（材料学专业论文）低收缩免振捣自密实高性能混凝土的配制与质量控制技术研究.pdf

东南大学硕士学位论文 摘要 普通混凝土作为混凝土结构的主体材料，被广泛应用于包括建筑工程、交通工程、水利工 程、地下工程以及其他特殊结构工程在内的各种土木工程领域。随着现代土木工程日益向着超 大规模化和复杂化的方向发展，以及人们对环境的日益重视，使用普通混凝土材料尤其是使用 需强力振捣的普通混凝土材料的缺点也日趋明显，限制了混凝土结构在复杂结构物中的应用， 城市区域普通混凝土的振捣施工扰民问题也倍受关注。 免振捣自密实混凝土具有高流动性、高充填性、高抗离析性等特点，有效解决了浇注振捣 困难或无法振捣的难题，为混凝土的应用提供了新的技术保障，具有广阔的市场前景。 本文提出了对免振捣自密实高性能混凝土性能的评价方法、性能指标以及相应的试验方 法，并根据上述方法对配制的免振捣自密实混凝土拌合物进行试验验证。 探讨了混凝土各组成成分对低收缩免振捣自密实高性能混凝土工作性和体积稳定性的影响 规律。配制出了c 3 0 、c 4 0 和c 5 0 级低收缩免振捣自密实高性能混凝土，并初步提出了低收缩免 振捣自密实高性能混凝土的配合比设计方法和施工控制技术。结果表明，所配制的混凝土不仅 在新拌状态，而且在早龄期及硬化后都具有良好的性能。 本文主要研究内容和取得的研究结果： 1 以自密实工作性为目标的配制技术、试验室评价方法与机理：本文通过正交试验等方 法，优化配合比设计，确定了c 3 0 、c 4 0 、c 5 0 1 | 密性免振捣低收缩高性能混凝土的基础配合 比：比较了现行各国对自密实高性能混凝土的试验室评价方法，提出了适合我国国情的自密实 高性能混凝土自密实工作性的试验室评价方法试验结果表明，坍落度、扩展度、倒置坍落度 桶流过时间试验方法、l 型仪试验方法、u 型仪试验方法均适合自密实混凝土工作性的试验室评 价 2 以减少干燥收缩为目标的配制优化：本文通过对混凝土组成材料的分析，将外加剂、掺 合料，纤维作为对混凝的变形性能影响最大因素进行系统试验和长龄期测试分析。结果表 明，新型聚羧酸混凝土外加剂和减缩剂有效减少了外加剂对混凝土体积收缩的不利影响：3 0 的 粉煤灰，钢纤维和聚丙烯纤维都能够降低自密实高性能混凝土的收缩值，钢纤维和聚丙烯纤维 混掺具有叠加效应，对控制自密实高性能混凝土的早期收缩更加有效 3 抗碳化研究与分析：本文根据工程实际应用条件主要研究了自密实高性能混凝土的抗碳 化能力结果表明，优化配制的自密实高性能混凝土有较好的耐久性 4 自密实、低收缩的高性能混凝土配制方法：提出了配制自密实免振捣低收缩高性能混凝 土对原材料要求、集料级配设计方法和配合比设计方法 5 自密实混凝土施工工法：根据免振捣自密实混凝土的施工应用经验，提出了自密性免振捣 低收缩高性能混凝土的生产控制方法。自密性免振捣低收缩高性能混凝土的工程质量与生产和 施工质量密切相关。生产和施工中的各种因素对自密性免振捣低收缩高性能混凝土的质量影响 都很敏感，自密性免振捣低收缩高性能混凝土生产和施工的规范化对确保工程质量至关重要 关键词：免振捣，自密实，低收缩，高性能，混凝土，配制，质量，控制，工法 东南大学硕士学位论文 a b s t r a c t a s m a i nm a t e r i a lf o rc o n c r e t es t r u c t u r e ，m m m i r yc o n c r e t eh a sb e e nw i d e l ya p p l i e di nc i v i l e n g i n e e r m gi n c l u d i n gp r o j e c t sr e l a t e dt oa r c h i t e c t u r e ，t r a n s p o r t a t i o n , u n d e r g r o u n d , w a t e rc o n s c b a n c y a n do t h e r sw i t hs p e c i a ls t r u c t u r e m o d e mc i v i le a g i n e e r i n gm o v e si t sw a yt o 姆s c a l ea n dc o m p l e x i t y , m e a n w h i l e , p e o p l ec o n c e r n w i t ht h ee n v i r o n m e n tm u c hm o r et h a nb e f o r e u s i n go r d i n a r yc o n c r e t e , e s p e c i a l l y 璐i n gt i mo n ev i b r a t e db ys t r o n gf o r c e , a p p e a r sm a n yd i s a d v a n t a g e s ，w h i c hr e s t r i c t st h e a p p f i c a t i o no f c o n c r a t es t r u