自密實混凝土坍落度擴展度的影響因素

1、<p>　　自密實混凝土坍落度擴展度的影響因素</p><p>　　摘要：擴展度是自密實混凝土重要的工作性能指標，本文主要通過采用正交試驗的方法研究了水膠比、膠凝材料用量、粉煤灰用量對自密實混凝土坍落度和擴展度的影響。試驗的結(jié)果表明： </p><p>　　1）水膠比對自密實混凝土的坍落度和擴展度影響最大； </p><p>　　2）水膠比對坍落度的影響規(guī)

2、律為隨水膠比的增加而增加；對擴展度的影響規(guī)律為，水膠比較小時影響，水膠比的增加，擴展度變化不大，0.35~0.37時影響增大； </p><p>　　3）膠凝材料對坍落度的影響是隨膠凝材料用量增加，擴展度現(xiàn)增加后降低，500KG是最大；對擴展度的影響是隨膠凝材料用量增加而增加。 </p><p>　　4）粉煤灰對坍落度和擴展度的影響均為先增加后降低，二者都在粉煤灰用量在40%時達到最大；

3、</p><p>　　5）本實驗最優(yōu)配合比組合為：水膠比0.37，膠凝材料用量500kg,粉煤灰用量40%。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：自密實混凝土擴展度 水膠比 膠凝材料 粉煤灰 正交設(shè)計 </p><p>　　中圖分類號：TU37文獻標識碼： A </p><p>　　基金項目：國家國際科技合作項目（2011DFA83300） <

4、;/p><p>　　作者簡介：董桃桃（1990-），女，漢族，河南潢川縣人，重慶交通大學(xué)建筑與土木工程碩士研究生，研究方向：預(yù)應(yīng)力鋼纖維混凝土拼裝墩的抗震性能研究。 </p><p><b>　　1.概述 </b></p><p>　　自密實混凝土指混凝土拌合物在自身重力作用下，能夠流動、密實，即使存在致密鋼筋也能完全填充模板，同時獲得很好的均質(zhì)性

5、，并且不需要附加振搗。其拌合物具有良好的流動性、粘聚性和保水性，其填充性能優(yōu)異,屬于高性能混凝土的一種[1]。 </p><p>　　自密實混凝土近幾年在國際上受到了普遍的重視,在國內(nèi)自密實混凝土的研制與應(yīng)用也越來越廣泛。然而到目前為止，國內(nèi)外對自密實混凝土的研究還大多集中在拌合物的配制等材料研究方面特別是在C40以上的高強度混凝土，對C40以下低標號自密實混凝土力學(xué)性能研究較少，也不系統(tǒng)，現(xiàn)有研究數(shù)據(jù)不足，離散

6、性大。為此，系統(tǒng)地開展自密實混凝土力學(xué)性能和工作性能的試驗研究是非常必要的，它將為今后完善混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范提供依據(jù)。 </p><p>　　本課題采用重慶地方材料和工業(yè)廢渣粉煤灰配制低強度自密實混凝土(C35)，利用正交試驗方案，以新拌混凝土的坍落度，擴展度，3d、7d和28d強度為考核指標，進行了大量試驗，并對試驗結(jié)果進行極差分析，得出了水膠比、膠凝材料、粉煤灰用量對拌合物工作性的主次關(guān)系，最后根據(jù)綜合平衡法

7、，對試驗結(jié)果進行綜合分析，成功配制出了坍落度≥260mm，擴展度≥600mm，中邊差≤25mm，28d抗壓強度滿足配制要求的高流態(tài)免振搗的低強度自密實混凝土。 </p><p><b>　　2.試驗設(shè)計 </b></p><p>　　混凝土配合比的設(shè)計一般采用絕對體積法和假定表觀密度法，而假定表觀密度法需要在原材料情況比較穩(wěn)定的情況下，根據(jù)經(jīng)驗假定所配置的混凝土拌合物

8、的假定表觀密度后進行配合比設(shè)計，原材料變更時誤差較大，而且未能考慮含氣量因素。因此本課題試驗的配合比采用絕對體積法設(shè)計。 </p><p>　　本試驗采用絕對體積法計算并通過多次試配，對理論配合比進行試驗測試，得到C35自密實混凝土的基準配合比，見表1： </p><p>　　表1 C35自密實混凝土基準配合比 </p><p>　　材料 粉煤灰 水泥 水 砂子 粗

