新拌自密实重晶石混凝土经时损失试验研究★

石建军 张志君 杨晓峰 李 奇

(南华大学土木工程学院，湖南 衡阳 421001)

自密实重晶石混凝土的高流动性在核电、医疗和科研等屏蔽设施工程建设中有较好的应用前景[1]。经时损失是指混凝土流动性会随拌合后时间的延长而逐渐降低的性质，目前，混凝土由搅拌站预制到施工现场进行浇筑，时间差通常为1 h～2 h，由于混凝土经时损失的特性，很容易造成自密实重晶石混凝土出现堵泵、施工困难和拆模以后的蜂窝麻面现象，甚至产生工程质量问题。

近些年，国内外学者针对自密实混凝土流动性及经时损失进行了一些研究，并取得一定成果，研究指出混凝土拌合物经时损失本质上是胶凝材料粒子在物理凝聚和化学凝聚作用下产生的拌合物流动性变化[2]，所以胶凝材料是影响混凝土经时损失的主要因素。减水剂可以在保持混凝土流动性不变的情况下降低水胶比[3,4]，而减水剂中聚羧酸系减水剂与水泥的相容性要好于其他减水剂，可以使混凝土获得更高的流动性，并降低流动性损失[5,6]；矿物掺合料中粉煤灰组成以玻璃微珠为主[7]，可以促进减水剂发挥作用[8,9]，同时粉煤灰可以改变水泥的水化进程，延缓水化反应的发生[10,11]；水胶比的提高可以增加自密实混凝土流动性，但水胶比的改变对经时损失的影响较为复杂[12,13]。以往对自密实混凝土经时损失的研究通常只关注于坍落度和扩展度，对T500时间和V型漏斗时间的研究少有涉及，坍落度和扩展度主要受屈服切应力影响，T500时间和V型漏斗时间主要受粘度影响[14]。

本文从自密实重晶石混凝土流动性及经时损失的主要影响因素出发，探究减水剂、粉煤灰和水胶比对自密实重晶石混凝土流动性经时损失影响规律，为自密实重晶石混凝土的工程运用以及完善研究提供依据。

1 试验

1.1 试验材料及配合比

水泥选用湖南红狮P.O42.5级水泥，粉煤灰是湖南某电厂生产的Ⅱ级粉煤灰，减水剂为湖南衡阳九州建材有限公司提供的聚羧酸高效减水剂，减水率18%。细骨料重晶石砂，细度模数2.89，属于Ⅱ级配区中砂，表观密度4 057.63 kg/m3；粗骨料为重晶石碎石，粒径2.36 mm～20 mm连续级配，级配良好，表观密度4 312.46 kg/m3。

通过配合比计算和混凝土适配得到初始流动性较好的自密实重晶石混凝土基准配合比Z01组。分别只调整减水剂用量、粉煤灰用量或单位用水量，得到不同减水剂掺量、不同粉煤灰掺量和不同水胶比的自密实重晶石混凝土，配合比详见表1。

表1 自密实重晶石混凝土的配合比

1.2 试验方法

试验方法参考GB/T 50080—2016普通混凝土拌合物性能试验方法标准的试验步骤进行试验，把拌合好的自密实重晶石混凝土分为五份，一份拌合后马上进行坍落度筒试验和V型漏斗试验，剩余四份装入四个塑料桶中静置，分别静置0.5 h，1 h，1.5 h，2 h后倒入搅拌机中搅拌20 s，再对其进行坍落度筒试验和V型漏斗试验，测定其扩展度、坍落度、T500时间以及V型漏斗时间。

2 结果与讨论

2.1 减水剂掺量的影响

只改变减水剂掺量情况下Z02，Z01和Z03三组拌合物扩展度、坍落度、T500时间和V型漏斗时间随时间的变化见图1。由图1可知随着减水剂掺量的增加，拌合物初始扩展度和坍落度都呈先增加后降低的趋势，减水剂1.1%时最大，而初始T500时间和V型漏斗时间都随减水剂的增加而减小。这可能是因为随着减水剂掺量的增加，释放了水泥絮凝团中的水，拌合物中游离水增加，一定程度上可以提高拌合物的流动性，但由于重晶石骨料密度大，拌合物更容易因粘度降低产生骨料堆积的现象，造成坍落和坍落扩展度降低。