c t u r ei nc o m p l e xs t r u c t u r e n o n - v i b r a t o r y , s e l f - c o m p a c t i n gc o n c r e t eh a sg o o dp r o p e r t i e so f f l u i d i t y 、t i n i na n d a n t i - s e g r e g a t i o n , w h i c hc a nm a k em o u l d i n gv i b r a t i o ne a s i e r i ts u p p l i e sc o n c r e t eag u a r a n t e ef o r a p p l i c a t i o no f n e wt e c h n o l o g ya n dm a k e sal a r g as c a l em a r k e t t h ee v a l u a t i o nm e t h o do f t h ep e r f o r m a n c eo f h i g h - p e r f o r m a n c es e l f - c o m p a c t i n gc o n c r e t e ( h p s c c ) w i t ht h ep r o p e r t i e so f n o n - v i b r a t i a nh a sb e e np u tf o r w a r di nt h i sp a p e r , a sw e l la st h e p e r f o r m a n c ei n d e xa n dt e s t i n gm e t h o d t h eh p s c cm i x t i eh a sb e e nc e r t i f i e d i n t h i s p a p e r , t h er u l e s t h a t c o n c r e t e g r a d i e n t s i n f l u e n c e t h e w o r k a b i l i t ya n d v o l u m ec h a n g e o f h p s c cw i t hl o ws h r i n k a g eh a v eb e e nd i s c u s s e d h p s c cw i t hl o ws h r i n k a g eh a sb e e np r o d u c e db y c e m e n tg r a d e s ：c 3 0 ，c 4 0a n dc 5 0 a n di t sm i x t u r er a t i od e s i g na n dc o n s t r u c t i o nc o n t r o lh a v e b e e np u t f o r w a r dp r i m a r i l y t h er e s u l t ss h o wt h a tt h i sc o n c r e t eh a sg o o dp e r f o r m a n c en o to n l yw h i l ep r e p a r i n 吕 b u ta l s oi ne a r l ya g ea n dd g i d i f i c a t i o n t h em a i nc o n t e n t so f t h i sp a p e ra r ca sf o l l o w s ： 1 o p e r a t i n gt e c h n i q u e 、e v a l u a t i o nm e t h o d 蛔l a ba n dt h e o r e t i c a la n a l y s i sa tt h ea i mo f s e r f - c o m p a c t i n gw o r k a b i l i t y t h eb a s i cm i 枷r a t i oo f h p s c cw i t hl o ws h r i i l l ( a g ep r o d u c e db yc e m e n tw i t hg r a d ec 3 0 、c a 0 a n dc 5 0h a sb e e nf i x e dt h r o u g ho p t i m i z a t i o no f m i x t m er a t i ob yo r t h o g o n a le x p e r i m e n t t h ee v a l u a t i o n m e t h o d sj i it h el a bo f s e l f - c o m p a c t i n gc o n c r e t eb e l o n g e dt os e v e r a lc o u n t r i e sh a v eb e e nc o m p