泵送高强轻骨料混凝土的抗离析性能

泵送高强轻骨料混凝土的抗离析性能2005年第3期总第185期Number3in2005TotalNo.185混凝土Concrete全国中文核心期刊TheCoreJournalofChina泵送高强轻骨料混凝土的抗离析性能李渝军.丁建彤清华大学土木工程系北京100084[摘要】为减少泵送高强轻骨科混凝土在振捣过程中轻骨科的上浮现象使用5种不同轻骨科根据混凝土拌合物振捣后的上下层拌合物密度差异和粗骨科质量差异计算分层度.作为评价拌合物抗振捣分离性指标对比轻骨科混凝土与普通混凝土的抗离析性并研究轻骨科体积含量振捣时间和轻骨科特性包括外形表面光滑度吸水率对低水胶比的泵送高强轻骨科混凝土抗离析性的影响.结果表明轻骨科混凝土与普通混凝土的抗离析性差异不大;轻骨科特性对抗离析性影响明显;采用表面多孔而粗糙呈碎石形含水率高的陶粒减少粗骨科体积含量减少振捣时间有助于减少分层度;振捣后拌合物上下层粗骨料质量分层度可比较敏感地反映混凝土的抗离析性.[关键词】高强轻骨科混凝土;振捣;抗离析性;分层度;粒形;吸水率[中圉分类号】TU

528.2[文献标识码】A[文章编号】1002—3550200503—0042—04李渝军SegregationcapabilityoffreshHighStrengthLightweightAggregateConcreteHSLWACLIYu-jun.DINGJian—tongDepartmentofCivi1EngineeringTsinghuaUniversityBeijing100084ChinaAbstract:ToreducethesegregationoffreshHighStrengthLightweightAggregateConcreteHSLWACinvibratingprocessthevibrating—layeringtestSwerecarriedOUtwith5typesoflightweightaggregates.Thesegregationcapabilityisjudgedbythelayeringdegreethelayeringdegreeiscalculatedbythedensitydifferenceandthecoarseaggregatemassdifferencebetweenroofandbottom.Ir~vestigatedthefactorsofLWASvolumequantityvibratingtimeandthecharactersofLWAin-cludeexternalformsurfacesmoothlevelwaterabsorptioninthesegregationofpumpingHSLWACwithlowerwatertobinderratio.Comparedwiththenormalconcrete.theresultSshowedthat.thesegregationtheoryofHSLWACissimilartOthatofnor-malweightconcrete;butthecharactersofLWACanaffectthesegregationcapabilityobservably;Toreducethesegregationporousrubblyaggregatesorthatwithroughsurface.highwaterabsorptioncanbeused;alsothequantityofcoarseaggregateshouldbedecreasedorshortenedthevibratingtime;thecoarseaggregatemassdifferencebetweenroofandbottomcanshowthesegregationcapabilitysensitively.Keywords:HighStrengthLightweightAggregateConcreteHSLwAC;vibrating;segregationcapability;layer—ingdegree;grainform;waterabsorption0引言轻骨料混凝土在振捣过程中骨料的上浮是制约其工程应用的主要问题之一尤其是泵送旋工的高强轻骨料混凝土流动性大对其在振捣过程中的抗离析性能的研究就显得尤为重要.过去的研究表明[1-3]影响混凝土骨料分层度的因素主要有以下几个方面:轻骨料本身的表面特性矿物掺合料品种轻骨料绝对体积振捣时间外加剂拌合物流动性等.研究的结果也相对比较一致:减少振捣时间掺加增粘剂减小拌合物流动性使用表面粗糙的轻骨料都可以较为明显地改善轻骨料混凝土的抗离析性能.本文进一步采用适当的考察指标对比轻骨料混凝土与普通混凝土的抗离析性并研究了轻骨料体积含量振捣时间和轻骨料特性包括外形表面光滑度吸水率对低水胶比的泵送高强轻骨料混凝土抗离析性的影响.1抗离析性的理论分析与测试方法影响混凝土拌合物泵送性的因素包括拌合物的流动性与和易性.对于流动性采用常规的坍落度及坍落扩展度试验方法即可;而对和易性可用分层度试验表征混凝土拌合物在受振动时抵抗离析的抗离析性[.混凝土拌合物中骨料分层实际上是浆体内骨料的相对运动造成的骨料产生相对运动的条件和相对运动速度与骨料和浆体的性质有关.对于Bingham流变学模型.根据Beris[5--6]的骨料【收稿日期】2004一l1—29【基金项目】交通部2002年西部开发交通科技项目2002—318—767—31;云南省科技厅2001年省院省校科技合作项目2001BBBCA15A010资助.42沉降速度计算方法:cs=9U1lpt一了7pUt当