从图1中也可以看出拌合后1 h内减水剂1.1%和1.2%两组拌合物扩展度损失小于减水剂1.0%，但在拌合后第二个小时内扩展度损失量增加，拌合2 h后减水剂1.0%，1.1%和1.2%三组拌合物扩展度损失率分别为7.3%，7.8%和8.4%，但三组2 h内坍落度变化不大。2 h内拌合物减水剂掺量越高，T500时间和V型漏斗时间增量越大。这可能是拌合物中减水剂含量的增加，一定程度上延缓拌合物经时损失，但1 h后随着减水剂被水泥水化产物包裹、吸附和消耗，拌合物中减水剂的有效含量减少，再有减水剂中极性集团会与金属离子反应产生络合物，降低Ca2+离子浓度，导致水泥初期水化速度加快产生更多的水化产物，所以减水剂掺量越高，拌合物经时损失越大。

2.2 粉煤灰掺量的影响

图2为只改变粉煤灰掺量的情况下Z04，Z01和Z05三组拌合物扩展度、坍落度、T500时间和V型漏斗时间随时间的变化。由图3可知粉煤灰掺量的增加，有效的提高了拌合物初始扩展度和坍落度，降低了拌合物初始T500时间，而初始V型漏斗时间随着粉煤灰掺量的增加呈先减小后增加趋势。这是因为粉煤灰密度比水泥密度小，当粉煤灰等质量替换水泥时，拌合物中浆体体积增加，这有利于拌合物的流动；同时粉煤灰掺量越高，对减水剂的促进作用越明显，同时在粉煤灰的解絮作用、微骨料作用和滚珠作用的共同影响下，增加了拌合物的流动性，但粉煤灰掺量较多时，拌合物粘度降低，造成V型漏斗实验中骨料拥堵，所以V型漏斗时间先减小后增加。

图2中也可发现粉煤灰掺量增加，拌合物2 h内扩展度损失量减小，拌合2 h后粉煤灰掺量20%，25%和30%拌合物扩展度损失率分别为8.1%，7.8%和5.4%，T500时间和V型漏斗时间2 h内增量也明显减小。2 h内粉煤灰掺量25%和30%的拌合物坍落度变化不大，而粉煤灰掺量20%坍落度有下降趋势。这是因为粉煤灰的滚珠作用和微骨料作用不会随时间的延长而减弱，并且粉煤灰的掺入改变了水泥的水化进程，减慢了整个体系的水化反应速度，所以粉煤灰掺量越高，减缓拌合物的经时损失的作用越明显。

2.3 水胶比的影响

只改变水胶比的情况下Z06，Z01和Z07三组拌合物扩展度、坍落度、T500时间和V型漏斗时间随时间的变化见图3。从图3中可以看出提高水胶比拌合物的初始扩展度增加，初始坍落度呈先降低后增加的趋势，初始T500时间减小，初始V型漏斗时间先减小后增加。这是因为提高水胶比，增加了拌合物中游离水含量，降低了拌合物的屈服切应力和粘度，同时增加了拌合物中浆体体积，一定程度提高了拌合物初始流动性，但粘度的降低使得拌合物容易出现骨料堆积，所以V型漏斗时间先减小后增加。

图3中也可以看出提高水胶比，2 h内拌合物扩展度损失量也随之增加，拌合2 h后水胶比0.36，0.37和0.38三组拌合物扩展度损失率分别为5.8%，7.8%和9.4%，再有拌合后2 h内，水胶比0.36和0.38两组拌合物坍落度损失、T500时间和V型漏斗时间增量都明显高于水胶比0.37。这可能是因为提高水胶比，拌合物单位用水量增加，对水泥颗粒起到分散作用，增加了水泥颗粒的反应面积，水化反应加快，拌合物屈服切应力和粘度增加较快，所以提高水胶比使得拌合物经时损失增大；降低水胶比，拌合物显得干稠粘度大，随着水泥水化反应的发生，使得拌合物粘度进一步增大，同时重晶石骨料密度大，拌合物中浆体包裹重晶石骨料运动更加困难，所以出现较大的经时损失。

3 结论

本文试验分析了减水剂掺量、粉煤灰掺量和水胶比对自密实重晶石混凝土流动性经时损失影响，主要结论如下：

1)提高减水剂的掺量可以增加自密实重晶石混凝土的初始流动性，并适当减缓1 h内的经时损失，但拌合2 h后减水剂掺量越高经时损失越大；综合考虑减水剂掺量1.1%时较为适合。

2)增加粉煤灰掺量，可以提高自密实重晶石混凝土的初始流动性，同时减缓了自密实重晶石混凝土流动性经时损失；实验中最佳粉煤灰掺量30%。

3)提高水胶比可以增加自密实重晶石混凝土初始的流动性，但提高或降低水胶比都不利于自密实重晶石混凝土流动性经时损失的发展；试验中水胶比为0.37时为最佳。