（道路与铁道工程专业论文）C60高流态泵送砼压力泌水及其性能试验研究.pdf

摘要 c 6 0 高流态泵送混凝土由于具有高强度、高耐久性、高工作性等特性，被广 泛应用于铁路、公路、桥梁、高层建筑中。配制c 6 0 高流态泵送砼时，需要采用较大 用水量和减水剂掺量，故拌合物常有离析和泌水趋势。在施工过程中，大家普遍关心的 是砼的强度是否达到要求，砼是否开裂，而对泌水不甚关心。实际上，新拌砼的泌水对 砼的表面、内部结构以及性能都有相当大的危害。 本文采用压力泌水率为泌水测试指标进行研究，并辅以其它工作性指标测 定，如坍落度、l 型流动速度。采用4 2 5 m p a 普通硅酸盐水泥和高效减水剂配制 出抗压强度等级为c 6 0 、坍落度在1 8 0 r a m 左右的高流态泵送砼。研究了原材料和 配制参数等对c 6 0 高流态泵送砼的压力泌水率的影响，并提出了改善c 6 0 泵送砼 压力泌水率的措施。试验结果表明：1 ) 粗集料的最大粒径大、级配差的卵石比 最大粒径小、级配良好的碎石的压力泌水率大，因此，在配制c 6 0 高流态泵送砼 时最大粒径不宜超过2 5 m m ，应选用规范推荐的最佳粗集料级配曲线，并尽量靠 近其中值。2 ) 细集料的含量越多、细度模数越小混凝土的压力泌水率越小。细 集料宣选用质地坚硬级配良好的i i 区级配的河砂或人工砂，其细度模数不宜小 于2 6 的中砂，含泥量不应大于1 5 。3 ) 随着高效减水剂用量的增加，压力泌 水率将增大，特别是掺量大于1 4 砼将产生严重的泌水。4 ) 掺入粉煤灰和硅灰 能有效减小压力泌水率，应选用优质粉煤灰或i 级粉煤灰，其掺量不宜超过2 5 ， 最佳的硅灰掺量为5 1 0 。5 ) 在其它条件不变的情况下，压力泌水率随水灰比 的增大而增大，可选取o 3 2 0 3 4 的水灰比；单位用水量越大，压力泌水率越大， 用碎石配制c 6 0 级高流态混凝土选取1 6 5 1 8 5 k g m 3 用水量是可行的；当砂率在 3 8 4 6 的范围内，随着砂率的增大，压力泌水率减小。 最后，通过试配1 0 组配合比，对其拌合物性能、力学性质和早期抗开裂性 的测试，给出了c 6 0 高流态泵送砼的推荐配合比。 关键词：c 6 0 高流态泵送混凝土；压力泌水率；l 型流动速度；早期开裂性 a b s t r a c t h i g hf l o w i n gp u m pc o n c r e t eo fc 6 0h a sb e e nw i d e l yu s e di nr a i l w a y , r o a d b r i d g ea n d h i g hb u i l d i n g ，f o ri t sd e s i r e dp r o p e r t i e si n c l u d i n gh i g hs t r e n g t h ，l o n gd u r a b i l i t ya n dg o o d w o r k a b i l i t y w h e nh i g hf l o w i n gp u m pc o n c r e t eo fc 6 0i sp r o d u c e d ，m o r ew a t e ra n dw a t e r r e d u c i n ga g e n ti su s e d s oi to f t e na p p e a r ss e g r e g a t i o na n db l e e d i n g d u r i n gt h ec o n s t r u c t i o n ， p e o p l ec o n c e r na b o u tt h es t r e n g t ho fc o n c r e t ea n dt h ec r a c k i n g , b u td o e s n tc o n c e y na b o u t b l e e d i n g i nf a c t ，t h eb l e e d i n go ff r e s hc o n c r e t ei sh a r m f u lt os u r f a c e ，i n n e rs t r u c t u r e sa n d p e r f o r m a n c eo fc o n c r e t e i nt h i sp a p e r , t h ei n d e x e so fb l e e d i n gu s e di nt h er a t eo fp r e s s u r eb l e e d i n g ，a sw e l lt h e o t h e ri n d e x e so fw o r k a b i l i t y , s u c ha ss l u m pa n dlf l u i d i t yw e r et e s t e d b yu s i n g4 2 5 m p a o r d i n a r yp o r t l a n dc e m e n ta n dw a t e rr e d u c i n