a r e d t h e n , w e p u t f o r w a r d o a d a p t t o o u r c o u n t r y a s t h er e s u l t ss h o w , s t u m p 、e x p a n s i o n d e g r e e 、u p s e t s l u m p b a r r e l 、e q u i p m e n tw i t ht y p ela n dt y p eu c a r lb ea p p l i e da d a p tt oe v a l u a t i o no f w o r k a b i l i t yo f s e l f - c o m p a c t i n gc o n c r e t ei l lt h el a b 2 o p e r a t i n go p t i m i z a t i o na tt h ea i mo f v o l u m es t a b i l i t y a d m i x t u r ea n df i b e rh a v eb e e nc e r t i f i e da st h es e r i o u sf a c t o r st h a ti n f l u e n c et h et r a n s m u t a t i o n p r o p e r t yo f c o n c r e t eb ya l l a l y z i n gc o n c r e t eg r a d i e n t s t h e yh a v eb e e ns y s m m a t i c a l l yt e s t e di nl o n ga g e a st h er e s u l t ss h o w , n e wt y p eo f p o l y c a r b e x y l i ca c i d - b a s e da d m i x t u r ea n ds h r i n k a g em d u c e rr e d u c et h e n e g a t i v ei n f l u e n c e so f v o l u m es h r i n k a g e f l y a s hw i t ha c o n t e n to f 3 0 ，s t e e lf i b e ra n d p o l y p r o p y l e n e f i b e rr e d u c et h es h r i n k a g eo f h p s c c e s p e c i a l l y , s t e e lf i b e ra n dp o l y p r o p y l e n ef i b e rr e d u c es h r i n k a g e i ne a r l ya g eo f h p s c c 豁t h e i re f f e c to v e r l a p p e d 3 d u r a b i l i t ya n a l y s i s t h ea n t i - c a r b o n i z a t i o na b i z 姆o f h p s c ch a sb e e ni n v e s t i g a t e d t h er u l t ss h o wt h a ti th a sg o o d d u r a b i l i t y 4 o p e r a t i n gm e t h o do f h p s c c w i t hs t a b l ev o l u m e m a t e r i a lq u a l i f i c a t i o n 、a g g r a g a i eg r a d a t i o nd e s i g na n dm i x t u r er a t i od e s i g no f h p s c cw i t hl o w s h r i n k a g eh a v eb e e nb r o u g h tu p 东南大学硕士学位论文 5 c o n s t r u c t i o nm e t h o df o rs e r f - c o m p a c t i n gc o n c r e t e m 锄u 乜嘶耐n ga n dc o n n o lm e t h o do f h p s c cw i t hl o ws h r i n k a g eh a v e b e e nb r o u g h tu p t h e q u a l i t yo f m a n u f a c t u r ea n dc o n s t r u c t i o na r er e l a t e dt oh p s c cp r o j e c tq u a l i t yc l o s e l y c a u s et h es e n s i t y o f e a c hf a c