（材料学专业论文）自密实混凝土配合比设计及性能研究.pdf

a b s t r a c t a m o n g t h em a t e r j a l sm a n - m a d e ，c o n c f e t ei s0 n eo ft h em o s tw j d e l ya n d l a r g e l y u s e de c o n o m i c a lb u i l d i n go n e s c u r r e n t l y t h et e c h n o l o g yo ft h ec o n c r e t eh a st w 0 m a i nd i r e c t i o n ，o n ei st od e v e l 叩t h eh i g hs t r e n 分ha n dp e d b 皿a n c ec o n c r e t e ，a n d t h eo t h c rj st om a k eo r d i n a r yc o n c r e t eh i g h p e r f o m a n c e d ，s oa st op r 0 1 0 n gi t s 1 i f c - s p a i l 行o m4 0 巧0y e a f st o6 0 7 0y e a r s w i t ht h e 伊a d u a ld c v e l 叩m e n to f h e i g l l t o fb u i l d i n g sa n ds t e e lb a rc l o s e p a c k e d ，a sw e l la st h ed e m a n do ft l l eu n d e r g m u n d p r q e c t ，s e l f - c o m p a c t i n g c o n c r c t ei s 、o r k e do u t i ti se m b o d i m e mo ft h e h i 曲- p e r f o r c ec o n c r e t et h a tu n d e fi t so w nw e i 曲t ，s e l f - 锄p a c t i o nc c r c t ef l o w s j n t op l a c ea n da r o u n do b s t n j c t i o n st of i ht h ef o m w o r k c o m p l e t e l y 锄ds e l f - c o m p a c t ， w i t h o u ta n ys e g r c g a t i o na n db l o c b n g s e i f - c o m p a c t i n gc o n c r e t ec o t a i n e dal o wi a t i oo fw a t e rt oc e m e n t ，ah i g l i d o s a g eo fp o w d e r ，a sw e l la sah i g hd o s a g eo fs u p e r p l a s t i c i z e r ，e n s u r e sa d e q u a t e f i l l i n ga b i l i t y 孤dp a s s i n ga b i l i t i e s i no r d e rt 0r e a l i z et h er e 西o n a lr a wm a t e f i a l s m i x - d e s i 印e d ，1 1 l ee x p e r i m e n to fm o r t a r 锄o u n te n o u 曲t oc n a b l ec o n c r e t e s e l f - c o m p a c i i n ga i l dt h ei n t e m a t i o n a lr e l a t i o n s h i pb e 觚e e nt h er a wm a t e r i a l s ，s u c ha s t h ei n f l u e n c eo