ga g e n t ，h i g hf l o w i n gp u m pc o n c r e t ew i t h s t r e n g t hc l a s so fc 6 0a n ds l u m po f1 8 0 m mi sp r o d u c e d s t u d i e sa r ec a r r i e do u to nt h e i n f l u e n c eo ft h er a wm a t e r i a l sa n dt h em a d ep a r a m e t e r su p o nt h er a t eo fp r e s s u r eb l e e d i n go f h i g hf l o w i n gp u m pc o n c r e t eo fc 6 0 a n dt h em e a s u r e st op r e v e n tb l e e d i n gw e r ep r o v i d e d a c c o r d i n gt h er e s u l to ft h ee x p e r i m e n t s ，i tc a nb ec o n c l u d e da sf o l l o w i n g ：1 ) t h er a t eo f p r e s s u r eb l e e d i n go fc o n c r e t eu s i n gr i v e rg r a v e lw i t hl a r g e rm a x i m u m s i z ea n db a dg r a d a t i o n i sl a r g e rt h a ni tu s i n gc r u s h e ds t o n ew i t hs m a l l e rm a x i m u ms i z ea n dg o o dg r a d a t i o n w h e n h j g hf l o w i n gp u m pc o n c r e t eo fc 6 0 i sp r o d u c e d ，i ti sb e t t e rt oa d o p tc o a r s ea g g r e g a t ew h i c h m a x i m u ms i z eo fi sn o tm o r et h a n2 5 m m ，t oa d o p to p t i m u mg r a d a t i o nt h a ti sr e c o m m e n d e d i nt h es p e c i f i c a t i o na n dc l o s e dt ot h em i d d l eo fg r a d a t i o nc u r v ea sp o s s i b l e 2 ) t h el a r g e rt h e a m o u n to ff m ea g g r e g a t ei sa n dt h es m a l l e rf i n e n e s sm o d u l u si s ，t h es m a l l e rt h er a t eo f p r e s s u r eb l e e d i n gb e c o m e s a s f m ea g g r e g a t e ，i t sb e t t e rt oa d o p th a r da n dg o o dg r a d a t i o ni i r e g i o nr i v e rs a n da n da r t i f i c i a ls a n d ，o fw h i c hf i n e n e s sm o d u l u ss h o u l d n tb el e s st h a n 2 6a n dp e r c e n to fm u ds h o u l d n tb em o r et h a n1 5 3 、w i t ht h ei n c r e a s i n gu s i n go ft h e w a t e rr e d u c i n ga g e n t ，t h er a t eo fp r e s s u r eb l e e d i n gw i l lb eg r e a t w h e nt h ea m o u n to ft h e w a t e rr e d u c i n ga g e n tr e a c h e s1 4 ，t h e r ew i l lb eb l e e d i n go nt h es u r f a c eo ft h ec o n c r e t e 4 ) a s f l ya s ha n ds i l i c o nf u m ec a ne f f e c t i v e l yr e d u c et h er a t eo fp r e s s u r eb l e e d i n g ，i t sb e t t e rt