t o r , i ti sv e r yi m p o r t a n tt os t a n d a r d i z et h em l e so f c o n s t r u c t i o n k e y w o r d $ ：n o n - v i b r a t o r y ts e l f - c o m p a c t i n g ， o p e r a t i o n ，q u a l i t y ，c o n u o l ，c o n s u u c f i o nm e t h o d m 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 一繇暗一 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论 文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子 文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查 阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊 登) 授权东南大学研究生院办理。 日期： 东南大学硕士学位论文 1 1 引言 第一章绪论 普通混凝土材料作为混凝土结构的主体材料，被广泛应用于包括建筑、交通、水利、能 源、市政、地下以及其他特殊结构工程在内的各种土木工程领域。混凝土材料是近现代最为广 泛使用的建筑材料，也是迄今为止最大宗的人造材料。根据欧洲水泥协会( c e m b u r e a u ) 2 0 0 1 年 年度报告显示：2 0 0 1 年全球混凝土的年使用量约为6 7 6 亿立方米。另据我国国土资源部发布的 ( 2 0 0 4 年度中国国土资源公报，我国2 0 0 4 年水泥产量为9 3 亿吨，居世界第一位，按上述方法 推算，我国混凝土的年使用量约为5 0 亿立方米。可以预见，在2 1 世纪混凝土结构仍然将是土木 工程的主导结构形式“1 但是随着现代土木工程日益朝着高耸、大跨、重载的方向发展以及建造 各种新型特种结构物需求的增加，普通混凝土的工作性和耐久性己不能满足要求。怎样有效提 高混凝土的工作性和耐久性，扩大混凝土的使用范围，延长混凝土的使用寿命。已经成为国内 外专家学者的研究焦点。 1 9 9 0 年5 月由美国标准与技术研究院( n i s t ) 和混凝土学会( a c i ) 主办召开了第一次国际 高性能混凝土( 简称： 屯，下同) 研讨会“在这次会议上，首次提出了有关h p c 的定义：h p c 是具备所要求的性能和匀质性的混凝土，这种混凝土按照惯常作法，靠传统的组分、普通的拌 合，浇筑与养护方法是不可能获得的所要求的性能，例如：易于浇筑和压实而不离析，高长 期力学性能；高早期强度高韧性，体积稳定，在严酷环境下使用寿命长久a c i 所属的技术委 员会在1 9 9 8 年修改了h p c 的定义“，将“所要求的性能”及其后面的例子删去我国混凝土科学 技术的先驱与莫基人吴中伟先生在1 9 9 7 年提出：混凝土的发展方向是绿色高性能混凝土( 简 称：g h p c ，下同) 。1 9 9 8 年又阐述了发展g h p c 对中国和世界的重要意义“。 免振捣、自密实、高性能混凝土( s e l f - c o m p a c t i n gc o n c r e t e ，简称s c c ) 便是混凝土高工 作性与绿色化发展的结果。s c c 无须振捣即能密实成型，使传统混凝土施工技术产生质的飞跃， 不仅适应了当代混凝土工程超大规模化、复杂化的要求，而且为基于耐久性的混凝土结构设计 提供了技术保障。扶材料方面看，由于采用了高性能外加剂和大掺量矿物外掺料，使得低水胶 比、低水泥用量的混凝土配制成为可能，从而提高了硬化混凝土的力学性能及耐久性；从设计 来看，由于s c c 能够在自重作用下自动穿越钢筋密集处并且仍保持混合料的均匀性，为密集配筋 设计的实现提供了可靠的保障；从施工来看，s c c 的应用不仅可以缓解熟练工人日益短缺的危 机，而且消除了振捣带来的噪音，减弱了工人的劳动强度，避免由于振捣不密实而带来的施工 隐患加快了施工进度，保证了工程质量，提高了文明施工和现代化施工管理水平；从混凝土 供应商来看，s c c 的应用可以提高泵车的使用效率，减少混合料对泵车的磨损，提高设备的使用 效率。 因此免振捣自密实高性能混凝土技术在一些特殊工程、特殊条件下可发挥普通混凝土不可 替代的作用： ( 1 ) 密集配筋条件下的混凝土施工：配筋密集、三向交错、振捣器插入困难、施工质量难以 保证。 ( 2 ) 结构加固与维修：混凝土为薄壁复杂异形体，同时配置加强筋，旋工时根本无法使用振 捣器，易出现蜂窝麻面现象。 ( 3 ) 钢管混凝土：无论采用泵送顶升法还是浇捣法，混凝土振捣均十分困难。难以保证质 量，免振捣自密实高性能混凝土可有效解决这一难题。 ( 4 ) 大体积和水下混凝土：极易出现漏振或过振现象，引起质量事故； ( 5 ) 居民居住密集区的混凝土工程施工，可减少噪音污染，提高施工进度 1 2 目的及意义 然而，从s c c 的实际应用效果来看，混凝土流动性能不能满足要求，蜂窝麻面现象较为突 东南大学硕士学位论文 出，局部地方甚至出现了狗洞；从钻芯取样看，混凝土表面浮浆过厚，混凝土分层明显，混凝 土的抗分离性能较差；混凝土拆摸时，混凝土开裂现象较为严重，表明混凝土的收缩变形较 大从混凝土材料本身的组成与性质的变化来看，s c c 越来越多地使用c ，s 禽量较高的普通硅酸盐 水泥，以获得较高的早期强度和较快的强度发展速率；使用大量胶凝材料以获得高流动性：对 s c c 的误解而减少养护；这些原因促成了s c c 的早期收缩和后期体积变形增大以至开裂。施工过 程中缺乏有效监测控制手段，使s c c 的工程质量控制无法做到有针对性地开展，带来了很多混凝 土缺陷。同时，如何经济合理快捷地配制出符合设计要求的低收缩免振捣自密实的高性能混凝 土还缺乏合适的方法和程序；如何评价低收缩免振捣自密实的高性能混凝土也还缺乏依据这 些阻碍了s c c 的进一步推广和使用。 免振捣、自密实、低收缩高性能混凝土将首先应用于施工振捣不方便的部位，特别是地下 工程、隧道工程等和土壤直接接触的部位，s c c 的耐久性如何将直接影响到结构的安全。 因而，对s c c 的配合比设计方法、评价方法、体积稳定性、耐久性、质量控制的研究将是推 广应用免振捣、自密实高性能混凝土的技术基础，具有广泛的社会效益和经济效益。 1 3 国内外研究发展现状 1 3 1 国外研究现状 日本作为最早提出并研制s c c 的国家，在上个世纪七十年代便开始t s c c 的研究- 以东京大 学的o z a w a 和m a e k a w a 教授为首，集合几十家建筑公司的研发人员，经过三十几年的研究、开发 与实践，在s c c 的配制理论、评估方法及工程应用方面取得了较好的成果，对s c c 的耐久性也进 行了一定的研究 在s c c 配制方面，日本目前主要采用以下几种技术途径； 1 、使用增粘剂提高混合料抵抗分离的能力； 2 、使用水化热低的b e l i t e 水泥及高炉矿渣微粉等矿物外掺料，提高胶凝材料的比例来改善混合 料的抗分离性； 3 、以上两种方法综合运用 在s c c 评估方面主要控制新拌混凝土扩展度sr ( s l u m pf l o w ) ，间隙通过性u 型测试仪的高 度差ah ，以及倒置漏斗形粘度剂的下落时间t 等。 在应用方面，主要应用于浇注量大、钢筋密集以及有特殊形状的部位。例如在世界上跨度 最大的悬索桥一明石海峡大桥( 主跨度1 9 9 1 m ) 的两个锚锭中分别应用了2 4 万立方米和1 5 万立方 米s c c 混凝土，从而缩短工期2 0 s c c 在o s a k a g a sc o m p a n y 的大型贮气罐池壁中的应用不仅成 功的保证了工程质量，而且使工期缩短了1 8 ，混凝土施工人数从1 5 0 人减少到5 0 人。s c c 的应用 在日本已取得了较大的经济效益和社会效益目前，日本正致力于将s c c 从一种特种混凝土发展 成普通混凝土，正如东京大学工程学院院长h a j i m eo k a m u r e 教授所讲：“一旦由于振捣容易造 成离析的障碍被消除，混凝土施工可以合理化，而且可以发展从模板、钢筋、支承以及结构设 计在内的一整套新的施工系统，期望并相信s c c 能被看作是标准混凝土而被广泛采用，到那时将 可成功研制出维修工作量小，耐久性可靠的混凝土结构。” 在耐久性研究方面o z 钾a 研究认为，免振捣、自密实高性能混凝土和其他高性能混凝土一样 具有优异的耐久性。 o z a w a 教授1 9 9 2 年5 月在伊斯坦布尔举行的“c n 姬t c t ”国际会议上关于日本k o c h i 专门召 开了s c c 国际会议，除日本外，包括美国、加拿大、韩国，瑞典、泰国、瑞士等国的代表均介绍 了s c c 在本国的研究状况，表明s c c 的研究和应用在世界范围内均得到广泛的重视。 2 0 0 3 年8 月在冰岛召开了“3 “i n t e r n a t i o n a l s y m p o s i u m o i l s e l f - c o m p a c t i n g c o n c r e t e ”，有来自2 0 多个国家和地区的专家和学者探讨了自密实高性能混凝土的研究及应用 技术”。 r i l e m 于2 0 0 4 年还专门成立了s c c 耐久性专门技术委员会( r i l e mt c2 0 5 一d s c ) 2 东南大学硕士学位论文 1 3 2 国内研究现状 我国自密实高性能混凝土的研究及应用相对国外较晚，最近几年来，在北京、深圳、济 南、南京相继开始了s c c 的应用报道，其良好的应用成效受到了工程界的广泛好评与关注从研 究范围来看。我国s c c 的研究主要局限于大型建筑公司，如北京城建集团构件厂等。这一方面反 映了在我国发展s c c 的强烈需求；另一方面也反映出对s c c 的重视程度仍然不够从采用的技术 线路来看。