9、石 細石 減水劑 </p><p>　　1m3配合比（kg） 175 325 175 743 523.26 348.84 2 </p><p>　　水灰比0.35膠凝材料500粉煤灰35% </p><p>　　一般而言，影響自密實混凝土工作性能的主要因素有：水泥漿的數(shù)量和水灰比、砂率、骨料、外加劑、礦物摻合料及溫度和時間的影響；對于本試驗，選取水膠比、膠凝材料用量

10、、粉煤灰含量作為考慮因素，考察指標為坍落度和擴展度，以基準配合比為基礎(chǔ)，對上述三個因素各選三個水平，其余的材料用量在每組實驗中保持不變，水平表見表2： </p><p><b>　　表2因素水平表 </b></p><p><b>　　水平 因素 </b></p><p>　　A．水膠比 B．膠凝材料（kg） C．粉煤灰（

11、%） </p><p>　　1 0.37 550 0.45 </p><p>　　2 0.35 500 0.40 </p><p>　　3 0.33 450 0.35 </p><p>　　在因素水平表中，水膠比表示水與膠凝材料（水泥+粉煤灰）用量的質(zhì)量之比值，膠凝材料是水泥和粉煤灰總量；粉煤灰表示粉煤灰用量占膠凝材料的百分比。 </p

12、><p>　　本實驗考慮了三個因素和各因素的三個水平，選用正交表L9(34)，編制成實驗方案，實驗方案見表3： </p><p>　　表3L9(34)實驗方案表 </p><p>　　所在列 1 2 3 4 </p><p>　　因素 水灰比 膠凝材料 粉煤灰 </p><p>　　實驗1 0.37(1) 550(1) 0

13、.45(1) 1 </p><p>　　實驗2 0.37(1) 500(2) 0.40(2) 2 </p><p>　　實驗3 0.37(1) 450(3) 0.35(3) 3 </p><p>　　實驗4 0.35(2) 550(1) 0.40(2) 3 </p><p>　　實驗5 0.35(2) 500(2) 0.35(3) 1 <

14、;/p><p>　　實驗6 0.35(2) 450(3) 0.45(1) 2 </p><p>　　實驗7 0.33(3) 550(1) 0.35(3) 2 </p><p>　　實驗8 0.33(3) 500(2) 0.45(1) 3 </p><p>　　實驗9 0.33(3) 450(3) 0.40(2) 1 </p><

15、;p><b>　　3.原材料的選用 </b></p><p>　　本實驗選用材料如下： </p><p><b>　?。?）水泥： </b></p><p>　　采用重慶拉法基 PO 42.5R 級普通硅酸鹽水泥。 </p><p>　　其物理性能及化學(xué)成分分別見表4和表5： </p&g

16、t;<p>　　表4 重慶拉法基 PO 42.5R 物理性能 </p><p><b>　　初凝 </b></p><p><b>　　時間 終凝 </b></p><p>　　時間 安定性 抗折強度(MPa) 抗壓強度(MPa) 表觀密度(kg/m3) 細度 </p><p>　　3

17、d 28d 3d 28d </p><p>　　175min 225min 合格 6.4 9.6 31.6 58.6 3100 0.5 </p><p>　　表5 重慶拉法基 PO 42.5R 水泥化學(xué)成份 </p><p>　　化學(xué)成分 SiO2 Fe2O3 Al2O3 CaO MgO SO2 總堿量 </p><p>　　百分比 22.5

18、 2.91 4.46 64.74 1.47 2.39 0.81 </p><p>　?。?）細集料：采用洞庭湖砂。 </p><p>　　表6 砂子的物理指標 </p><p>　　表觀密度(kg/m3) 堆積密度(kg/m3) 含泥量（%） 空隙率（%） </p><p>　　2600 1490 1.2 3100 </p>&

19、lt;p><b>　　表7 砂子級配 </b></p><p>　　篩子尺寸（mm） 分計篩余(%) 累計篩余(%) 篩分結(jié)果 </p><p>　　4.75 3.81 3.81 </p><p><b>　　M=2.31 </b></p><p><b>　　中砂 </b&g

20、t;</p><p>　　2.36 6.14 9.95 </p><p>　　1.18 13.51 23.46 </p><p>　　0.6 12.67 36.13 </p><p>　　0.3 38.72 74.85 </p><p>　　0.15 22.27 97.12 </p><p>　

