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【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流doc泵送高强轻骨料混凝土的抗离析性能.精品文档.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)Number3in2005(TotalNo.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】TU528.2文献标识码】A文章编号】10023550(2005)03004204李渝军SegregationcapabilityoffreshHighStrengthLightweightAggregateConcrete(HSLWAC)LIYu-jun.DINGJiantong(DepartmentofCivi1Engineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)Abstract:ToreducethesegregationoffreshHighStrengthLightweightAggregateConcrete(HSLWAC)invibratingprocess,thevibratinglayeringtestSwerecarriedOUtwith5typesoflightweightaggregates.Thesegregationcapabilityisjudgedbythelayeringdegree,thelayeringdegreeiscalculatedbythedensitydifferenceandthecoarseaggregatemassdifferencebetweenroofandbottom.IrvestigatedthefactorsofLWA'Svolumequantity,vibratingtime,andthecharactersofLWA(in-cludeexternalform,surfacesmoothlevel,waterabsorption)inthesegregationofpumpingHSLWACwithlowerwatertobinderratio.Comparedwiththenormalconcrete.theresultSshowedthat.thesegregationtheoryofHSLWACissimilartOthatofnor-malweightconcrete;butthecharactersofLWACanaffectthesegregationcapabilityobservably;Toreducethesegregation,porous,rubblyaggregatesorthatwithroughsurface.highwaterabsorptioncanbeused;alsothequantityofcoarseaggregateshouldbedecreasedorshortenedthevibratingtime;thecoarseaggregatemassdifferencebetweenroofandbottomcanshowthesegregationcapabilitysensitively.Keywords:HighStrengthLightweightAggregateConcrete(HSLwAC);vibrating;segregationcapability;layeringdegree;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Beris5-6的骨料【收稿日期】2004一l129【基金项目】交通部2002年西部开发交通科技项目200231876731;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=9U,1lpt'一了7pUt当0.005NB0.012时,ln(C81)=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(0.0003sIp0.O12s)的Bingham体,可以得出:1.131.22(1)Ut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>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P?O42.5;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5mm20mm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/m0,T4陶粒表观密度1370kg/IT10,普通骨料表观密度2650kg/m0.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0.34,0.38,0.42m/m,相应配合比编号分别为1,2,3.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u,u篓曼329%24.9%254%l毫23鬻誊睚网2o.2%,lT1T2T3T4T52O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:T4,T3,T5,T1;振捣40秒时则为:T3,T1,T5,T4.可见,使用T2,T3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/m3,T1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%I6.3%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1郭玉顺,丁建彤,木村薰,李民伟,宋培晶.黄明君.高性能轻骨料与普通轻骨料的性能比较【j.混凝土,2000.(6):2226.2丁庆军,张勇,等.高强轻集料混凝土分层离析控制技术的研究J.武汉大学(工学版),2000,35(3):5962.【3杨亚晋,姚燕,赵顺增,等.轻集料在高性能混凝土中上浮性的研究M.新型高性能混凝土耐久性的研究与工程应用.北京:中国建材工业出版社,2004.489494.4宋培晶.高强轻骨料混凝土收缩,徐变与工作性D】.清华大学土木工程系硕士学位论文,2003.5G.H.TattersaU,TheWorkabilityofConcrete.1978,陈莲英.杜效栋译.中国建筑工业出版社,1983.【6JMichaelF.Petrou,KentA.Harries.etc.,Uniqueexperimentalmethodformonitoringaggregatesettlementinconcrete.CementandConcreteResearch,2000,30:809816.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】01062788627;Emall:liyujun99mails.tsinghua.edu.Cn45?