主要是采取大量掺用矿物外掺料，提高胶凝材料的比例来提高混合料抗分离性这 种方法对原材料的要求较高，粗骨料的粒径、形状，砂的级配、含水率的波动都会极大地影响 s c c 混凝土的流动性和抗分离性能；胶凝材料用量的限制，使少胶凝材料、高流动性s c c 混凝土 的配置无法实现。1 9 9 9 年江苏省建筑科学研究院采用增稠剂和掺合料的综合方法，配制出免振 捣、自密实高性能混凝土2 0 0 5 年在中国长沙召开了“1 s t i n t e r n a t i o n a l s y m p o s i u m o n d e s i g n , p e r f o r m a n c ea n du s eo fs e l f - ( ：o n s o l i d a t i n gc o n c r e t e ”，这次会议上我国学术界 和国外自密实高性能混凝土的研究者进行了广泛的交流，这也标志着我国免振捣自密实高性能 混凝土的研究及应用技术受到重视。 北京首都机场新航站楼的筒体墙( c 6 0 ) ，西单北大街东侧商业区改造工程( c 3 0 s 6 ) 。大 亚湾核电站核废料容器，厦门集美历史风貌建筑保护工程。长江三峡等多个水电站导流洞等工 程都使用了自密实高性能混凝土。 1 4 本文的主要研究目的、研究思路和主要研究内容 1 4 1 本文的主要研究目的 ( 1 )探索自密实高性能混凝土的配制技术，减少自密实混凝土的分层、离析、增加混凝土流 动性，真正达到免振捣自密实性能。 ( 2 )提炼配合比设计方法、建立试验室评价体系 ( 3 )减少自密实混凝土的干燥收缩，降低混凝土的开裂倾向，提高混凝土整体性 ( 4 ) 提高自密实混凝土的抗碳化性能，延长使用寿命 ( 5 ) 建立低收缩免振捣自密实高性能混凝土的生产控制方法 1 4 2 本文的主要研究思路 通过正交试验等方法，优化配合比设计，确定自密性免振捣低收缩高性能砼的基础配合 比，探索自密实高性能混凝土的配制技术 比较现行各国对自密实高性能混凝土的试验室评价方法，提出适合我国国情的自密实高 性能混凝土自密实工作性的试验室评价方法，并建立配合比设计方法 通过对混凝土组成材料的分析，将外加剂、掺合料、纤维作为对砼的干燥收缩变形性能 影响最大因素进行系统试验研究和长龄期测试分析，找出减少自密实混凝土干燥收缩， 降低混凝土开裂倾向，提高混凝土整体性的材料组合方式。 根据工程实际应用条件主要研究自密实高性能混凝土的抗碳化能力、抗氯盐腐蚀和抗冻 能力。 生产和施工中的各种因素对自密性免振捣低收缩高性能混凝土的质量影响都很敏感。对 自密性高性能混凝土的生产和旌工进行规范化对确保工程质量至关重要。 1 4 3 主要研究内容 ( 1 )低收缩免振捣自密实高性能混凝土的配制技术、试验室评价方法与机理研究 ( 2 ) 各组成材料对混凝土干缩变形的影响研究 ( 3 )低收缩免振捣自密实高性能混凝土的抗碳化性能研究 ( 4 )低收缩免振捣自密实高性能混凝土的配合比设计方法研究 ( 5 ) 低收缩免振捣自密实高性能混凝土的生产质量控制技术研究 m 东南大学硕士学位论文 第二章原材料及试验方案设计 2 1 试验原材料及其基本性能 2 1 1 水泥 试验所用的水泥为中国水泥厂生产的p 1 1 4 2 5 炳酸盐水泥水泥化学成分和物理力学指标 如下： 枣2 ：l 丕迢丝堂盛盆竖墅2 煎i 垒l 如e 亟m 艘亟q 趣 l q ! q ! l 鲮：麴1 2 ：塑墨垫生蟹q ：丝! ：鲤= =2 ：2 i2 墨丝 ( 1 ) l o i ：烧失量，下同。 量2 ：2 盔鎏塑垄左主丝能 密度比表面积 猛结盟回( i n 2远近强廛i 塑型遗匡强厦f m 尘 i 吐f 芷9 2翅强鳖拯墅垫4翘z 趔 ：! q 鲤! 塑l 塑：垒2! ：q 塾：q 2 1 2 粗骨料 碎石，5 3 1 5 m m 连续级配，堆积密度为1 5 6 0k g m s ，表观密度为2 7 5g c m 3 2 i 3 细骨料 区中砂，细度模数为2 5 9 ，表观密度为p = 2 6 9 c m 。 2 i 4 矿物掺合料 卅b 萘系高效减水剂( 粉状) ，p c a - i 聚羧酸类接枝共聚混凝土高效外加剂， m - i i i 混凝土 增强剂，s r a 减缩剂，均为江苏博特新材料有限公司生产。 2 1 6 钢纤维 1 佳密克丝钢纤维上海贝卡尔特一二钢有限公司生产，主要性能如下： i型号 长度 直径 长径比 抗拉强度 弯曲性能 ( )( )( n m m 2 ) i z p 3 0 53 00 5 55 5 i i 0 0 9 0 度弯折三次 2 武南牌新型特种钢纤维武进东南新型建筑材料厂生产，分压痕型、端钩型两种主要性能指 标如下： 4 东南大学硕士学位论文 长度 直径 密度弹性模量抗拉强度极限拉伸 纤维类型长径比 ( m )( m ) ( g c ( 巾a ) ( m p 8 ) ( ) 压痕型钢纤维3 0 0 4 7 5 7 8 5 4 3 1 0 08 0 0 i 0 0 0 3 0 4 0 端钩型钢纤维 3 00 47 57 8 54 3 i 0 06 0 0 4 8 0 03 o 4 0 2 1 7 聚丙烯纤维 江苏博特新材料有限公司生产，主要性能指标如下： l长度 直径 密度( g c m | ) 杨氏模量抗拉强度 l( m ) ( 阳)( 好a )( m p a ) 断裂伸长( ) l 1 91 8 o 9 l3 3 0 03 6 52 7 2 2 1 8 水 普通饮用水 2 2 试验方案设计 根据本文研究目的和研究思路，本文的试验研究主要包括：低收缩免振捣自密实高性能混 凝土的制备技术、低收缩免振捣自密实高性能混凝土的试验室评价方法、低收缩免振捣自密实 高性能混凝土的收缩变形，以及低收缩免振捣自密实高性能混凝土的耐久性。 