o a d o p th i g hq u a l i t yo rc l a s sif l ya s h ，a n dt h ea m o u n to ff l ya s hs h o u l d n tb em o r et h a n2 5 ， a n dt h eo p t i m u ma m o u n to fs i l i c o nf u m es h o u l db e5 - 1 0 5 ) w i t ho t h e rc o n d i t i o n s u n c h a n g e d ，t h er a t eo fp r e s s u r eb l e e d i n gw i l li n c r e a s ew i t hh i 【g h e rw cr a t i oa n dw cr a t i o s h o u l db e0 3 2 - 0 3 4 t h em o r eu n i ta m o u n to fw a t e ri s ，t h eg r e a t e rt h er a t eo fp r e s s u r e b l e e d i n gw i l lb e w h e np r o d u c i n gh i g hf l o w i n gp u m pc o n c r e t eo fc 6 0b yc r u s h e ds t o n e ，i t s l i a c c e p t a b l et oa d o p tu n i ta m o u n to fw a t e ro f1 6 5 1 8 5 k g m 3 w h e nt h es a n dp e r c e n t a g e r a n g e sf r o m3 8 t q4 6 ，t h er a t eo fp r e s s u r eb l e e d i n gw i l ld e c r e a s ew i t hi n c r e a s i n g o ft h es a n dp e r c e n t a g e f i n a l l y t h em e t h o do f p r o d u c i n gh i g hf l o w i n gp u m p c o n c r e t eo fc 6 0i s r e c o m m e n d e di nt h i sp a p e r ，b ym a k i n g1 0g r o u p so fm i x t u r ep r o p o r t i o n so fc o n c r e t e s a n dt e s t i n gt h e i rp r o p e r t i e so fw o r k a b i l i t y ，m e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa n dc r a c k i n ga t e a r l ya g e k e yw o r d s ：h i g hf l o w i n gp u m pc o n c r e t eo fc 6 0 ；t h er a t eo fp r e s s u r eb l e e d i n g ；lf l u i d i t y v e l o c i t y ；c r a c k i n ga te a r l ya g e 1 1 i 长沙理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签 日期锄影年，肜嶝日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权长沙理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 作者签名 ( 请在以上相应方框内打“”) 彰日龇触u 3 日 别隧轹w 渺莎醐：硼年f 月娴 第一章绪论 1 1 问题的提出及研究的意义 自1 8 2 4 年波特兰水泥问世以来，以水泥为主要胶结材料的混凝土便以其抗 压强度高、耐久性好、价格低廉等一系列优点已发展成为用量最多、使用范围最 广的建筑材料，并已成为土木工程中不可替代的材料。随着社会的进步，科技的 发展，作为传统材料的混凝土也在不断克服自身的缺陷，不断地完善，以适应更 新、更高的要求。在理论研究方面，出现了材料科学、混凝土微观力学、混凝土 流变学、混凝土断裂力学、水泥化学等新学科，形成了以研究混凝土材料组成、 结构构造与性能之间关系和变化规律为主要内容的混凝土材料科学。 近1 0 年来，随着国民经济不断增长，我国建筑业取得了辉煌的成就，不但 掌握了大型复杂的结构设计、施工技术，而且新技术、新材料、新工艺也得到了 广泛应用。其中混凝土结构、预应力混凝土结构技术设计理论与设计规范水平已 处于世界先进行列。