fc o a r s ea g 孕e g a t ev o l 啪eo nt h en u i d i t y ，t l l ei n f l u e n c eo ft h ec o a r s e a g 伊e g a t ed m a xa n dt h ef i n ea g 掣e g a t em xo nt h cm a 】( j m u mo fc o a r s ea g 掣e g a t e ，t h e i n n u e n c eo ft h ec o a r s ea g g r e g a t ed m a xa n dt h ef i n ea g 掣e g a t em xo nt h em i x - w a t e r r e q u i r e m e n t ，t h ei n n u e n c eo ff u m em i n i m u ma m o u n t t h ew o r k a b i l i t yo f 丘e s h c o n c r e t e ，a r es t u d i e di nt h i sp 印e lt 1 l em i x t l l r ei nw h i c ht h ef i x e dv 0 1 啪ec o a r s e a g 掣e g a t ei sp a c k e dw i t hm o n a ri sd e s i g n e di nt h i sp a p e lt 1 l em a i nf e a t u r eo ft h i s n e wm e t h o di st h a tt h ew o r k a b i l i t yo f 丘e s hc o n c r e t ei sd e s i 印e dt l l r o u 曲t h ec o n t m l o fr h e o l o g i c a lp m p e n i e sa dv o l u m eo ff r c s hm o n a ru n d e rt h ec o n d i t i o nt h a tt h e m i x t u r es 仃e n 百hi sd e c i d e db yw a t e 卜c e m e n tm t i o a d j u s t m e n tm a r g i nc o e 彤c i e n to f m o r t a l t 1 l i s p a p e r d e v o t em u c ho nt h e p e r f b 肌a n c e o ft h e s e l f c o m p a c t i n g h j g h - p e r f b 加a i l c ec o n c r e t e ， i nv i r t u eo ft h et e s t so nt h ew o r k a b i l i t yo ft h e s e l f _ c o m p a c t i n gc o n c r e t e ，s u c ha ss l u m p ，u - b o xa i l dl 广b o xa l o n gw i t ht h em e t h o do f m i xd e s i g n ，a i l dt h er e s u l td e s i t a b l yv e r 王f i e st h ev a l i d j t yo ft h em e t h o do ft l l em i x d e s i g na d o p t e di nt h i sp a p e r i i i nc o n c l u s i o n ，c o m p a r cw i t ht h eo r d i n a r yc o n c r c t e ，s o m et e s t so nt h ed u r a b i l i t y o ft h es e l f _ c o m p a c t i n gc o n c r c t eh a v eb e e n d o n ei nt h i sp a p e r i n d u d i n gc a