝土;工作性;强度
中图分类号:TV42+3 文献标识码:A
自密实混凝土(Self-Compacting Concrete,简称SCC)是一种高性能的混凝土,它通过外加剂、胶结材料、粗细骨料的选择和配合比的设计,从而达到具有高流动度、粘聚性好、不会产生离析与泌水现象,在不用或基本不用振捣的成型条件下,能充分自动流平并通过钢筋及充满模具空隙的混凝土。
自密实混凝土因其有十分良好的工作性、力学性能与耐久性,而广泛应用于浇筑量大、浇筑深度深或浇筑高度大、钢筋密集、有特殊形状等混凝土工程中。目前,自密实混凝土已经成为高性混凝土的一个重要研究方向之一,日本,欧洲,美国等相继给予较大投入进行相关研究,并投入工程应用,取得良好效果。
自密实混凝土的原材料、组成与配合比设计、质量控制、性能试验方法等与普通混凝土不同。矿物掺合料(粉煤灰、矿渣粉、硅灰)、骨料、高效减水剂等组成与配比对自密实混凝土性能具有重要的影响。研究这些原材料特性及组成对自密实混凝土性能的影响。本文采用合适的自密实混凝土拌合物性能评价方法,研究不同矿物掺合料的掺入对自密实混凝土的工作性、强度性能的影响。
一、试验原材料与方法
(一)试验原材料
试验采用的水泥为湖南韶峰水泥集团有限公司生产的“韶峰牌”42.5级普通硅酸盐水泥。矿物掺合料主级粉煤灰、高炉磨细矿渣粉(比表面积为500m²/kg)、硅灰。粗骨料选用河卵石,5-20mm连续级配。细骨料选用河砂,采用第2级配区的中砂,粒径选为0. 3mm累计筛余量大于 5%,0.315mm累计筛余量大于85%,0.1 0mm累计筛余量大于98%。减水剂选用聚羧酸系Fox-80高效减水剂。
(二)配合比设计
根据计算和试配,自密实混凝土配合比如表一所示,保持胶凝材用量不变,粉煤灰掺量为20%,水胶比为0.31,砂率为49%。
表一.自密实混凝土配合比
水量Wkg 水泥用量kg 粉煤灰用量/kg 粗骨料用量/kg 细骨料用量/kg 减水剂用量/kg 水灰比 水胶比
110 440 110 848 813. 1. 5 0.39 0.31
(三)试验方法
1.试件制作与养护。
制作自密实混凝土试件,每组3个150×150×150rm立方块,在20±2℃,相对湿度95%以上的标准养护室里分别养护3d、1d、28d、90d并测量其抗压强度。
2.自密实混凝土性能测试方法。
自密实混凝土的拌合物性能主要采用坍落度及坍落扩展度法、L型筒试验、筛析试验等几种试验方法进行综合评价。
(1)坍落度及坍落扩展度法
混凝土拌合物的坍落度测试参照标准GBJ80-85,坍落扩展度值的测试是在坍落度试验的基础上,同时测定混凝土拌合物在水平面上两垂直方向的扩展值,其平均值即为坍落扩展度值。
(2)L型筒试验
L型筒试验可以分为筒口放置2根钢筋和3根钢筋两种方法(当构件钢筋间距为80-100mm时,宜采用2根钢筋的L型筒;当构件钢筋间距为 0-80mm时,宜采用3根钢筋的L型筒),用混凝土流过钢筋后水平筒终止端和起始端混凝土高度比衡量钢筋通过性,控制目标为H2/H1>0.8。
(3)筛析试验
筛析试验采用5mm方孔直径为350mm的标准筛,用筛通过量反映抗离析性,具体做法是从预拌混凝土中取10L左右置于桶中,静置15min后将桶上部4.8kg左右的混凝土倒入方孔筛,称重,120s后把筛及其中混凝土移走,称量筛孔流下的水泥浆重量,二者之比即为筛通过率,要求筛通过率小于20%;当抗离析性要求严格时,筛通过率应小于15%。