泵送混凝土的发展实现了混凝土商品化供应方式，2 0 0 1 年 我国预拌混凝土平均增长率超过3 6 ，发展较快的城市商品混凝土人均年占有量 已达到或正在逼近日美欧国家商品混凝土兴盛时期人均占有量，预计到2 0 0 7 年 预拌混凝土的市场容量可达3 2 亿m 3 年，从而改变了以预制化作为混凝土结构 的设计方向，转向现浇整体结构；在工作性能方面，混凝土技术的发展经历了从 塑性混凝土到干硬性混凝土，现在又回到塑性混凝土。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，由于构件断面小、钢筋密，当时又缺乏捣实机械，所以 就采用塑性、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，干硬性混凝土又得到了很大的发展。但是，随着混凝 土的流动性的下降，不得不采用高频振捣以期保证密实性和均匀性，增加了劳动 强度和能耗。与此同时，一方面建设速度的加快，一方面操作人员的不稳定，混 凝土工程质量得不到保证。8 0 年代前后，混凝土耐久性问题愈来愈尖锐。因混 凝土材质劣化和环境等因素的侵蚀作用，出现混凝土建筑物破坏失效，造成巨大 损失。加上施工能耗、劳动与环境保护，尤其是对工程安全性极端重要的均匀性 的要求，对混凝土施工性提出了愈来愈高的要求。因此，随着外加剂的兴起，特 别是减水剂，干硬性混凝土在现浇混凝土工程中的应用日益减少，塑性混凝土重 新得到了普遍推广。大流动性、可泵送、自流平混凝土，大大简便了混凝土结构 的施工工艺、提高了施工效率和施工质量。 根据坍落度值将混凝土拌和物分为干硬性混凝土( 坍落度 1 5 0 m m ) ；自密实混凝土( 坍落 度2 4 0 r a m ) 。本文主要研究c 6 0 级的高流态混凝土，高流动性要求较大用水量和 减水剂掺量，故拌和物常有离析泌水的倾向。因此配制高流态混凝土的主要矛盾 是高流动性和粘聚性的矛盾。 高流动性、高强度混凝土具有可减轻建筑物的自重，减小基础负荷，提高混 凝土的耐久性，延长混凝土建筑物的使用寿命等特性。同时由于结构断面减小， 还可节约各种原材料， 增加有效使用面积。加之其良好的流动性、填充性、粘 聚性和可泵性又更适合运输和泵送施工要求。因此，近几年来，高流动性、高 强度混凝土在铁路、公路、桥梁、高层建筑中得到广泛应用。 混凝土拌合物经浇注、振捣后，在凝结、硬化的过程中，伴随着粒状材料的下 沉所出现的部分拌合水上浮至混凝土表面的现象，叫做混凝土的泌水，见图1 1 。 泌水是新拌混凝土工作性一个重要方面。 图1 1 新拌混凝土表面泌水 混凝土浇注与捣实后初凝前，在骨料的重力挤压作用下，流动性较好的水泥 浆和水上浮，部分水分向外蒸发上浮至混凝土上表面，产生泌水，同时出现浮浆 层，见图1 _ 2 ( a ) 。水分在上浮的过程中，会留下泌水通道，水分上浮至粗骨料 的下方或侧面时，会产生内分层，见图1 2 ( b ) 。“2 3 3 图1 2 混凝土的泌水 1 ) 泌水层；2 ) 浮浆层；3 ) 砂浆层； 4 ) 粗集料：5 ) 石子：6 ) 水；7 ) 水泥；8 ) 砂 近似认为混凝土中的石子形成大骨架，砂子填充其中，水泥填充砂子的空隙， 水填充水泥颗粒的空隙。混凝土用水量小于等于水泥颗粒的空隙体积时不泌水； 反之则泌水。设混凝土用水量等于水泥颗粒空隙体积时的水灰比为临界水灰比 ( w c ) 。，水泥的密度、颗粒振实堆积密度和体积分别为pc ，pc z 和v c ，水的密 度为pw ，则水泥的空隙率k c = ( 1 一pc z pc ) 1 0 0 ：所需水的体积v w = k c v c ； 水的重量w = k c v c pw ；水泥的重量w c = pc z v c 1 0 0 ，则 芒) 。：百k y c p ；旦丛氏 ( 1 _ 1 ) l p 口ycp 口p c 取pc = 3 1 5 9 c m 3 ，pc z = 1 7 0 0 k g m 3 ，代入卜1 式得( w c ) 。= 0 2 7 1 。实际工程所用 水灰比基本都大于0 2 7 1 ，因此，出现浮浆、泌水难以避免。 在混凝土工程的施工过程中，大家普遍关心的是混凝土的强度是否达到要 求，混凝土是否开裂，而对混凝土在施工的过程中是否产生泌水不甚关心，有些 人甚至认为，混凝土的泌水不过是在混凝土表面留下一些流砂水纹，难看而已。 实际上，泌水不仅在混凝土表面产生砂线、砂斑、麻面、起粉等看得见的现象， 而且还会导致表面的塑性开裂，在石子的底部或侧面形成孔隙，并形成泌水通道， 轻者影响混凝土的美观，重者影响到整个混凝土结构的力学、耐久性能。 有流砂水纹缺陷的混凝土，表面强度、抗风化和抗侵蚀的能力较差。同时， 水分的上浮在混凝土内留下泌水通道，即产生大量自底部向顶层发展的毛细管通 道网，这些通道增加了混凝土的渗透性。盐溶液和水分以及有害物质容易进入混 凝土中，使混凝土表面损坏。由于混凝土浇注过程中泌水留下的通道导致混凝土 的渗透性增加，水沿泌水通道渗出，并带走混凝土中部分c a ( o h ) z ，使混凝土产 生溶出型腐蚀。 泌水使混凝土表面的水灰比增大，并出现浮浆，即上浮的水中带有大量的水 泥颗粒，在混凝土表面形成返浆层，硬化后强度很低，同时混凝土的耐磨性下降， 这对路面等有耐磨要求的混凝土是十分有害的。 