r b o n i z a t i o n ， i m p e m e a b i l i t y e t c s i 砌a r l y t h er e s u l ti ss a t i s f y i n g k e yw o r d sw o r k a b i l i t yo fc o n c r e t e ；m a 画nc o e 彤c i e n to fm o r t a r ；m i x t u r ed e s i g n ； s 专l f - c o m p a c t e dc o n c r e t e i i i 1 1 课题提出的背景 第1 章绪论 在人类进入2 1 世纪的今天，要进一步可持续发展，面临着人口膨胀、环境 恶化和资源短缺三大问题。材料科学技术要获得可持续发展，除了对材料的技术 性和经济性提出要求外，还要求它具有环境协调性，即从省能源、省资源、高耐 久性与再利用的角度出发开发新材料。 混凝土材料是人类文明建设中不可缺少的物质基础。早在2 0 0 0 年以前，罗 马人就曾经有用石灰石、火山狄混合物建造许多规模宏伟的建筑物的记录，至今 该建筑物保存完好。1 9 9 8 年全世界混凝土的生产量约为2 8 亿立方米。2 0 0 0 年我 国水泥混凝土的用量达到2 0 亿立方米。这需要消耗水泥5 亿多吨，砂石3 0 亿多 吨。而每生产一吨水泥又要消耗1 1 0 吨石灰石，o 2 5 吨黏土，1 1 5 k g 础蔓j ! l 毯 x 北京工业大学工学硕士学位论文 混凝土脱离了单纯的高强范围，而转向高耐久性、大流动性、超高强泵送自密实 不振捣等高性能混凝土【1 2 】。 当前，混凝土技术发展有两个重要方向：一是发展高强度、高性能混凝土， 也就是通常所说的h p c ；二是使普通混凝土高性能化，使其使用寿命由4 0 5 0 年延长至6 0 7 0 年。免振捣自密实混凝土通过混凝土自身的流动性和填充性， 使混凝土获得密实，这也是高性能混凝土的一种体现。 1 。2 混凝土的研究现状 1 2 1 自密实高性能混凝土的研究现状 在混凝土的发展史上，曾出现过三次飞跃，一是钢筋混凝土的普及，二是 预应力混凝土的推广，三是外加剂的应用，大大增强了混凝土材料的生命力。美 国2 咖年混凝土委员会对混凝土材料提出的希望是：新型混凝土应是不开裂、耐 化学腐蚀、耐高温、高抗渗、高抗拉强度、高拉压比、在负温下硬化，尤其是在 施工性能上能达到自密实、可调凝的目的。2 0 0 0 年9 月美国混凝土行业战略研究 委员会在“未来3 0 年混凝土行业展望”中指出：在合理的应用环境下，将普遍采用 自密实和自找平混凝土。1 8 0 年来，由于施工工艺的需要，混凝土技术的发展经 历了从塑性混凝土到干硬混凝土、现在又回到塑性及自密实混凝土的一系列变 革。在水泥混凝土技术发展的初期，采用干硬性混凝土建造大体积的建筑物，用 人工捣实方法使混凝土密实。当采用钢筋混凝土以后，采用塑性、易成型的混凝 土，这样的混凝土强度和耐久性都不够稳定。后来，随着振动捣实机械的使用， 干硬性混凝土得到了很大的发展，这比手工振捣的塑性混凝土能节约水泥，提高 强度和耐久性，但施工时能耗大、劳保条件差、工效低，不能适应建设工程迅速 发展的需要。因此，随着外加剂的兴起，干硬性混凝土在现浇混凝土工程中的应 用日益减少，采用外加剂的塑性混凝土重新得到了普遍推广。 近年来，高效减水剂的出现使配制自密实混凝土成为了可能，由于使用自密 实混凝土可以改善混凝土的旌工性能和降低劳动成本，有利于环境保护，同时还 能提高硬化后混凝土的力学性能和耐久性能，因此世界各国都非常重视该项技术 的开发和利用。自密实混凝土最早是在2 0 世纪后期由前联邦德国研制出来的， 后来传至英国、美国、加拿大和日本等国，使用量也迅速增加起来。现在，在这 第1 章绪论 些国家自密实混凝土的使用量已占混凝土全部产量的3 0 4 0 。在我国，高 效减水剂的开发较晚，自密实混凝土的研究时间也较短，在实际工程中的应用还 不是很多。 在德国，由于采用了自密实混凝土，改善了施工性能，降低了混凝土在浇筑、 振捣时所需的动力，从而降低了造价，提高了工效，减少了劳动量并缩短了工期。 