0.005≤NB≤

0.012时lnC8—1=

0.91+

0.55lnNB式中zO为屈服应力与N都是计算参数R为骨料半径11是砂浆塑性粘度U是骨料移动速度.对于屈服应力较低塑性粘度较大

0.0003s≤≤Ip

0.O12s的Bingham体可以得出::

1.13～

1.221Ut即骨料移动速度Ut近似与砂浆塑性粘度成反比与骨料半径的平方和骨料与浆体的密度差成正比.本研究中采用分层度评价混凝土拌合物的抗离析性.分层度试验是测量经过一定时间振动后分层度筒内上下层拌合物的密度差以及骨料含量差异.为避免混凝土流动性对其和易性的交叉影响在本研究中轻骨料混凝土拌合物的坍落度均控制在适合泵送的范围内.原有的分层度试验仪器尺寸是H]:直径lOOmm分上中下三层上下层高lOOmm中层筒高195mm;上中下三层相互连通.其内径较小在振动过程中筒壁对拌合物的摩擦力所造成的粘滞作用较大这种壁效应导致试验并不能很好地模拟实际工程中的混凝土在振捣时的分层现象;并且由于分层度筒上下层部分体积各为770mL左右每次所能取样的骨料和拌合物的量较少因此会带来较大的试验误差.在本研究中将其尺寸定为:直径200mm上中下层分别高为lOOmm这样分层度通上下层体积分别为3140mL基本解决了原有仪器存在的问题.因为陶粒密度小于砂浆密度所以在振捣作用下陶粒相对砂浆要向上浮动这样会导致上层拌合物集中较多的陶粒而下层拌合物的陶粒含量则相对较小.因此可以用振捣后上下层拌合物中粗骨料质量含量的差异来表示陶粒在振捣过程中的运动情况用振捣后上下层拌合物的湿表观密度差别来表示粗骨料上浮对混凝土性能的影响.同时还可根据上下层拌合物分别成型的试块强度来检验分层度对结构强度的影响.拌合物密度分层度为上下层拌合物湿表观密度差与平均湿表观密度的比值;粗骨料质量分层度为上下层粗骨料质量差与粗骨料平均质量的比值.分层度越低表示拌合物的匀质性越好说明拌合物的抗分层离析性越好.分层度计算公式分别为:拌合物密度分层度=×100%粗骨料质量分层度=×

1..%式中pU与PL分别为上下层拌合物湿表观密度;gu与gL分别为上下层拌合物内gt;5mm预湿面干粗骨料的质量.2试验结果及分析

2.1试验原材料与振捣成型水泥为PO

42.5;硅粉SiO2含量超过90%;细骨料为天然粗砂细度模数为

3.29;外加剂为萘系高效减水剂.轻粗骨料共有五种其基本性能如表

1.均为5mm～20mm连续级配.混凝土坍落度均控制在20era±2cm.振捣在振动频率为50Hz振幅为

0.5mm的振动台上进行.若需在振捣后分别取上下层拌合物成型测试硬化混凝土抗压强度则采用10升容积简装满拌合物后在振动台上振捣一定时间然后分别取上下三分之一高度的拌合物手工拌匀后成型.表1轻骨料基本性能

2.2轻骨料混凝土和普通混凝土的粗骨料质量分层度对比轻骨料混凝土采用T4碎石状普通型火山岩陶粒设计强度LC50水胶比

0.28;普通混凝土按照C50配制水胶比取

0.

