骨料对自密实混凝土性能的影响

林英红

摘要:近年来自密实混凝土得到了大量应用,自密实混凝土指新拌混凝土具有高流动度而不离析、不泌水和高均匀性,能在不经振捣或少振捣的情况下自流平整并自动通过钢筋间隙充满模具,达到充分密实和获得最佳性能的混凝土。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能混凝土的一个重要研究方向之一。本文着重探讨骨料对混凝土性能的影响。

关键词:骨料;自密实混凝土

粗骨料最大粒径、粗骨料级配、砂率等因素对掺不同矿物掺合料,如粉煤灰、矿渣粉或硅灰的自密实混凝土的工作性与强度性能的影响。粗骨料最大粒径越小,自密实混凝土的流动性越大、粘聚性越好。随着粉煤灰、矿渣粉的掺量增大,自密实混凝土的流动性明显增大,粘聚性显著下降。复合掺入合适比例的矿物掺合料,可有效改善自密实混凝土工作性与强度。粗骨料级配是影响自密实混凝土性能的重要因素之一。随着砂率增大,自密实混凝土拌合物的流动性增大,粘聚性减小,流动性损失减小,早期和后期抗压强度也随之下降。

骨料颗粒的粒形、粒径、表面结构和矿物成分,往往影响混凝土过渡区的特性,从而影响混凝土的强度。

级配良好的粗骨料改变其最大粒径对混凝土强度有着两种不同的影响。水泥用量和稠度一样时,含较大骨料粒径混凝土拌和物比含较小粒径的强度小,其集料的表面积小,所需拌和水较少,较大骨料趋于形成微裂缝的弱过渡区,其最终影响随混凝土水灰比和所加应力而不同。在低水灰比时,降低过渡区孔隙率同样对混凝土强度一开始就起重要作用。在一定拌和物中,水灰比一定时抗拉强度与抗压强度之比将随粗骨料粒径的降低而增加。试验表明,增加骨料粒径对高强混凝土起反作用,低强度混凝土在一定水灰比时,骨料粒径似乎无大的影响。另外,在同一条件下,以钙质代硅质骨料会使混凝土强度明显改善。

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。骨料、高效减水剂、矿物掺合料(粉煤灰、矿渣粉、硅灰)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,对指导自密实混凝土的配制与应用具有重要的指导意义。

经过前期的大量自密实混凝土配合比设计与优化试验,确定了自密实混凝土配合比的基本参数,水胶比为0.35,砂率为50%,SP1聚羧酸减水剂掺量为1.2%,自密实混凝土的基准配合比为,胶凝材料:粗骨料:水:减水剂=500:860:860:175:6(kg/m3)。

1 粗骨料最大粒径31.5mm时掺不同胶凝材料体系的自密实混凝土性能

当采用最大粒径为31.5mm的连续级配碎石时,各组新拌混凝土的坍落度初始值达到23cm,坍落扩展度均也达到60cm以上。从新拌混凝土的状态来看,不掺掺合料的基准混凝土状态比较差,有离析的趋势;掺入粉煤灰后,浆体状态明显改善,坍落扩展度也随之增大,倒坍落度筒流出时间缩短,但当粉煤灰掺量达到40%时,混凝土拌合物有点泌水、离析,主要因为在水胶比一定时,粉煤灰的减水作用引起了混凝土拌合物的离析;而当复合掺人粉煤灰和硅灰的复合胶凝材料体系时,混凝土拌合物状态明显改善,具有较高的流动性与粘聚性。从不同龄期的强度来看,掺人粉煤灰引起3d强度的下降,但后期强度均比基准混凝土高,尤其复掺粉煤灰和硅灰的自密实混凝土。因此,复合不同品种的矿物掺合料是配制自密实混凝土的关键技术之一。