在日本，采用自密实混凝土可以减少单位用水量和水泥用量，从而在不改变原有 的泵送施工方案的情况下能大幅度地提高混凝土的质量，如：减少干燥收缩， 防止混凝土开裂；减少混凝土的泌水和离析；获得抗渗性和耐久性更好的混 凝土。随着中国西部的大开发，道路桥梁、水工大坝、铁路设施等混凝土工程量 迅速增加。这些工程都是在野外比较困难的条件下施工的，工程进度的效率和连 续性成了最为关键的问题。自密实混凝土正是解决这些问题的最有效材料【3 1 。 因而，被誉为“绿色混凝土”的自密实混凝土成为未来混凝土向高性能发展的 方向之一。 为了保证混凝土浇注之后的均匀性，自密实混凝土必须有良好的和易性和保 水性。如果和易性不好，由于混凝土组成材料的比重差异和浆体特性的原因，在 混凝土宏观流动过程中和流动停止后，有颗粒较大的骨料继续在浆体里下沉的现 象，会使大颗粒的骨料堆积，阻止后面的混凝土的通过，造成结构缺陷，以及出 现整体不均匀的现象，影响硬化混凝土的力学性能，给整体结构造成隐患。 因此为了保证混凝土结构均匀性，除了必要的力学性能和体积稳定性以外， 必须对混凝土配合比进行优化，确保混凝土有良好的流动性和粘聚性，使混凝土 拌和物达到流体的状态，在搅拌运输和浇注过程中避免出现离析、泌水、分层等 现象。 1 2 2 自密实混凝土配合比的研究现状 配制混凝土首先要确定混凝土配合比。混凝土配合比设计方法一般都是先计 算，再试配调整，因此，配合比计算是确定混凝土配合比的第一个环节。自密实 混凝土配合比与普通混凝土配合比有很大差别，现在自密实混凝土配合比设计计 算方法有全计算法、经验推导法、固定砂石体积含量法等【4 、5 “】。 根据混凝土密实体积法则：混凝土的组成是以石子为骨架，以砂子填充石子 北京工业大学工学硕士学位论文 之间的空隙，又以浆体填充砂石空隙，并包裹砂石表面，以减少砂石之间的摩擦 阻力，保证混凝土具有足够的流动性。众多研究工作者尝试通过测试水泥浆体的 流变性能来反映混凝土的工作性，然而由于颗粒体系组成上的重大差别，很难找 到他们之间的对应关系。许多研究表明砂浆的工作性和新拌混凝土工作性之间关 系密切。因此本研究从新拌混凝土富余砂浆量来考虑混凝土配合比。 国内外研究者们按照预定的目标，根据试验、经验和一定的数学方法提出了 一些配合比，这些配合比比较零散，而且研究者一般只对配合比的设计提出一些 原则而较少对配合比的由来加以介绍。由于原材料和配制工艺以及工作性评价方 法的差异，人们得到的配合比数据差异较大，进行试验验证的复演性差。虽然， 在任何情况下都能通用的混凝土配合比是不存在的，但针对自密实高性能混凝土 特点和规律的配合比计算方法应该是能够找到的，探讨自密实高性能混凝土配合 比计算方法对自密实混凝土的研究和应用有着重要的意义。 自密实混凝土配合比设计的一般原则是：要求拌合物具有很高的坍落度， 能自行密实，而且不产生离析；满足所要求的强度和耐久性。 当前自密实混凝土配合比设计方法有以下几种： 1 ) 全计算法和改进的全计算法 二者的基本观点为： 混凝土组成的材料( 包括固、气、液三项) 具有体积加和性：干砂浆填充石 子的空隙，水填充于砂浆的空隙，干砂浆由水泥、细掺合料和空气所组成。 ( 1 ) 全计算法使混凝土强度得以保证，但在计算水灰比时根据保罗米公式 求出，该公式是根据混凝土的耐久性和强度计算的水灰比公式，然后，根据工程 需要试配、调试确定水灰比及配合比。 ( 2 ) 全计算法认为混凝土中石予的空隙由于砂浆填充，而计算仍是按质量 计算的，没有考虑到原材料的区域性差别，例如：山砂、河砂及机制砂表观密度、 粒形等差别很大。也没有考虑到自密实混凝土中粗骨料的悬浮要求，由此计算的 细集料的量偏小，用于自密实混凝土造成砂浆的稠度不足，无法提供足够的悬浮 力，使相关集料下沉，混凝土抗分离性能差。 2 ) 固定砂石体积含量法和经验推导法 ( 1 ) 固定砂石体积含量配合比方法是设定石子的松堆体积知石子的用量和 砂浆的含量；再设定砂浆中砂体积含量得到砂用量和浆体含量；最后由水胶比和 北京工业大学工学硕士学位论文 1 4 论文主要研究内容 本文主要研究适应不同性能原材料的自密实混凝土配合比设计计算方法及 新拌混凝土的性能等。主要包括： 1 ) 最大粒径不同级配的粗骨料对混凝土需水量的影响。 2 ) 不同细度模数的细骨料对混凝土需水量的影响。 3 ) 自密实混凝土粗骨料的最大用量试验。 