35.振捣时间为20秒.表2普通混凝土与轻骨料混凝土抗离析性能区别由表2可见轻骨料混凝土的拌合物密度分层度与普通混凝土的相当粗骨料质量分层度反而比普通混凝土的小.这说明在所采取的试验条件下轻骨料混凝土的抗离析性与普通混凝土的相比不差.一般砂浆密度约2200kg/m0T4陶粒表观密度1370kg/IT10普通骨料表观密度2650kg/m

0.普通碎石和砂浆的密度差为450kg/m3而T4陶粒和砂浆的密度差为830kg/m为普通混凝土的

1.8倍.根据1式若浆体粘度一样单纯考虑骨料与浆体的密度差则轻骨料混凝土中轻骨料的上浮速度将是普通混凝土中粗骨料下沉速度的

1.8倍;但另一方面还应该考虑轻43骨料混凝土与普通混凝土的浆体粘度差异对粗骨料上浮速度的影响:在同样强度等级下轻骨料混凝土的浆体水胶比低粘度大.骨料一浆体密度差和浆体粘度两方面因素综合的结果使得轻骨料混凝土的分层度不比普通混凝土的差.但是由表2中可知轻骨料混凝土的上下层混凝土试块强度差异绝对值

24.2%大于普通混凝土的

13.0%.这说明虽然轻骨料混凝土的轻骨料上浮量不比普通混凝土的粗骨料下沉量大但对混凝土强度的影响不可忽略.这与轻骨料混凝土强度受轻骨料体积用量的影响更敏感有关.表2还表明骨料的质量分层度远比拌合物密度分层度敏感得多因此前者更宜用来表征骨料在砂浆中的运动情况.

2.3轻骨料不同用量对分层度的影响采用吸水率较大的碎石型煤矸石陶粒.配合比中固定浆体体积改变陶粒的绝对体积砂率也相应变化.陶粒在混凝土中的绝对体积分别为

0.

340.

380.42m/m相应配合比编号分别为

123.水胶比

0.35掺8%硅粉.按常压饱和吸水预处理粗骨料实际浸泡时间为12小时含水率

12.2%.振捣时间为40秒.试验结果见图

1.3O%25%2O%15%1O%5%石型煤矸石陶粒和短柱状普通型T3粘土陶粒拌合的混凝土振捣40秒的分层度还大;并且其混凝土振捣30秒时的分层度明显大于振捣20秒时候的情况:拌合物密度分层度由

2.8%增加到

7.9%粗骨料质量分层度由

23.1%增加到了

32.9%.碎石状普通型T4陶粒在振捣过程中的上浮现象特别明显:20秒振捣骨料分层度

6.6%40秒振捣骨料分层度就达到了

46.8%;其混凝土拌合物分层度随振捣时间从20秒延长到40秒的增加也达到3倍多.T4陶粒的上浮受振捣时间的影响是五种陶粒中最敏感的.l4%12%1O%8%6%4%2%O%5O%4O%3O%2O%1O%O%

2.4%●2O秒口4O秒拌合物密度分层度uu篓曼329%

24.9%254%l毫

23.%鬻誊■睚网2o.2%lT1T2T3T4T5●2O秒目4O秒粗骨料质量分层度图2振捣时间对不同轻粗骨料质量分层度的影响试验结果而对于外形与T4陶粒类似的碎石型T1和陶粒不论是上下层拌合物的密度分层度还是骨料分层度在两种振捣时间的情况下分层度都不大;并且分层度随振捣时间的变化也不是很大.尤其是T1陶粒振捣20秒粗骨料质量分层度

24.9%.振捣40秒粗骨料质量分层度

25.4%粗骨料质量分层度基本没有什么变化;其拌合物密度分层度也只是从

7.5%增加到了

9.2%.短柱状普通型的T3陶粒上浮现象相对不明显并且随时间变化也不明显.在振捣20秒时按粗骨料质量分层度确定的抗离析性的排序为:T4T3T5T1;振捣40秒时则为:T3T1T5T