(4)自密实混凝土立方体抗压强度参照GBJ82Z执行。
二、矿物掺合料对自密实混凝土性能的影响研究
(一)粉煤灰单掺对自密实混凝土性能的影响研究
根据计算和试配得到的自密实混凝土配合比(见表一),在保持胶凝材料总量不变和其他条件基本相同情况下,试验研究粉煤灰不同掺量对自密实混凝土性能的影响,见表二。
从中可以看出,与不掺粉煤灰的试件SCC1相比,掺入粉煤灰试件的工作性得到改善,且随着粉煤灰掺量的增加混凝土流动性提高明显。这主要是由于粉煤灰颗粒呈致密的球状,且表面光滑,在混凝土拌合物中起到“滚珠作用”,大大提高其流动性。
掺入粉煤灰的试件与SCC1相比28d抗压强度普遍降低,特别是在强度发展初期,混凝土试件的强度随着粉煤灰掺量的增加而降低的现象明显。
但是,当龄期达到90d,掺入粉煤灰的试件强度发展良好,强度接近或超过了SCC1,且粉煤灰掺量越多,后期强度发展越迅速。试验结果表明掺入粉煤灰10%至20%时自密实混凝土试件的工作性和强度都较为理想。
表二.粉煤灰对自密实混凝土性能的影响
试验序号 水泥/kg 粉煤灰/kg 矿掺比例/% 坍落度/mm 坍落扩展度/mm L型箱/mm 筛析试验/% 抗压强度/MPa
3d 1d 28d 90d
SCC1 550 0 0 240 510 0.82 11.4 33. 3 .9 48.1 49.8
SCC2 495 55 10 250 00 0.83 11.8 30.2 33.4 49.2 52.1
SCC3 440 110 20 255 30 0.83 12.1 2 .3 29.4 4 . 54.
SCC4 385 1 5 30 255 40 0.85 12.4 23.5 2 .9 40.2 48.3
SCC5 340 220 40 2 0 90 0.88 13.2 20.4 22.9 31.3 41.1
(二)矿渣单掺对自密实混凝土性能的影响研究
在保持试验条件基本相同情况下,试验研究高炉磨细矿渣不同掺量对自密实混凝土性能的影响,见表三。从中可以看出掺入磨细矿渣的试件能改善其工作性,但其改善效果随磨细矿渣掺量的变化而变化。与试件SCC1相比,掺入磨细矿渣的试件坍落度略有改变,但基本保持稳定。坍落扩展度随着矿渣掺量的增加而逐渐降低,但仍优于SCC1。
掺入磨细矿渣少于30%的试件早期强度发展较快;掺量超过30%的试件早期强度有所下降。试件磨细矿渣掺量少于20%时,后期强度高于SCC1;掺量高于20%时,后期强度降低明显。综上所述,磨细矿渣掺入量在10%至20%之间较为合适,既能改善自密实混凝土工作性,又能得到较高的强度。
表三.磨细矿渣对自密实混凝土性能的影响
试验序号 水泥/kg 磨细矿渣/kg 矿掺比例/% 坍落度/mm 坍落扩展度/mm L型箱/mm 筛析试验/% 抗压强度/MPa
3d 1d 28d 90d
SCC1 550 0 0 240 510 0.82 11.4 33. 3 .9 48.1 49.8
SCC 495 55 10 245 20 0.8 12.1 33.2 38.4 51.2 52.3
SCC1 440 110 20 245 30 0.8 12.2 33.3 31.4 50. 51.1
SCC8 385 1 5 30 235 00 0.84 11.1 32.8 35. 42.2 44.