混凝土在浇筑振捣过程中，新拌混凝土砂浆中的水会从底部向上渗出。出现 两种现象，其一是向上渗出的水聚集在粗骨料颗粒的底面，在水泥浆体和骨料之 间形成间隙或孔隙；其二是在靠近混凝土块体顶面区域有较高的水灰比，使该区 域的混凝土强度降低，形成“薄弱带”，“薄弱带”的厚度随着混凝土水灰比的增 大而增大，而该部位的强度却随着水灰比的增大而减小。路面形成达不到设计强 度的“薄弱带”，在车辆荷载的反复作用下，该“薄弱带”很快剥落脱皮，从而 使混凝土路面出现脱皮陷坑。 在混凝土内部由于泌水在粗骨料、钢筋周围形成水囊，随着水分的逐渐挥发 形成空隙，从而影响混凝土的致密性、骨料的界面强度以及混凝土与钢筋间的握 裹力。 混凝土泌水造成塑性收缩是一个不可逆的变形，泌水引起混凝土沉降导致混 凝土产生塑性裂纹，见图1 3 ，塑性裂纹的存在会降低水泥石的强度。在水泥混 凝土路面施工中发生的颗粒不均匀分层离析，实际是粗骨料从混合料中分出，集 料颗粒下沉，水分向上迁移，从而形成表面泌水。表面泌水的结果，使水泥混凝 土路面表面含水量增加，当混合料表面水的蒸发速度比泌水速度快时，水的蒸发 面就会深入到混合料表面内，毛细水面形成凹面，产生较大的表面张力，同时固 体颗粒间产生毛细管张力，促使颗粒凝集，当混凝土表面尚未充分硬化，不能抵 抗这一张力时混凝土表面则出现裂缝。裂缝的发生时间大致与泌水时间相对应， 在混凝土浇筑后数小时混凝土表面将普遍出现细微的、各方向均存在的裂缝，亦 即龟裂。 由于泌水混凝土产生整体沉降，浇注深度大时靠近顶部的拌合物运动距离更 长，沉降受到阻碍，如遇到钢筋等障碍时，产生塑性沉降裂纹，从表面向下直至 钢筋的上方，见图1 4 。 图1 3 泌水引起的塑性收缩裂缝图1 4 泌水引起的塑性沉降裂缝 分层浇注的混凝土受下层混凝土表面泌水的影响，造成混凝土层间结合强度 降低并易形成裂缝。 对于泵送混凝土，当增加泵压时，混凝土中的空气被压缩到集料中，当泵压 4 降低和消逝后，存在于集料孔中的被压缩空气又会将集料孑l 中的水分挤出。如果 这种情况发生在泵管中，会导致混凝土拌和物泌水并会堵塞泵管，如果压力释放 发生在浇筑现场，挤压出的水分会包裹在轻集料表面，影响集料与水泥石的界面， 并破坏水泥石和骨料的粘结，从而影响混凝土的力学和耐久性能，引起混凝土的 强度损失和耐久性变差等问题。 综上所述，c 6 0 级高流态泵送混凝土广泛应用于公路、桥梁和高层建筑中， 新拌混凝土泌水对混凝土的表面、内部结构以及性能都有相当大的危害，而且在 工程实践中一直关注的是混凝土的强度指标，而对泌水性能重视不够，而泌水对 混凝土性能影响是显而易见的，所以有必要对新拌混凝土的泌水性进行系统的研 究，为指导工程施工提供必要的技术支持，同时对完善和补充泌水理论，都具有 十分重要的意义。 1 2 新拌混凝土工作性及其泌水研究概况 1 2 1 工作性 1 2 1 1 工作性的概念 混凝土拌和物的工作性是混凝土工艺一项重要内容。t c p o w e r s 对工作性 的提法是：“塑性混凝土拌和物决定其浇灌难易，与对离析抵抗程度的性质，包 括流动性与粘聚性两者的综合效应1 4 5j ，。 英国的g l a n v i l l e ，c o l l i n s ，a n dm a t t h e w s 于1 9 4 7 年提出：“工作性是决定产 生完全密实所需要有用内功数量的混凝土性质”，明确了“有用内功”作为 对灌溉成型难易的定量测度。 p h a l l s t r o m l 9 5 5 年提出稠度( 工作性同意语) = 稳定性，粘聚性，液性及流 动性。 k n e w m a n1 9 6 0 年提法为：工作性= 易密性，流动性，稳定性及终饰性能。 0 j u z o m a k a1 9 7 0 年的提法是：工作性= 易密性，摊铺性能及稳定性。此式 第一项指孔隙的减少，第二项意味着改变形状的时间，第三项即均匀粘聚性。我 国黄大能1 9 8 1 年的提法与这些提法相似【6 l o t a s s i o sa n dn e v i l l1 9 7 3 年明确说过“工作性不是混凝土的项固有性质。”1 7 j 混凝土拌和物各种物理性质和工程性相互作用，决定了工作性不仅包含材料客观 存在的物理性质，还包含浇灌条件和工程特点等外部条件，并体现人们的主观选 择和希求。 流变学是研究物质流动和变形的科学，是近代力学的一个分支。对水泥混凝 土而言，则研究水泥砂浆、砂浆和混凝土混合了粘、塑、弹性的演变，以及硬化 5 混凝土的强度弹性模量和徐变等问题。流变学提供的参数摆脱了仪器设计和试验 条件的干扰，确实提出了表征物性的参数。研究材料的流变特性，要研究材料在 某一瞬间的应力和应变的定量关系，这种关系常用流变方程来表示。而一般材料 的流变方程的建立，都基于以下三种理想材料的基本模型的基本流变方程：( 1 ) 虎克( h o o k e ) 固体模型，它表示具有完全弹性的理想材料：( 2 ) 圣维南( s t v e n a n t ) 固体模型，它表示超过屈服点后，只有塑性变形的理想材料；( 3 ) 牛顿( n e w t o n ) 液体模型，它表示只具有粘性的理性材料。