自密實(shí)混凝土坍落度擴(kuò)展度的影響因素

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

2、律為隨水膠比的增加而增加；對(duì)擴(kuò)展度的影響規(guī)律為，水膠比較小時(shí)影響，水膠比的增加，擴(kuò)展度變化不大，0.35~0.37時(shí)影響增大； </p><p>　　3）膠凝材料對(duì)坍落度的影響是隨膠凝材料用量增加，擴(kuò)展度現(xiàn)增加后降低，500KG是最大；對(duì)擴(kuò)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(duì)坍落度和擴(kuò)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(shí)達(dá)到最大；

3、</p><p>　　5）本實(shí)驗(yàn)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(shí)混凝土擴(kuò)展度 水膠比 膠凝材料 粉煤灰 正交設(shè)計(jì) </p><p>　　中圖分類號(hào)：TU37文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p>　　基金項(xiàng)目：國家國際科技合作項(xiàng)目（2011DFA83300） <

4、;/p><p>　　作者簡(jiǎn)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(shí)混凝土指混凝土拌合物在自身重力作用下，能夠流動(dòng)、密實(shí)，即使存在致密鋼筋也能完全填充模板，同時(shí)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(dòng)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(shí)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(shí)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(duì)自密實(shí)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(qiáng)度混凝土，對(duì)C40以下低標(biāo)號(hào)自密實(shí)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(shí)混凝土力學(xué)性能和工作性能的試驗(yàn)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(jì)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(qiáng)度自密實(shí)混凝土(C35)，利用正交試驗(yàn)方案，以新拌混凝土的坍落度，擴(kuò)展度，3d、7d和28d強(qiáng)度為考核指標(biāo)，進(jìn)行了大量試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析，得出了水膠比、膠凝材料、粉煤灰用量對(duì)拌合物工作性的主次關(guān)系，最后根據(jù)綜合平衡法

7、，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合分析，成功配制出了坍落度≥260mm，擴(kuò)展度≥600mm，中邊差≤25mm，28d抗壓強(qiáng)度滿足配制要求的高流態(tài)免振搗的低強(qiáng)度自密實(shí)混凝土。 </p><p><b>　　2.試驗(yàn)設(shè)計(jì) </b></p><p>　　混凝土配合比的設(shè)計(jì)一般采用絕對(duì)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(yàn)假定所配置的混凝土拌合物

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

9、石 細(xì)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(shí)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(shí)間的影響；對(duì)于本試驗(yàn)，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(biāo)為坍落度和擴(kuò)展度，以基準(zhǔn)配合比為基礎(chǔ)，對(duì)上述三個(gè)因素各選三個(gè)水平，其余的材料用量在每組實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)考慮了三個(gè)因素和各因素的三個(gè)水平，選用正交表L9(34)，編制成實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)驗(yàn)方案見表3： </p><p>　　表3L9(34)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)1 0.37(1) 550(1) 0

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

14、;/p><p>　　實(shí)驗(yàn)6 0.35(2) 450(3) 0.45(1) 2 </p><p>　　實(shí)驗(yàn)7 0.33(3) 550(1) 0.35(3) 2 </p><p>　　實(shí)驗(yàn)8 0.33(3) 500(2) 0.45(1) 3 </p><p>　　實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jí)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(shí)間 終凝 </b></p><p>　　時(shí)間 安定性 抗折強(qiáng)度(MPa) 抗壓強(qiáng)度(MPa) 表觀密度(kg/m3) 細(xì)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>　　（2）細(xì)集料：采用洞庭湖砂。 </p><p>　　表6 砂子的物理指標(biāo) </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(jí)配 </b></p><p>　　篩子尺寸（mm） 分計(jì)篩余(%) 累計(jì)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(jí)配 </b></p><p>　　篩子尺寸（mm） 分計(jì)篩余(%) 累計(jì)篩余(%) 篩分結(jié)果 </p><p>　　2.36 0.4 0.4 </p><p><b>　　連續(xù)級(jí)配， </b></p&

22、gt;<p><b>　　級(jí)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>　　（4） 減水劑：重慶健

23、杰JJC-PC-40 聚羧酸高性能減水劑。 </p><p>　?。?）粉煤灰：重慶珞璜電廠I級(jí)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(yàn)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(shí)驗(yàn)的的工作量較大，本實(shí)驗(yàn)采用正交設(shè)計(jì)[2]的方法,在試驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)正交性從全面的實(shí)驗(yàn)中挑選出部分有代表性的點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，這些有代表性的點(diǎn)具備“均勻分散，齊整可比”的特點(diǎn)，大大減少了試驗(yàn)的工作量。 </p&