SCC9 340 220 40 235 590 0.84 11.1 21. 34.1 39.1 42.3
(三)硅灰单掺对自密实混凝土性能的影响研究
在保持试验条件基本相同情况下,试验研究硅灰不同掺量对自密实混凝土性能的影响,见表四。
从中可以看出,试件工作性随硅灰掺量的增加而变化。与试件SCC1相比,掺入硅灰的试件坍落扩展度损失较大,流动性降低。
但是,硅灰的掺入较好地提高了混凝土拌合物的稳定性,试件抗离析性能随着硅灰掺量的增加而提高。这主要是由于硅灰颗粒细小,成球型状,有助于填充水泥颗粒之间的空隙,使胶凝材料具有好的级配,从而增加胶凝材料的粘聚性和稳定性。
而硅灰高度的火山灰活性增加了水泥石中C-S-H凝胶的体积,降低了氢氧钙石的数量并使Ca(OH)2晶体细化,从而改变了浆体的孔结构,提高了材料的力学性能。
实验结果表明,随着硅灰掺量的增加,其试件的强度也有较大提高,SCC12的28d强度比SCC1提高22%。在硅灰掺量在2%至4%之间,试件工作性能和强度较佳。
表四.硅灰对自密实混凝土性能的影响
试验序号 水泥/kg 硅灰/kg 矿掺比例/% 坍落度/mm 坍落扩展度/mm L型箱/mm 筛析试验/% 抗压强度/MPa
3d 1d 28d
SCC1 550 0 0 240 510 0.82 11.4 33. 3 .9 48.1
SCC10 539 11 2 240 510 0.82 10.3 34.3 39.1 53.3
SCC11 528 22 4 245 555 0.80 9.5 35.5 42.1 54.
SCC12 511 33 245 540 0.11 8.1 3 . 44.1 51.8
SCC9 340 220 40 235 590 0.84 11.1 21. 34.1 39.1
(四)复掺矿物掺合料对自密实混凝土性能的影响研究
在保持试验条件基本相同情况下,试验复掺3种矿掺对自密实混凝土性能的影响,见表五。由于粉煤灰和硅灰的颗粒呈球状,而磨细矿渣的颗粒外形是棱角形,因此,适量掺入粉煤灰和硅灰对改善自密实混凝土的工作性有利。
而磨细矿渣和硅灰颗粒本身具有一定的自硬性,可以提高混凝土早期强度;粉煤灰可以与水泥水化产物发生二次反应,随着龄期的增长,粉煤灰对混凝土增强作用更加明显。
由此,从表五中可以看出,利用3种矿掺各自的优点,建立在合理搭配掺入比例的基础上,通过复掺矿掺可以提高自密实混凝土的工作性和强度。其中,SCC15具有较优的工作性能和强度。
三、结论
根据本文通过对掺入矿物掺合料的自密实混凝土进行试验研究,分析了单掺不同量的粉煤灰、高炉磨细矿渣、硅灰以及复掺此3种矿物掺合料对自密实混凝土性能的影响。主要结论如下:
(一)适量掺入粉煤灰的自密实混凝土工作性能得到较好的改善。试件早期强度随着掺量的增加而降低,但后期混凝土强度发展快,能超过不掺矿掺的试件SCC1。掺入粉煤灰10%至20%时自密实混凝土试件的工作性和强度都较为理想。
(二)掺入磨细矿渣对自密实混凝土的工作性改善不明显。试件磨细矿渣掺量少于20%时,强度高于SCC1;掺量高于20%时,强度降低明显。
(三)掺入硅灰的自密实混凝土试件流动性损失明显,但其抗离析性能良好。试件的强度随硅灰掺量的增加而提高。
(四)适量复掺矿物掺合料可以提高自密实混凝土的流动性,改善离析泌水现象;对于早期强度和硬化后强度发展能起到增强作用。试验表明复掺矿掺比单掺矿掺对自密实混凝土的性能改善效果要更好,其中,试件SCC15具有较优的工作性能和强度。
参考文献:
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