4 ) 自密实混凝土胶凝材料、粗骨料及用水量用量范围的确定。 5 ) 自密实混凝土最佳浆骨比范围的确定。 6 ) 自密实混凝土最少粉料用量的确定。 7 ) 自密实混凝土配合比设计计算方法的建立及验证。 8 ) 自密实混凝土的基本性能试验。 第2 章原材料和主要试验方法 2 2 2 混凝土物理力学。陛能( 抗压、轴压、抗折) 混凝土的力学性能试验按照g b 5 0 0 8 1 普通混凝土力学性能试验方法 进行。 混凝土的抗压强度采用尺寸为1 0 0 l i i l m 1 0 0 m m 1 0 0 m m 的模具；混凝土的轴 压强度采用的尺寸为1 0 0 | i n m 1 0 0 l i n m 3 0 0 m m 的模具；混凝土的抗折强度采用尺 寸为1 0 0 | i l l m 1 0 0 m m 4 0 0 | l i l m 的模具。 2 2 3 混凝土的耐久- 陛 ( 1 ) 混凝土的抗碳化性能 混凝土抗碳化性能试验依据g b j 8 2 8 5 。采用1 0 0 l i n m 1 0 0 l l l l m 1 0 0 m m 的立 方体试件进行试验，标准养护至2 6 天取出，然后在6 0 温度下烘干4 8 h 。碳化 箱体内c 0 2 浓度为( 2 0 3 ) ，湿度为( 7 0 5 ) ，温度为( 2 0 5 ) 。 ( 2 ) 混凝土抗裂性能 本试验试件采用砂浆制作椭圆型试件，标准养护箱养护一天后取出，然后在 试件表面用6 b 铅笔涂一层导电带，接入五路水泥裂缝监测仪，在室内环境进行 试验，温度大约为2 0 5 ，湿度约为3 0 5 。 ( 3 ) 混凝土的抗渗性 混凝土的耐久性能很大程度上取决于混凝土的抗渗性能，因此混凝土的抗渗 性能在评价其耐久性方面尤为重要，本研究抗渗性试验依据g b j 8 2 8 5 。采用顶 面直径为1 7 5 m m ，底面直径为1 8 5 m m ，高度为1 5 0 m m 的圆台体抗渗试件，标 养2 8 天进行试验。 ( 4 ) 混凝土的抗渗透性 本试验采用n e l p d 型混凝土渗透性检测系统，根据清华大学路新瀛博士 发明的用氯离子扩散系数评价混凝土渗透性的专利方法而开发生产的高级混凝 土渗透性检测仪，适用于各种硅酸盐水泥混凝土的渗透性检测。 试验步骤：a 溶液配制用分析纯n a a 和蒸馏水搅拌配制4 m o l 几的n a a 盐溶液，静止2 4 小时备用；b 试样制备将标养2 8 天的混凝土试件切割成 1 0 0 l i n m 1 0 0 m m 5 0 m m 的试样( 试样厚度至少要大于一倍最大骨料粒径) ，上下 表面平整，不得有浮浆层；c 真空饱盐当真空室的真空度达到0 0 8 m d a 后，保 北京工业大学工学硕士学位论文 持4 6 小时，之后，关闭真空室的抽气球阀，打开注水开关，将水或盐溶液引 入真空室，当液位指示灯熄灭时，立即关闭注水开关，然后再打开抽气开关，抽 真空至一o 0 8 m p a ，保持1 2 小时，关闭抽气开关和真空泵( 也可不关闭) 。静停 至自开始抽真空时计2 4 小时止，放气、取样、准备检测；d 扩散系数的测定将 试样放入夹具的两紫铜电极间，用舢吓测试软件检测混凝土中的氯离子扩散系 数；e 数据处理将每一试样中相差在5 以内的数据进行平均，作为该试样的测 定值：将三块平均试样的测定值中与平均值相差在1 5 以内的数值进行平均，作 为测试混凝土中的离子扩散系数值；若三块平行试样的测定值与平均值相比均超 过1 5 ，则需重新进行检测；渗透性评价利用所测混凝土中的氯离子扩散系 数值按表2 1 3 进行混凝土渗透性评价。 表2 1 3 混凝土渗透性评价标准 t a b l e 2 1 3 p 堪s e s s m e n ts t a n d a r d sa b o u tp e t r a t i o n p r o p e r t yo f c o n c r e t e 氯离子扩散系数( 1 0 - “m 2 s ) 混凝土渗透性 1 0 0 0 5 0 0 1 0 d 0 1 0 0 5 0 0 5 0 1 0 0 1 0 5 0 5 1 0 t 。时，则拌合物产生流动。没 有水泥浆时，f = o ，为散体，t 。= q t a w 。