通过三种流变基元的串并联组合，可 以构成“m a x w e l l 体”和“k e l v i n 体”( 又称“v o i g t 体”) ，分别模拟松弛和徐变 过程【8 】。水泥净浆和新拌混凝土的流动，作为第一次近似常用宾汉姆( b i n g h a m ) 模型及公式来描述，即： _ r ；r ，+ 皇上 (1-r 2 ) ”，+ p t i 。川 式中：t 为剪切应力：t f 为屈服值，p a ；d r d t 为剪切速率即速度梯度，1 s ： t 1 。l 为塑性粘度，p a s ，其曲线见图1 5 。 从图中可以看出，宾汉姆体在t t f 时，不发生流动。因此，圣维南体是宾 汉姆体粘性为零时的特殊形式。同时，t t f 后，宾汉姆体就按牛顿理想液体的 规律产生流动。 c | y d 七 1o 图1 5b i n g h a l n 模型流变曲线 t et a s s i o s1 9 7 3 年总结文献，编制了下表( 表1 - 1 ) ，将工作性分解为几个 方面，罗列了人们从工程角度希求的材料行为，将所牵涉到了工程性质最后归结 为材料的基本流变性质【7 j o 表1 - 1混凝土拌和物工作性分解 实际需要希求行为牵涉的工程性质对应流变性质 运输和浇灌是的开始流动的阻力小表面的润滑 净浆边界层的t f 要低( c 流动性( m o b i l i t y ) 低，f 低) 流动过程中阻力小 液性( h u i d i t y )净浆边界层的t f 要低( c 6 低，f 低) 另加低q 。i 另加特殊需要，譬如流动和变形而无内部 可塑性 屈服应变要大d u “可泵性”断裂相对高内粘聚力c 稳定性保水力 泌水较高内粘聚力c 运送和操作中的均匀 净浆承受粗骨料相对离析较高内粘聚力c 性运动的能力 较高粘度岫 易密实性内部阻力微小内摩擦力 t f 低( c 低，f 低) ( 在指定的固实程序表面阻力微小粘附力压缩模量e 低，临界压力 中达到最大密实程s 。低 度1 终饰抹面性能包含适宜百分率的内可塑性较高屈服应变d i l ( f i n i s h i a b i l i t y ) 聚性净浆 泌水 较高内粘聚力c 注：t f 为临界剪应力( 屈服强度) ：i 为塑性秸度：凡为临界剪应变；c 为内聚力：f 为未搅动新拌混凝土 的内摩擦角；e 为压缩模量；s 。为临界法向压力。 1 2 1 2 混凝土工作性的测定方法 混凝土是一种“粘一塑一弹”发展演变的材料，开始加水拌合时的粘性体的 工作性是非常重要的。早期的没有掺加减水剂的混凝土的工作性似乎并不是很严 重的问题，因为当时工程上使用的混凝土拌合物的流动性普遍很低，而且多数是 现场搅拌。减水剂出现之后，新拌混凝土的工作性问题就突出出来了。因为减水 剂能使拌合物的流动性提高很多，然而拌合物流动性的提高又可能导致其稳定性 的降低，从而出现工作性不良的问题。新拌混凝土的工作性似乎是一个模糊的概 念，很难把它量化。它同时包含多个参数，很难用同一个试验同时测量这些参数 并综合反映之。为了研究新拌混凝土的工作性，人们已经付出了巨大的努力。研 究人员对水泥浆、砂浆和混凝土都进行了研究，并提出了很多测试方法。下面简 单概括一下各种工作性的测量方法。 ( 1 ) 坍落度试验 坍落度试验是1 9 2 3 年美国学者阿布拉姆斯( d a a b r a m s ) 借鉴查波曼 ( c m c h a p m a n ，1 9 1 3 年) 的砂浆试验而首先提出的，是目前使用较普遍的方法 之一，各国的试验各有不同，主要是坍落筒的尺寸有些不同。我国使用的坍落筒， 是一个3 0 0 m m 高的截头圆锥筒，下口内径为2 0 0 m m ，上口内径为l o o m m 。 进行坍落度试验时，混凝土拌合物的坍落是由自重而引起的变形，只要拌合 物具有塑性，并且在没有失去连续体性质之前，这个变形速度dy d t 应由剪切 应变速度而定，即 警啪，= k 1 0 砌一，爱； m s ， 式中，t 是拌合物在锥体中的位置和变形量的函数，其变形过程可作以下 分析。从拌合物锥体顶面开始，深度越深，剪切应力越大。变形仅在t = t ，的 位置以下发生，变形的速度在底部的地方最大，变形自动地随着锥体的高度降低 而减少，当锥体中的t 的最大值的部分( 即底部的剪切应力) t 一= t ，时，变 形停止。如果将拌合物的内摩擦力和变形时的惯性忽略不计，那么有 t 一= p h 2( 1 4 ) 式中p 混凝土密度，( g c m 3 ) ： h 静止后锥体高度。 所以坍落度为 s = 3 0 一h = 3 0 2t ，p 由于变形时惯性总是存在的，惯性的影响使t 一 ph 2 ， 响使t 。， ph 2 ，故一般可写成t 一= kph ，k 为一常数，则 r ， s = 3 0 上 k o ( 1 5 ) 而内摩擦力的影 ( 1 6 ) 由上式可见，混凝土拌合物的坍落度值，仅取决于容重和屈服剪切应力值。 塑性粘度系数r l 。- 虽与变形速度有关，但对坍落度方面仅是间接影响。 ( 2 ) t a t t e r s a l l 两点试验 t a t t e r s a l l 认为新拌混凝土属宾汉姆流变体，并据此要求用两“点”( 塑性 粘度和屈服应力) 来表征工作性。