4.可见使用T2T3陶粒的混凝土抗离析性较好T5和T4较差.这说明轻骨料混凝土拌合物的抗离析性和陶粒的形状以及表面的粗糙程度有关系表面较光滑或呈圆球形的陶粒抗离析性较差表面多孔而粗糙或呈碎石形的陶粒抗离析性较好.针对采用普通碎石的混凝土的公式1不能反映上述因素的影响.T1一般被认为是抗离析性最好的陶粒但其两种振捣时间下的两项分层度指标均不如T2和T3好原因可能主要是T1这种碎石型页岩陶粒吸水率低其拌合物的浆体一骨料密度差大.T2陶粒属于高吸水性陶粒1小时吸水率超过12%12小时饱和吸水之后的表观密度为1620kg/m3而T2陶粒不吸水的干表观密度为1480kg/m3T1陶粒的干表观密度为1370kg/m3所以T2陶粒预湿水处理可以减小陶粒和砂浆之间的密度差.根据1式的计算结果达到饱和吸水率

15.5%的T2陶粒在振捣过程中相对砂浆的运动速度可以减小

14.0%.而且振捣时间对于不同陶粒的影响并不相同.对于表面较光滑或呈圆球形的陶粒振捣时间的影响敏感度很高例如碎石状普通型T4陶粒和圆球型T5页岩陶粒.而对于碎石型陶粒以及表面比较粗糙的普通型陶粒20秒振捣和40秒振捣的分层度差别比较小振捣时间影响的敏感性较弱.除了一种陶粒其他四种陶粒配制的混凝土在振捣20秒的时候粗骨料质量分层度就已经达到了10%--25%.而由表2可知当粗骨料质量分层度达到10%左右的时候上下层试件强度差别就接近25%其上下层混凝土的品质必然有着非常大的差异.因此为了确定适宜的振捣时间单独采用短柱状普通型T3粘土陶粒增加了一组振捣分层试验.采用3种振捣时间:5秒10秒20秒.结果见图

3.18%16%14%12%10%8%6%4%2%0%I

6.3%

2.%

2.4%:JI■_5秒10秒20秒一拌合物质量分层度口骨料质量分层度图3不同振捣时间对分层度的影响试验结果由图3可见当振捣5秒时可以认为拌合物基本不分层;振捣时间大于等于10秒后粗骨料质量分层度将大于10%.试验中观察到在拌合物的粗骨料质量分层度小于10%的时候轻骨料混凝土拌合物能够保持较好的匀质性不出现明显的分层离析现象.因此对于T3陶粒所配制的混凝土拌合物最佳振捣时间应控制在10秒以内.3结论1轻骨料混凝土拌合物的抗振捣分离性可以通过以下四个参数来评价:振捣后上下层拌合物密度分层度粗骨料质量分层度上下层拌合物分别成型试块的立方体抗压强度差异.其中上下层粗骨料质量分层度是比较敏感的参数并且方法简单试验周期较短.建议用该参数来表征拌合物的分层度.2轻骨料本身的表面特性对新拌混合物的分层度的影响很明显.表面较光滑或呈圆球形的陶粒抗离析性较差表面多孔而粗糙或呈碎石形的陶粒抗离析性较好.3轻骨料的吸水性大小对粗骨料质量分层度也会有明显的影响.高吸水率的陶粒可以通过饱和预湿水处理减小分层度.4对于不同特性的陶粒振捣时间对其拌合物抗离析性的影响敏感度不一样.采用表面较光滑或呈圆球形的陶粒的混凝土拌合物分层度随振捣时间的延长增加较快.5粗骨料绝对体积越大混凝土拌合物分层度也越大.【参考文献]

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816.[作者简介】李渝军1981年生.男.清华大学土木工程系硕士研究生.[单位地址】北京市海淀区清华团100084【联系电话】010—62788627;E—mall:liyujun99@mails.tsinghua.edu.Cn45。