21、?。?）采用普通石灰?guī)r碎石，粒徑 6～16mm 。 </p><p><b>　　表8 石子級配 </b></p><p>　　篩子尺寸（mm） 分計篩余(%) 累計篩余(%) 篩分結(jié)果 </p><p>　　2.36 0.4 0.4 </p><p><b>　　連續(xù)級配， </b></p&

22、gt;<p><b>　　級配良好 </b></p><p>　　4.75 0.9 1.3 </p><p>　　9.5 38.7 40.0 </p><p>　　13.2 44.4 84.4 </p><p>　　19 15.6 100 </p><p>　?。?） 減水劑：重慶健

23、杰JJC-PC-40 聚羧酸高性能減水劑。 </p><p>　　（5）粉煤灰：重慶珞璜電廠I級粉煤灰，粉煤灰化學(xué)成分及物理性質(zhì)如表9 。 </p><p>　　表9 粉煤灰化學(xué)成分及物理性質(zhì) </p><p>　　燒失量 含水量 SiO2 Al2O3 CaO MgO K2O Na2O SO2 </p><p>　　3.5 <1 44.

24、36 22.91 13.59 2.65 1.40 0.48 2.80 </p><p>　　4.試驗方法及結(jié)果 </p><p>　　由于水膠比，膠凝材料用量，粉煤灰用量的不同導(dǎo)致本實驗的的工作量較大，本實驗采用正交設(shè)計[2]的方法,在試驗設(shè)計時根據(jù)正交性從全面的實驗中挑選出部分有代表性的點進行設(shè)計，這些有代表性的點具備“均勻分散，齊整可比”的特點，大大減少了試驗的工作量。 </p&

25、gt;<p>　　每組試驗按照 《JGJ/T 283-2012 自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》附錄A1中所規(guī)定的操作方法操作，測試指標包括：坍落度、擴展度、L形儀指標[3] [6]，主要考察目標是坍落度和擴展度，因此僅給出這兩項測試結(jié)果，見表10： </p><p>　　圖1 自密實混凝土擴展度 表10自密實混凝土工作性能測試結(jié)果 </p><p>　　所在列 實驗結(jié)果（mm）

26、</p><p>　　因素 坍落度 擴展度 </p><p>　　實驗1 250 800 </p><p>　　實驗2 280 705 </p><p>　　實驗3 270 710 </p><p>　　實驗4 268 720 </p><p>　　實驗5 255 720 </p>

27、<p>　　實驗6 260 650 </p><p>　　實驗7 250 670 </p><p>　　實驗8 265 690 </p><p>　　實驗9 250 725 </p><p>　　5.試驗結(jié)果及分析 </p><p><b>　　5.1均值分析 </b></p&g

28、t;<p>　　對實驗結(jié)果進行直觀分析，首先計算均值，均值反應(yīng)各水平相應(yīng)工作性能的平均值，進而得出各因素隨著水平的變化對工作性能的影響規(guī)律；均值計算結(jié)果并將計算結(jié)果繪制圖中，分別見表11、圖2和圖3。 </p><p>　　表11均值計算結(jié)果 </p><p>　　所在列 1 2 3 4 </p><p>　　水膠比 膠凝材料 粉煤灰 </p&g

29、t;<p>　　坍落度 均值k1 267 256 258 252 </p><p>　　均值k2 261 267 266 263 </p><p>　　均值k3 255 260 258 268 </p><p>　　擴展度 均值k1 738 730 713 748 </p><p>　　均值k2 697 705 717 675

30、</p><p>　　均值k3 695 695 700 707 </p><p>　　圖2：坍落度均值計算結(jié)果 </p><p>　　由坍落度均值計算結(jié)果可得出以下結(jié)論： </p><p>　　1）在本實驗中，坍落度是隨著水膠比的增加而增加，原因是水的用量比較多； </p><p>　　2）隨著膠凝材料的用量的增加，坍

31、落度先增加后降低，用量在500kg時，坍落度為最大。主要原因是膠凝材料用量少，不能充分包裹、潤滑粗、細骨料，使得屈服剪切應(yīng)力τ0 過大，而塑性粘度η的數(shù)值不變，故而剪切應(yīng)力τ的，混凝土抵抗粗骨料與水泥砂漿相對移動的能力弱，所以導(dǎo)致擴展度減少[5]。 </p><p>　　3）坍落度在粉煤灰用量在40%時達到最大，粉煤灰用量在35%～40%之間時，混凝土拌合物的擴展度呈上升趨勢，超過40%時坍落度下降，摻入適量的粉