从此将流变学理论引入混凝土学，采用回转粘 度计侧试新拌混凝土的工作性。以不同转速下的能耗除以搅刀的转速作为转矩t 的假定单位，以搅刀的转速n 作为拌合物的流动速度，作t n 曲线，则 t = g + h n ( 1 7 ) 式中t 假定单位的转矩； n 转速( r s ) ： g ，h 常数。 “两点法”中的g 所代表的屈服剪切应力对工作性来说与稳定及内聚力有密 切关系，h 所代表的塑性粘度系数与流动性及可塑性有密切关系。这种方法测得 的结果与坍落度方法测得的工作度相比，能更进一步反映拌合物的流变性能，但 该仪器只有对坍落度至少为l o o m m 的混凝土才有效，又兼回转粘度计造价昂贵等 原因，这一试验方法至今未能获得广泛应用。后来又有很多人对以粘度计为基础 的两点试验进行了改造并取得一些成果，但都没有获得广泛采用。 ( 3 ) 重塑性试验 该试验是p o w e r s 在流展度试验的基础上提出的，它仍然使用了流展度跳桌。 重塑性试验是利用新拌混凝土试样达到一定的变形所需的作用力来评价其工作 性的试验方法。这种重塑性所需的作用力用拌合物达到一定的变形所需的振动次 数表示。对于极干硬性的混凝土，需要相当大的作用力，测试效果欠佳。试验表 明，对于某些配比不当的拌和料，不能具体说明其缺陷的实质：当然，试验时的 辅助观察可以做适当的补充，因此对操作人员的素质要求较高。必须指出，该试 验仅限于在实验室内使用。 ( 4 ) v e b e 试验 该试验是w u e r p e t 和b a h r n e r 对重塑性试验的发展。他们将p o w e r s 重塑性 试验仪中的内环去掉且用振动密实代替跳动密实；在试验过程中，当玻璃板制导 器完全与拌合物密贴，拌合物表面的全部空隙均已消失时，就假设重塑完成。该 试验是采用目测来鉴别的，因此难于确定试验终点。该试验的优点是全部试验过 程很短，并且可以用来评价干硬性混凝土充满模型的能力。该试验只适用于流动 性较低的新拌混凝土，这时振动时间比较容易控制；而对于流动性较高的新拌混 凝土，记录维皮时间造成的误差较大，以致于难以比较各拌合物工作性的差别。 另外，在该试验中，虽然可以通过比较拌合物的初始体积与终了体积求出使混凝 土拌合物产生一定变形和获得一定密实度所需要的单位能量，却不能了解新拌混 凝土的泌水及分层离析倾向。 ( 5 ) 易密性试验 易密性试验是迄今为止最可靠的采用逆向近似法进行新拌混凝土工作性测 试的试验方法，其测量参数是在标准数量功的作用下所达到的密实程度( 密实因 数) 。这一著名的试验方法是由道路研究试验室提出的，已列入1 9 7 0 年的b s l 8 8 1 和a c i 标准2 1 1 3 7 5 。易密性试验试验与坍落度试验不同，对于干硬性新拌混 凝土工作性的变异可由较大的密实因数反映出来。但非常干硬的拌合物很容易堵 塞漏斗，而且使其充分密实所需要的功更大。另外，固定大小的功所产生的密实 程度只会在比较窄的范围内变动，从而使测试的范围较窄。英国的易密性试验以 及德国易密性试验都存在这个缺点。 ( 6 ) l 一流动速度试验 该试验通过测量拌合物的一定水平流动长度和流动时间来表征其屈服应力 和粘度，它还可通过测量拌合物流动终端的粗集料含量来评价其稳定性。这似乎 较其它试验更全面地反映了新拌棍凝土的工作性。该试验方法只适用于流动性较 高的混凝土拌合物。 上述众多工作性的测试方法中，却没有专门用于测量泌水的试验方法，主要 依靠目测。泌水是工作性中稳定性的一个重要方面，因此有必要通过选择合适的 9 泌水测试方法来衡量混凝土拌合物的工作性。 1 2 2 泌水试验方法 第一个测量泌水的可靠试验方法是由p o w e r s 提出的，此方法称为浮标法 ( f l o a tm e t h o d ) ，即用一浮标测量试样顶部中心一小块面积的下沉，其法如下。 欲测定的试样在搅拌后立即盛于圆柱形平底容器内。- 4 , 块可在水中下沉，而在 新拌料中能浮起的酚醛塑料浮标置于试样表面中心，再在面上覆以一层水。浮标 的移动按一定间隔用微米读数显微镜测量。用于混凝土测定的容器直径至少应不 小于5 0 c m 。对于水泥浆体可以用较小的容器。 在美国，测定水泥浆体和砂浆泌水的标准方法为a s t mc 2 4 3 6 5 ( 7 0 ) ，原 来为v a l o r e 及其同事所发明，其法如下。1 2 5 c m 直径的圆柱形容器盛以试样至 1 0 c m 深。带有量管的的采取环放于适当位置，保证使环能插入试样中。四氯化 碳注入试样顶面和量筒中。当表面沉降时，释放水份经四氯化碳到达量筒顶部， 从而可定时测量。按此法测得的泌水速率和容量约为浮标法测得的8 0 。此法主 要用于研究工作，因为浆体泌水与混凝土泌水间测得的关系是可变的。 a s t mc 2 3 2 7 1 测定混凝土泌水的方法要求用一个圆柱体容器，内径为 2 5 c m ，高为2 7 5 c m 。容器以特定的方法装至2 5 c m 高，并让其静止在某一水平 面上1 0 分钟。然后缓慢倾斜，倒出积聚的水用移液管移到量筒中。容器再放 回到水平位置。如此重复进行，直至沉降结束。这个实验方法适宜于比较不同的 拌合料，但用作泌水的定量测定则精度不够。 