2 2 i 低收缩免振捣自密实高性能混凝土的配制和试验室评价方法研究 在广泛参考了各国规程和国内外各种相关文献基础上，采用活性掺合料、高效减水剂、增 稠剂等多掺技术，选用4 2 5 级硅酸盐水泥、制各低收缩免振捣自密实高性能混凝土。参考国际国 内有关免振捣自密实高性能混凝土的试验室评价方法，经过比较选择适合我国国情的评价体 系 2 2 2 各组成材料对低收缩免振捣自密实高性能混凝土的干燥收缩变形的影响研究 研究不同品种掺合料、外加剂、纤维等在不同掺量的情况下，对低收缩免振捣自密实高性 能混凝土干燥收缩性能的影响。 2 2 3 低收缩免振捣自密实高性能混凝土的抗碳化性能研究 免振捣自密实高性能混凝土使用大量矿物掺合料，掺合料的加入对混凝土的抗碳化性能、 抗冻性能均会产生影响。本文通过分析低收缩免振捣自密实高性能混凝土的抗碳化，抗冻和抗 氯离子渗透性能，来研究该混凝土的耐久性，并试图找出既保证工作性又保证耐久性的适宜掺 合料的掺量。 2 2 4 低收缩免振捣自密实高性能混凝土的配合比设计方法研究 低收缩免振捣自密实高性能混凝土的配制方法的规范化，也就是要形成配合比设计规程或 方法。本文根据提出的配合比设计方法设计几种类型的免振捣自密实高性能混凝土，并经过实 际测试，验证配合比设计方法的实用性 5 东南大学硕士学位论文 第三章低收缩免振捣自密实高性能混凝的 配制技术、试验室评价方法与机理 3 1 低收缩免振捣自密实高性能混凝土的配制理论依据及技术路线 3 1 i 低收缩免振捣自密实高性能混凝土的配制理论依据 新拌低收缩免振捣自密实高性能混凝土混合料可以看成是粗细集料悬浮于水泥浆中的混合 体系，混凝土拌和物被认为是一种粘、弹、塑性材料，其流变模型可由牛顿液体模型和圣维南 固体模型并联，再与虎克固体模型串联而成，称为宾汉姆( b i n g h a m ) 模型“”，如图2 一l 所示。 图3 - 1 宾汉姆( b i n g h a m ) 模型 其流变方程为： r o1 n 巾仁恼一晰。f 。1 式中，d y d t 是混合料的变形速率； t ，是混合料的屈服剪应力； nr t 是混合料的塑性粘度； t 是在外力作用下产生的剪应力 由式( 3 - 1 ) 可知，屈服剪切应力t ，和塑性粘度q n 是决定混合料流变特性的基本参数混 合料的屈服剪切应力一，是阻止塑性变形的最大应力，只有在外力作用下产生的剪切应力大于屈 服剪切应力时，混合料才会发生流动。t ，是由于组成材料颗粒之间的附着力和摩擦力引起的， 如图3 - 2 所示： 图3 - 2 颗粒之间的剪应力 接触面上的剪应力t ，= to + p t g 中 6 ( 3 - 2 ) 东南大学硕士学位论文 式中，p _ - 对b 的垂直压力 中一摩擦角 td - - - p 为零时( 即不考虑外力及重力时) 的剪切阻力，称附着力，它是由a 与b 之间的 内聚力引起。 而塑性粘度q ，是混合料内部结构阻碍流动的一种性能，它是由于流动的液体在平行于流动 方向的各流层之间产生于流动方向相反的阻力( 粘滞阻力) 的结果。从流变方程也可以看出， 当z 与t ，一定时，混合料的变形速率与塑性枯度n - 成反比，n ，- 越大，混合料的流动速度就越 慢 对于混凝土混合料这种带有分散粒子，形成凝聚结构的流体而言，其t ，与n 。随着剪切应力 或速度梯度而变化，实质上是随着凝聚结构的破坏程度而变化振动密实成型的原理就在于： 一方面，振源不断的做功，破坏了水泥水化初期形成的凝聚结构，胶体粒子扩散层中的弱结合 水在振动的干预下解吸附变成自由水，混合料呈现塑性性质，胶体由凝胶转变为溶胶；另一方 面，振动所做的功破坏了粗颗粒之间的粘结力和机械咬合力，大大降低了内阻，使混合料易于 流动。试验结果表明，当屈服剪应力急剧下降并趋向于零时，混合料接近液化也就是说，振 动成型的过程实际上是使混凝土混合料由一般宾汉姆体向牛顿液体转换，并且这种高流动性的 牛顿液体在重力作用下能自由填充模型内部孔隙，使混合科中大部分空气排出，最终达到密实 成型的目的。 而对于自密实混凝土而言，成型和密实过程同时发生，并且是依靠混合料自身的高流动性 填充外部与内部空隙。这就要求：一方面，混合料必须具备较低的屈服剪应力t ，和塑性粘度q m 混合料才能具备高流动性，无需振动既能填充内部与外部空隙；另一方面，混合料在密实成 型的过程中必须保持均匀，无离析、泌水现象发生。成型好的混合料体系中颗粒的最终速度与 混合料的塑性粘度成反比粘度越小，粗集料下沉的速度越大，混合料也越易发生离析。因 此，采用传统的增加单位用水量以及使用超塑化剂的方法，以使混合料的屈服剪切力和塑性粘 度大大降低，在一定范围内可以改善混合料的流动性。