32、煤灰可起到一定的減水作用。這是因為粉煤灰顆?；臼怯刹Ａw及極少數(shù)碳粒組成，這些球狀玻璃體能顯著降低混凝土拌合物的屈服剪切應(yīng)力，從而提高拌合物的流動性。 </p><p>　　圖3 擴展度均值計算結(jié)果 </p><p>　　由擴展度均值計算結(jié)果可以得出一下結(jié)論： </p><p>　　1）擴展度是隨著水膠比的增加而增加的，但在0.33~0.35時，幾乎沒增加，原因為

33、在此兩個水膠比，水的用量不足，造成水泥的水化反應(yīng)不夠充分； </p><p>　　2）擴展度隨著膠凝材料用量的減少而減少，原因為膠凝材料用量少，不能充分包裹、潤滑粗、細骨料，使得屈服剪切應(yīng)力τ0 過大，而塑性粘度η的數(shù)值不變，故而剪切應(yīng)力τ的，混凝土抵抗粗骨料與水泥砂漿相對移動的能力弱，所以導(dǎo)致擴展度減少。 </p><p>　　3）擴展度在粉煤灰的用量為40%時達到最大，主要原因是當粉煤

34、灰用量較少時，粉煤灰與水泥發(fā)生二次水化反應(yīng)生成的類似水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等凝膠物質(zhì)較少，水泥還有剩余，剩余的水泥在拌合物中易產(chǎn)生水泥顆粒粘聚，從而使得τ0沒有達到最小值故混凝土的擴展度是呈上升趨勢。粉煤灰用量在40%～45%之間時，拌合物的擴展度則呈下降趨勢，在這一段區(qū)間內(nèi)粉煤灰有所剩余，剩余的粉煤灰則游離在拌合物中，由粉煤灰的“形態(tài)效應(yīng)”，可知剩余粉煤灰使得混凝土的粘性增加，η值增大，故混凝土的擴展度也隨之降低[4]。 </p

35、><p><b>　　5.2極差分析 </b></p><p>　　極差的計算是由各列的數(shù)據(jù)中最大值與最小值的差值，極差反映的是實驗中相應(yīng)因素作用的大小，某因素的極差值越大，它的三個水平對強度造成的差別就大，也即是重要的因素。將本實驗極差結(jié)果匯于表6。 </p><p>　　表12 極差分析結(jié)果 </p><p>　　所在列

36、 1 2 3 4 </p><p>　　水膠比 膠凝材料 粉煤灰 </p><p>　　坍落度 極差R 12 11 8 16 </p><p>　　擴展度 極差R 43 35 17 73 </p><p>　　從表中極差值可以得出如下規(guī)律： </p><p>　　水膠比對擴展度的影響最大； </p>&l

37、t;p>　　水膠比對坍落度的影響最大。 </p><p><b>　　6.結(jié)論 </b></p><p>　　1）水膠比對自密實混凝土的坍落度和擴展度影響最大； </p><p>　　2）水膠比對坍落度的影響規(guī)律為隨水膠比的增加而增加；對擴展度的影響規(guī)律為，水膠比較小時影響，水膠比的增加，擴展度變化不大，0.35~0.37時影響增大； &

38、lt;/p><p>　　3）膠凝材料對坍落度的影響是隨膠凝材料用量增加，擴展度現(xiàn)增加后降低，500KG是最大；對擴展度的影響是隨膠凝材料用量增加而增加。 </p><p>　　4）粉煤灰對坍落度和擴展度的影響均為先增加后降低，二者都在粉煤灰用量在40%時達到最大； </p><p>　　5）本實驗最優(yōu)配合比組合為：水膠比0.37，膠凝材料用量500kg,粉煤灰用量40%

39、。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1] 龐超明，秦鴻根，何宏榮等. 影響自密實混凝土性能的因素探討. 商品混凝土[J].2005（6） </p><p>　　[2] 俞然剛，陳金平，肖光輝等.自密實混凝土配合比設(shè)計及其正交試驗研究.工程科技II建筑科學(xué)與工程. 工業(yè)建筑 2005.S1 </p&g

40、t;<p>　　[3]《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》[s].JGJ/T 283: 2012. </p><p>　　[4] 張啟豪. 自密實混凝土強度、流動性的影響因素研究[J]. </p><p>　　[5] 劉偉強.自密實混凝土流變性能與強度試驗研究[D]. 北京交通大學(xué).2010. </p><p>　　[6] 王國杰,鄭建嵐,李軼慧.&#