同一上述a s t m 标准中还有另一个供选用的混凝土泌水试验方法。其试件 用振动台振实，随后连续振动1 小时，此后测定泌水的总体积。积聚的水也可以 用滤纸吸取，然后测定干、湿滤纸质量差，该方法主要用于较干硬的混凝土。 上述方法主要用来测量普通混凝土和砂浆的泌水，且测量精度不高。 压力泌水是衡量泵送混凝土粘聚性的一项重要指标。近几年来，许多研究 者应用压力泌水试验，测量一定压力下拌合物的泌水量、相对泌水率来辅助反映 泵送混凝土的可泵性或控制混凝土的密实性、耐久性，取得许多满意的效果。用 泌水量来衡量混凝土的粘聚性时，通常采用1 4 0 秒时的泌水量v 1 4 0 。混凝土拌 合物的相对泌水率则按下式计算： s 1 1 3 = ( v l d ，v 1 4 0 ) 1 0 0 5 1 4 0 1 0 - - 【( v 1 4 0 - v 1 0 ) v 1 4 0 1 0 0 马保国、彭观良等“认为，v 1 4 0 越小，s 1 0 越小，s 1 4 0 - 1 0 越大，混凝土的粘聚 性越好，s l o 不宜超过4 0 。实际上，对于泵送混凝土，压力泌水应有一最佳范 围，超出此范围，泵压将明显提高、波动甚至造成阻泵。张晏清“0 1 的试验表明， 1 0 当v 1 4 0 8 0 m l 时，泵压随v 1 4 0 减小而增大；当8 0 m l 一 1 3 0m l 时，容 易阻泵，他认为泵送混凝土中v l 柏可取值4 0 1 1 0m l 。由于高效减水剂的推广应 用，达到一定坍落度所需用水量减少，v 。比张晏清的试验要小。 由于近些年来混凝土外加剂和矿物掺合料的发展和应用，可配制出高流动性 高强度的混凝土，c 6 0 高流态泵送混凝土与普通混凝土还是有很大的差别，从国 内外的资料来看，对c 6 0 高流态泵送混凝土的压力泌水研究很少，因此很有必 要弄清其压力泌水的规律。 1 2 3 影响泌水的因素 泌水是混凝土离析的一种特殊形式，s p o p o v i c s o ”列举了如下几条影响泌水、 离析的因数：较大的最大颗粒尺寸值( 大于2 5 m m ) 和大颗粒的比例：粗骨 料的密度比细骨料高；混凝土中较细骨料数量的减少( 砂子或水泥) ；不是 光滑，匀称的颗粒，而是形状不规则，粗糙的颗粒；太干或是太湿的混合物。 水泥的凝结时间、细度、比表面积与颗粒分布都会影响混凝土的泌水性能。 水泥的凝结时问越长，所配制的混凝土凝结时间越长，且凝结时间的延长幅度比 水泥净浆成倍地增长，在混凝土静置、凝结硬化之前，水泥颗粒沉降的时间越长， 混凝土越易泌水；水泥的细度越粗、比表面积越小、颗粒分布中细颗粒( 5 z m ) 含量越少，早期水泥水化量越少，较少的水化产物不足以封堵混凝土中的毛细孔， 致使内部水分容易自下而上运动，混凝土泌水越严重。通常有些立窑水泥厂为节 能降耗，在制备生料时添加较多的萤石矿化剂，致使熟料的凝结时间大幅度延缓， 其水泥粉磨时，控制细度较粗，比表面积较小。此外，也有些大磨( 尤其是带有 高效选粉机的系统) 磨制的水泥，虽然比表面积较大，细度较细，但由于选粉效 率很高，水泥中细颗粒( 小于3 靴m ) 含量少，也容易造成混凝土表面泌水。碱 和c 。a 含量高的水泥有较大的保水性，因而拌合料泌水性小，但坍落度损失加 大。不同品种、不同强度等级的水泥的保水性、凝结时间、早期强度都差异较大。 采用矿渣水泥饱水性差，泌水性大，拌制混凝土时容易析出多余水分，形成毛细 管通路；对于火山灰水泥，如采用软质混合材料，并提高磨细度，泌水性可较矿 渣水泥好，但标准稠度需水量较大，如采用硬质混合材料时，这些性能则与普通 水泥相似；粉煤灰水泥需水量较小，泌水速度较快，容易引起失水裂纹。0 1 徐峰。o 认为，对于给定混凝土拌合物来说，泌水或多或少地与拌合物的某些 性能有关，但泌水是否会裹覆在骨料下面则取决于骨料的形状。在同等粒径的情 况下，针片状颗粒更容易引起泌水。 林燕妮等“”研究了细集料对砂浆泌水性能的影响，采用细砂的泌水要比采用 中砂的多3 7 9 6 ，在保持基准配合比( 用水量除外) 及控制稠度不变的前提下，砂 浆的泌水率随着砂子细度模数的减小而增大。细集料对砂浆的泌水影响关系为细 砂泌水最大，其次粗砂，中砂泌水最少。 林燕妮叫研究了粉煤灰对砂浆泌水性能的影响，由试验结果可知，与基准配 合比配制的砂浆相比较，采用i 级粉煤灰配制的砂浆泌水率降低2 0 3 4 ，采 用级粉煤灰配制的砂浆泌水率降低1 8 3 4 ，但采用i i i 级粉煤灰配制的砂 浆泌水率增加4 1 1 ，这是由于在保持基准配合比( 用水量除外) 及控制稠度不 变的前提下，掺入粉煤灰后，砂浆粉料体积增加，使砂浆具有较好的塑性和粘性， 但由于i 、i i 级粉煤灰含有较多的微细球形颗粒有利于浆体的流动性能，并有助 于截断砂浆内泌水通道，而且粉煤灰越细，颗粒中的玻璃微珠较多，要满足试验 所需的设计稠度，其相应的用水量较小。掺入i i i 级粉煤灰后，由于i i i 级粉煤灰 中碳粒等多孔颗粒含量较多，要满足试验所需的设计稠度，其相应的用水量较多， 同时由于多孔颗粒吸水后的释水，导致砂浆的泌水量增加。由粉煤灰材料质量性 能分析也得知：