当水泥浆很多时，摩擦系数t 如y 明显下 降，亦即内摩擦阻力下降，趋于o ，这时t 。= f ，与流态混凝土相似。在振动作 用下，内摩擦阻力q t a n 丫下降，f 降低，这对t 。一0 ，混凝土拌合物开始流动，变 成重质液体。 第5 章新拌混凝土工作性 图5 3 剪切应力与变形速度曲线 f i g 5 - 3n ec l l e0 fs h e a i i n gs t r e s sa n dd e f 0 咖a n o nv e l o d 哆 对于自密实混凝土，因为胶凝材料总量较大，故t a 埘很小，亦即内摩擦阻 q t a n 丫一o ；另外，由于高效减水剂的分散作用与粉煤灰微细颗粒的滚珠作用，使 拌合物的内部粘着力f 大大下降，因此t 。= q t a n 丫+ f 很小。此时t = g ”t 。，即 拌合物在自重作用下，勿需振动就可以自由流动、自动密实。 塑性粘度t 1 ，是混凝土拌合物固有的一种内摩擦阻力。拌合物在变形流动过程 中t t 。= t 1dr d t ，在新拌混凝土拌合物中由于减水剂和矿物粉体的掺入使1 1 减 小，因此在混凝土浇注后初始一段时间内d r d t 增大，即拌和物的平均流速增加， 故拌合物的初始流速较大。在混凝土拌合物变形流动的过程中，由于t = g ，而 g 逐渐减小，则dr d t 也相应减小，即平均流速减小。当g 减小到t 。即t = g = t 。 时，d r d t = 0 ，此时混凝土拌合物停止变形流动。由于t 。很小，矿物粉体的加入 使得高效减水剂与水泥的相容性改善【3 1 】，使混凝土拌合物的t 1 保持较小值，所以 在一四周无制约的平面上，混凝土拌合物可以流动较长距离，且勿需外力而可自 密实。 5 3 3 混凝土的填充性 混凝土的填充性是指，无论是振动密实混凝土，还是自密实混凝土拌合物通 过钢筋间隙等狭窄空间流到模板各个角落不被阻塞而均匀填充的性能。在配筋密 集、模板形状复杂的情况下，流动性不足的混凝土填充能力差。随着新拌混凝土 中自由水量的增加，流动性能增加，填充性能随之提高；但是，随着自由水量增 加，会使混凝土产生流动性增加而粘聚性不足的情况，此时粗骨料会在钢筋障碍 4 7 北京工业大学工学硕士学位论文 处受阻，填充性能不再提高，甚至降低。因此，高性能混凝土，特别是自密实混 凝土不能只考虑其流动性。流动性很大的混凝土不一定具有良好的填充性。 图5 4 是混凝土拌合物中粗骨料通过钢筋障碍时的受力分析【“，在正应力的 作用下，由于粒子间距减小，自由水被挤出，导致粗骨料之间的刚性接触，从而 增加了摩察阻力。塑性粘度适当的浆体，由于其保水作用，自由水被约束，从而 粗骨料表面的溶剂化膜不会被释放而脱离粗骨料表面，因而粗骨料之间是通过溶 剂化膜之间的柔性接触，从而控制了粒子之间的摩擦阻力，减小了粒子之间的剪 应力。减小抗剪能力不仅能提高变形能力，而且提高了抗离析性能。同时，浆体 适当的塑性粘度，增加了对粗骨料的约束能力，减小粗骨料沉降引起的拌合物稳 定性的降低。 图5 4 新拌混凝土浇注过程中受力分析 f i g 5 - 4n es t r c s s 柚a l y s i so f 疵s hc o n c r e t ed u r i n gc a s t i n g 尽管不同材料组成的砂浆或混凝土可能具有相同的变形能力，但却不可能具 有相同的抗阻塞能力。这是因为代表变形能力的稠度试验是在自由状态下进行 的，将其看作均匀的黏性液体进行评价，而且在试验过程中，试验人员了解的测 试参数少，也就是说，我们的测试手段没有明确反映新拌混凝土的性能。在实际 工程应用中，当砂浆或混凝土流过较小的空隙或较大的障碍物时，会产生不均匀 变形。在流动方向被迫突然改变的区域，会发生局部变形或离析。所以，对于现 在的工程结构而言，只测试自由状态下新拌混凝土的坍落度已经不具有实际意 义，模拟现场旋工条件又适用于一般条件的混凝土工作性测试方法的u 型仪和l 型仪具有重要的现实意义。 图5 5 所示为影响混凝土拌合物性质的主要因素、形变能力、抗离析关系及 其协调的模式。按照流动性和抗离析性的矛盾统一关系可以找到填充性能最好的 拌合物【2 7 】。 