但从总体的状态来看,对采用最大粒径为31.5mm碎石,配制的自密实混凝土的外观不是十分理想,大粒径的粗骨料常浮在表面,分布也不均匀,包裹性略低这大大降低了自密实混凝土的应用范围。因此在配制自密实混凝土时,必须考虑粗骨料最大粒径。

2 粗骨料最大粒径25mm时不同胶凝材料体系的自密实混凝土性能

选用粗骨料最大粒径为25mm的碎石,粗骨料级配比例为5～10mm:l0～20mm:20～25mm=30%:40%:30%,研究了不同复合胶凝材料体系对自密实混凝土工作性及强度的影响。

当采用最大粒径为25mm的间断级配碎石时,掺矿渣粉掺合料的新拌混凝土的坍落度初始值达到23cm以上,坍落扩展度均也达到60cm以上。从新拌混凝土的状态来看,不掺掺合料的基准混凝土初始坍落度及坍落扩展度均较小,也有离析的趋势;当掺人矿渣粉,混凝土状态明显改善,坍落扩展度也随之增大,当矿渣掺量达到40%时,因其具有一定的减水作用,引起混凝土拌合物的泌水、离析;而当复合掺人矿渣粉和硅灰的复合胶凝材料体系时,自密实混凝土拌合物状态明显改善,具有较高的流动性与粘聚性。掺矿物掺合料的各组自密实混凝土的倒坍落度筒流出时间均在6～8s之间,表明混凝土拌合物均具有较高流动性。从不同龄期的强度来看,掺人矿渣粉引起3d、7d抗压强度的下降,但后期强度增长快,尤其复掺矿渣粉和硅灰的混凝土。

从总体的状态来看,对采用最大粒径为25mm碎石,配制的自密实混凝土状态比较理想,粗骨料分布均匀,匀质性明显比最大粒径为31.5mm的自密实混凝土高。倒坍落度筒流出时间均很小,表明混凝土的流动性好,具有较高的钢筋通过能力。这一方面是粗骨料最大粒径的减小,另一方面是掺人矿渣粉矿物掺合料的作用所致。

3 粗骨料级配对自密实混凝土性能的影响

在保持其他条件基本相同情况下,试验进一步研究了不同粗骨料级配对自密实混凝土性能的影响,粗骨料中细颗粒越多,混凝土坍落度及坍落扩展度越大,流出时间也越小,表明混凝土具有较高的流动性,而早期强度略有下降。当骨料中粗颗粒较多时,坍落度、坍落扩展度略有增大,混凝土状态明显差,但后期强度较高。从自密实混凝土的拌合物性能要求来看,选择合适的骨料级配比例也是制备自密实混凝土的关键技术之一。

4 砂率对自密实混凝土性能的影响

随着砂率的增大,混凝土拌合物的初始坍落度增长不大,均在24cm左右,但坍落扩展度随之增大,倒坍落度筒流出时间随之减小;坍落度与坍落扩展度经时损失也随之减小。这充分表明,砂率越大,混凝土拌合物的流动性增大、粘聚性减小,流动性损失越小。从抗压强度发展来看,无论是早期强度还是后期强度,砂率越高,抗压强度下降越大。因此,配制自密实混凝土时,选择合适的砂率应从混凝土流动性、粘聚性、强度等几个方面综合平衡考虑。

总之,粗骨料最大粒径越小,配制的自密实混凝土的流动性越大,粘聚性越好,匀质性越高;随着粉煤灰、矿渣粉的掺量增大,自密实混凝土的流动性明显增大,粘聚性显著下降。复合掺人合适比例的矿物掺合料,可有效改善自密实混凝土拌合物性能;粗骨料中小粒径颗粒越多,自密实混凝土流动性越高,早期强度略有下降。粗骨料中大粒径颗粒比例较多时,坍落度、坍落扩展度略有增大,但混凝土状态明显差,后期强度较高;随着砂率增大,自密实混凝土拌合物的流动性增大、粘聚性减小,流动性损失越小,早期和后期抗压强度也随之下降。