但是，塑性粘度降低到一定程度时。混 合料抵抗离析的性能急剧下降，粗集料发生聚集，混合料的流动性降低，因而不能达到自密实 的效果 性 能 水和外加剂掺量 图3 3 水和外加剂掺量对混合料性能的影响 从以上的分析可知，配制s c c 的关键就在于采取有效方法获取流动性与抗分离性的和谐统 一对于多相、多组分的新拌混凝土混合料而言，影响其流变性的不仅是各相、各组分的特 征，而且还在于它们的相对比例。这里将混合料分为水泥浆和集料来描述其流变性。 根据许多学者的研究，水泥浆的流变性，也可用宾汉姆模型来描述，其流变方程同式 ( 3 1 ) 水泥浆的两个流变参数t ，和q ，- 决定了浆体的流变性，同时也影响整个混凝土混合料 体系的流变性能。t ，与q ，- 减少，则水泥浆流动的阻力减小，流动加快，但n ，- 的降低使浆体作 用在集料上的摩擦力和浮力减小，集料的流动速度滞后于水泥浆，并且在重力的作用下开始下 7 东南大学硕士学位论文 沉，这种不均匀流动的结果产生离析因此，合理的t ，和n m 应当使水泥浆产生最大限度的流 动，同时又要使集料悬浮于水泥浆中，与水泥浆协调流变 超塑化剂的引入大大降低了t ，和i i 。“许多研究表明水灰比为0 2 5 0 4 0 的水泥浆中掺 水泥质量0 2 5 0 5 流化剂可使屈服值急剧减小，流化剂掺量大到一定程度时，t ，趋于0 ，同 时n 。的急剧降低会造成混合料的离析。因此，配制s c c 的关键在于合理使用高性能外加剂，以 赋予浆体足够小的t 月目适当的q ，- 值。 浆体与集料的比例也影响着混合料的流变性如果粗集料的比例太高，粗集料之间的直接 接触容易形成桥接，使局部的剪应力大大增加，从而阻碍混合料流动而一定数量的浆体均匀 地包裹在具有不规则形状的集料周围，减少了集料之间直接接触的机会，使屈服应力大大减 小，提高了混合料的流动性能。 掺合料的存在，一方面可以对水泥粒子起着分散作用，阻止其凝聚结构的形成，对混合料 的流动性起着稳定的作用；另一方面，掺合料充当着“胶凝材料”和“微细集料”的双重身 份，既可适当提高混合料的粘度。又能增加硬化混凝土的体积稳定性 集料的形状、级配、砂率对混合料的流变性也有重要影响。 3 1 2 低收缩免振捣自密实高性能混凝土的配制技术路线 综合考虑以上因素，拟采用的主要技术路线如图3 4 所示： 3 2 低收缩免振捣自密实高性能混凝土的试验室评价方法 3 2 1 各国低收缩免振捣自密实高性能混凝土的试验室评价方法介绍 ( 1 ) 坍落度s 痢坍落扩展度d 及t * 流动时间 坍落度是用来评价混凝土拌和物流动性的最常用的方法c 图3 5 ) 但是当混凝土拌和物的 坍落度大于2 5 c r a 时。就显得无能为力了。为弥补这一点，一种普遍采用的方法是测量坍落扩展 度以及扩展速度，坍落扩展度不但是衡量混凝土拌和物流动性好坏的一个很直观的方法，而且 也可以从坍落扩展度的过程中判断混凝土拌和物的抗离析性能扩展速度是通过从坍落度筒上 提开始计时，流至直径为5 0 c m 时的时间来计量的国内外研究和实践表明，相比于坍落度测 8 东南大学硕士学位论文 试，坍落扩展度测试指标与混凝土的自密实性能相关性较好n 1 1 ；通过t 旆动时间测试可以评价 拌合物的粘度，t ”越小拌合物粘度越低，拌合物的流动越快 图3 5 坍落度、坍落扩展度试验图3 - 6j 环试验 ( 2 ) j 环试验 本试验用坍落度筒外加m 1 0 钢筋围成直径3 0 0 u 的圆环测试扩展度( 图3 6 ) ( 3 ) 充填性试验 u 型箱装置适用于粗集料最大粒径为2 5 r a m 的混凝土通过性试验 试验装置使用表面光滑，有足够刚度的材料，如图3 7 所示。在装置的中部设置了栅状钢棒 的流动障碍和活动门，分成a 室和b 室。容器内面必须光滑，用于容器的材料要坚固且洁净，最 好用透明的材料可以观察流动状态，流动障碍用异形钢棒。r 。配置5 根异形钢棒d l o ；r z 配置异形 钢棒d 1 3 共3 根根据实际混凝土结构的形状，尺寸，配筋情况选择合适的流动障碍。 试验方法如下： u 形装置垂直放置，且上口保持水平： 在装置上插入活动门和流动障碍的隔板； 用湿布擦湿容器内面，活动门和流动障碍隔板； 关闭活动门，用加料容器向a 室内加混凝土拌和物试样，不进行搅拌，直到混凝土流满 到a 室上口，用直尺齐上口刮平混凝土面，静置i m i n ； 拉起活动门，混凝土通过障碍流动到b 室，待到流动停止； 在装置横向从两端到中央取3 点，用钢尺量取b 室下端至上部混凝土面的高度，精度到 l m m ，取3 点的平均值为填满高度。 9 东南大学硕士学位论文 图3 7u 型仪 ( 4 ) 流动性试验 图3 8l 形装置 l 形装置如图3 - 8 所示。往l 形箱体垂直部分加满混凝土拌和物，静置i m i n ，拉起活门，混凝 土自垂直部分流向水平部分，测量流到2 0 0 咖和4 0 0 卿距离的时间，量取h ，和也的高度，h h l 之比不应小于0 8 0 。 ( 5 ) 抗离析性能试验 混凝土拌和物抗离析性能可以通过u 型仪试验后左右两腔粗骨料相对含量g 来判别如果混 凝土拌和物抗离析性能欠佳，先装入的那一腔混凝土粗骨料会下沉，左右两