25、gt;<p>　　每組試驗(yàn)按照 《JGJ/T 283-2012 自密實(shí)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(cè)試指標(biāo)包括：坍落度、擴(kuò)展度、L形儀指標(biāo)[3] [6]，主要考察目標(biāo)是坍落度和擴(kuò)展度，因此僅給出這兩項(xiàng)測(cè)試結(jié)果，見表10： </p><p>　　圖1 自密實(shí)混凝土擴(kuò)展度 表10自密實(shí)混凝土工作性能測(cè)試結(jié)果 </p><p>　　所在列 實(shí)驗(yàn)結(jié)果（mm）

26、</p><p>　　因素 坍落度 擴(kuò)展度 </p><p>　　實(shí)驗(yàn)1 250 800 </p><p>　　實(shí)驗(yàn)2 280 705 </p><p>　　實(shí)驗(yàn)3 270 710 </p><p>　　實(shí)驗(yàn)4 268 720 </p><p>　　實(shí)驗(yàn)5 255 720 </p>

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

28、t;<p>　　對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行直觀分析，首先計(jì)算均值，均值反應(yīng)各水平相應(yīng)工作性能的平均值，進(jìn)而得出各因素隨著水平的變化對(duì)工作性能的影響規(guī)律；均值計(jì)算結(jié)果并將計(jì)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(jì)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(kuò)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(jì)算結(jié)果 </p><p>　　由坍落度均值計(jì)算結(jié)果可得出以下結(jié)論： </p><p>　　1）在本實(shí)驗(yàn)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(shí)，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(xì)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(duì)移動(dòng)的能力弱，所以導(dǎo)致擴(kuò)展度減少[5]。 </p><p>　　3）坍落度在粉煤灰用量在40%時(shí)達(dá)到最大，粉煤灰用量在35%～40%之間時(shí)，混凝土拌合物的擴(kuò)展度呈上升趨勢(shì)，超過40%時(shí)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?yàn)榉勖夯翌w?；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(dòng)性。 </p><p>　　圖3 擴(kuò)展度均值計(jì)算結(jié)果 </p><p>　　由擴(kuò)展度均值計(jì)算結(jié)果可以得出一下結(jié)論： </p><p>　　1）擴(kuò)展度是隨著水膠比的增加而增加的，但在0.33~0.35時(shí)，幾乎沒增加，原因?yàn)?/p>

33、在此兩個(gè)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(kuò)展度隨著膠凝材料用量的減少而減少，原因?yàn)槟z凝材料用量少，不能充分包裹、潤滑粗、細(xì)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(duì)移動(dòng)的能力弱，所以導(dǎo)致擴(kuò)展度減少。 </p><p>　　3）擴(kuò)展度在粉煤灰的用量為40%時(shí)達(dá)到最大，主要原因是當(dāng)粉煤

34、灰用量較少時(shí)，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(dá)到最小值故混凝土的擴(kuò)展度是呈上升趨勢(shì)。粉煤灰用量在40%～45%之間時(shí)，拌合物的擴(kuò)展度則呈下降趨勢(shì)，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(kuò)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(jì)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(shí)驗(yàn)中相應(yīng)因素作用的大小，某因素的極差值越大，它的三個(gè)水平對(duì)強(qiáng)度造成的差別就大，也即是重要的因素。將本實(shí)驗(yàn)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(kuò)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(duì)擴(kuò)展度的影響最大； </p>&l

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

38、lt;/p><p>　　3）膠凝材料對(duì)坍落度的影響是隨膠凝材料用量增加，擴(kuò)展度現(xiàn)增加后降低，500KG是最大；對(duì)擴(kuò)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(duì)坍落度和擴(kuò)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(shí)達(dá)到最大； </p><p>　　5）本實(shí)驗(yàn)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(xiàn) </b></p><p>　　[1] 龐超明，秦鴻根，何宏榮等. 影響自密實(shí)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(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)及其正交試驗(yàn)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(shí)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(shí)混凝土強(qiáng)度、流動(dòng)性的影響因素研究[J]. </p><p>　　[5] 劉偉強(qiáng).自密實(shí)混凝土流變性能與強(qiáng)度試驗(yàn)研究[D]. 北京交通大學(xué).2010. </p><p>　　[6] 王國杰,鄭建嵐,李軼慧.&#