大 流 动 性 变 形 性 一 小 荇茅套 淞篡蝴- 膏 大 抗 离 析 性 小 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + 小( 大) 配合比要素大( 小) 图5 5 配合比与形变能力、抗离析能力之间的关系概念图 f i g 5 - 51 1 l er e l a t i o n s h i pa m o n g m i xp r o p o r i j o n ，d e f 0 皿a t i 彻a n dm s i s ts e g r c g a t i o n 5 3 4 新拌混凝工作性的判定方法及依据 由于混凝工作性的重要性，长期以来，从事混凝土科技的工作者对工作性 的评价与测试方法的研究做了不懈的努力，不断有新的方法和仪器出现。现在把 各国普遍采用或受到重视的一些新拌混凝土工作性的评价方法概述如下： ( 1 ) 坍落度试验 这种试验方法是世界各国普遍使用的混凝土稠度测试方法。该方法是测量截 头圆锥模中的新拌混凝土试体在模子去除前后的高度之差，其值的大小主要与拌 合物的屈服应力有关。由于标准坍落度试验法对于稍不正规的操作相当敏感，所 以需要一定的技巧，并且要仔细。同时，对于贫混凝土而言，坍落度并不能测出 稠度不同的两种拌合物的差异性来；对于高流动性的拌合物，测得的简单的坍落 度数值更不能确切反映新拌混凝土的优劣，而且稠度不同的拌合物也可能测得相 同的坍落度值，即坍落度和混凝土拌合物不存在一一对应关系，随着高性能混凝 土的迅速发展和大流动性混凝土的广泛应用，坍落度试验方法的局限性日益突 出。 ( 2 ) 通过性试验 l 型箱和u 型箱根据骨料的最大粒径选择不同间距的障碍，做其条件下新 拌混凝土的通过性试验( 箱体的内外高度差) 。 北京工业大学工学硕士学位论文 ( 1 ) 匀质性试验 做l 型箱和u 型箱通过性试验时，测不同高度上混凝土中粗骨料的含量。混 凝土混合物匀质性系数： b 2 ( m b - m t ) m b( 5 4 ) 式中：8 一一混凝土混合物匀质性系数： m b 一一基体混凝土混合物粗骨料含量； m 。一一被测混凝土混合物粗骨料含量。 注：做匀质性试验时5 m m 以上归为粗骨料。 ( 4 ) 在本试验中为了方便测混凝土的工作性，采用了不加障碍的l 型仪试验，测 其内外高度差和流到2 0 0 m m 和4 0 0 m m 的时间。 5 4 混凝土达到良好工作性粗骨料周围砂浆层厚度的计算 如果新拌混凝土达到良好的工作性，混凝土的宏观结构应是单个的粗集料粒 子被在其周围的砂浆所隔开【3 2 j 。即粗骨料间必须具备足够的砂浆层厚度，使在混 凝土浇注时不致因粗骨料之间的碰撞摩擦应力而使混凝土产生离析分离。 将集料间的砂浆层假想成为理想厚度的薄层，此时，粗骨料粒子紧密接触在 一起，集料间几乎没有距离，集料成为紧密堆积状态，而砂子和水泥填充其空隙， 此为一种理想紧密排列状态【”j 。下面以单粒径粗骨料试验研究。 5 4 1 颗粒的球形化 为了便于骨料问砂浆层厚度的计算，需要把各粒径的粗骨料看成球形，因此 要有球形化系数的问题。 第5 章新拌混凝土工作性 u 形箱 上升高度( m m ) b u t ， 3 0 0 以上7 5 一 无障碍h ( m m )有障碍h “m m ) l 形箱 、 1 0 51 5 5 b u 中 4 8 b l 内 1 2 j 环h 2 0 l n m ，中心无骨料堆积，边缘无泌水现象 b t 2 0 b 讲 2 0 注：b u 上、b u 中、b u t 一表示混凝土的匀质性试验时u 形箱右侧上、中、下匀质性系数；8 l 内、 b l 井一表示混凝土的匀质性试验时【膨箱内外匀质性系数；6 一粗骨料之间砂浆层厚度。 5 5 混凝土和净浆粘度 新拌混凝土的粘度和剪切应力直接影响新拌混凝土工作性，因此新拌混凝土 的粘度和剪切应力是混凝土工作性的重要参数。然而，在实验室现有的条件下， 无法直接测混凝土的粘度，只能根据所测的s f 和t 5 做一定的理论计算【矧。净 浆是混凝土骨料的润滑剂，对混凝土的工作性具有强烈的影响。如净浆成分保持 不变只改变混凝土中净浆含量，也能改变混凝土的流动。因此，可以借助混凝土 配比下抽取净浆配比进行净浆粘度试验( 分胶凝材料净浆和粉料净浆进行试验) 。 混凝土粘度计算公式： t 1 ( s f ，t 5 0 0 ) = 1 2 5 3 ( 1 4 1 0 4 s 产) ( 1 2 5 1 0 4 ，s f 2 ) t 5 从而得到混凝土粘度和净浆粘度关系曲线如图5 3 。 8 0 0 7 5 0 ：7 0 0 。 e6 5 0 | | | 黧 建5 0 0 4 5 0 quu 3 5 04 0 04 5 0 5 0 05 5 06 0 0 混凝土粘度p a s 图5 3 混凝土粘度和净浆粘度 f i g 5 3r e i a l i o nb e t 瞩r e e nc o n c r c t ev i s c o s i i y 柚dm o t a rv i s c o s i t y 第6 章混凝土性能 自密实混凝土是在自重作用下流动，均匀到达模板的各个角落，进而密实成 型。密实程度如何，它的力学性能和耐久性是我们必须考虑的内容【3 6 3 7 3 引。以下 力学性能和耐久性试验配合比见表6 1 。 表6 - 1 混凝土配合比 t a b l e 6 1m i xp r o p o r t i 衄o fc o n c r e t e 6 1 自密实混凝土的力学性能 6 1 1 混凝土的抗压强度 混凝土的抗压强度采用的尺寸为1 0 0 岫m 1 0 0 i i 衄1 0 0 i i l m 的模具，计算结果 乘以o 9 5 的系数。下表为相同原材料、相同强度下，普通混凝土和自密实混凝 土的抗压强度结果。 表6 2 混凝土抗压强度试验结果 1 弼l e 6 - 2 1 h tr l l l t so f c o n c 豫t c 唧r e s s i v es 仃c n g t h 表6 2 试验结果表明，相同强度的普通混凝土和自密实混凝土抗压强度相比， 自密实混凝土的抗压强度大于普通混凝土的，随着龄期的增加抗压强度提高幅度 增大。 北京工业大学工学硕士学位论文 6 1 2 抗折强度 混凝土抗折强度采用的尺寸为1 0 0 m m 1 0 0 m m 4 0 0 m m 的模具，试验结果如 下表。 表6 - 3 混凝土的抗折强度试验结果 t a b l e 6 - 3t e s tr e s u l t so f n c r e t es h e s 仃e n g t h 从表6 3 的数据可以看出，同一标号的自密实混凝土的抗折强度要高于普通 混凝土的抗折强度。由于自密实混凝土的粉料用量和砂用量高于普通混凝土，因 此混凝土的结构比较致密，所以，自密实混凝土具有较高的抗折强度。 6 1 3 轴压强度 混凝土的轴压强度采用的尺寸为1 0 0 | i i l m 1 0 0 | l n m 3 0 0 m m 的模具，试验结果 如下表。 表6 4 混凝土的轴压强度试验结果 t a b l e6 4t h et e s tr e 鲫l t so fa 【i sc o n ) r c s s i v cs 仃e n g t ho fc o n c 咒t e 由表6 4 的数据可以看出，自密实混凝土2 8 天轴压强度比普通混凝土同龄 期轴压强度也较高，由于自密实混凝土的粉料用量和砂用量高于普通混凝土，因 此混凝土的结构比较致密，从轴压强度破坏后得到的混凝土碎块也可以看出，自 密实混凝土断面结构比普通混凝土断面结构致密。 由表6 5 和图6 1 可以看出，n c 3 0 和s c 3 0 的碳化深度，没有明显差别，说 明其抗碳化性能较差。n c 3 0 抗碳化性较差的原因与混凝土内部水泥石的致密程 图6 1 混凝土平均碳化深度 f i g 6 1a v e n g ec a f b o n i z a t i o nd e p t ho fc o n c r e t e 度有关。实际上水泥石的碳化过程只有在特定湿度条件下才会发生，而且反应极 其缓慢，一般不会有太大影响。 a ) 3 天 c ) 1 4 天 b ) 7 天 d ) 2 8 天 图6 2s c c 混凝土试样不同龄期的碳化深度 f i g 6 2c a r b o n i z a t i o nd e p t l lo fs c c n c f e t es a m p l e sa td i 位r e n tt i m e 北京工业大学工学硕士学位论文 倍，对照表2 9 判断，自密实c 4 0 混凝土属于低抗渗透性，而普通c 4 0 混凝土属 于中