自密实混凝土配制及质量控制优秀毕业论文.pdf

河北工业大学 硕士学位论文 自密实混凝土配制及质量控制 姓名 周杰 申请学位级别 硕士 专业 建筑与土木工程 指导教师 田稳苓 赵小朵 2010 12 河北工业大学工程硕士学位论文 i 自密实混凝土配制及质量控制 摘 要 自密实混凝土配制及质量控制 摘 要 自密实混凝土硬化后具有良好的力学性能和耐久性 施工噪音小 速度快 更重 要的是它依靠自重 不需要振捣即可充满模板和包裹钢筋 流动性好 具有良好的施 工性能和填充性能 而且在外加剂的作用下 能保证骨料不离析 本课题采用地方材料和工业废渣粉煤灰配制自密实混凝土 以新拌混凝土的坍落 度 扩展度 中边差为考核指标 采用单因素试验法进行了大量试验 得出了粉煤灰 掺量 砂率 高效减水剂掺量以及增稠剂掺量对拌合物工作性能和强度影响的主次关 系 最后综合平衡 对试验结果进行分析 成功配制出了坍落度 扩展度 中边差满 足配制强度要求的高流态免振捣的自密实混凝土 同时检测自密实混凝土的抗压强度 钢筋握裹力性能 抗炭化性能 验证自密实混凝土硬化后的力学性能完全符合要求 并具有较高的耐久性 最后 对自密实混凝土的质量控制进行了研究 结合实验结果和工程实际 对建筑工程加固方案进行比较 采用 c30 自密实混凝 土对保定师范学校教学楼进行了加固实践应用 经检测 混凝土浇筑质量完好 楼板 墙体 梁 柱的强度 刚度均达到设计要求 自密实混凝土在该工程中的成功应用表 明 采用自密实混凝土对既有建筑进行加固具有显著的技术经济效应和社会效益 关键词 关键词 自密实混凝土 单因素试验法 高效减水剂 力学性能 质量控制 加固应用 自密实混凝土配制及质量控制 ii self compacting concrete optimal mix design and quality control abstract harden scc has good mechanical property and durability less construction noise and faster construction velocity what s more it can fill up the moulding board and hold reinforced bar under its own weight without vibration with good liquidity good construction and stuffing property in addition it is not easy for scc to produce segregation with additives in this thesis local materials and industrial byproduct fly ash are used to produce the scc using assessment indicators of the slump of fresh concrete expand degree the difference between the middle and edge with the large number of experiments a conclusion which is that influence degree of fly ash dosage mortar ratio superplasticizers dosage and thickening agent dosage to fresh concrete workability and strength is made through using single factor experiment method and regarding slump expand degree the difference between the middle and edge as feedback indexs at last according to synthesis balance and making analysis to experimental results the author successfully obtained scc with high liquidity no vibration which has the characters of slump expand degree the difference between the middle and edge at the same time testing the compressive strength of self compacting concrete steel bond strength resistance to charring performance verify the hardened self compacting concrete full compliance with requirements of the mechanical properties and high durability finally the quality control of self compacting concrete are studied combining expermental results and characteristics of engineering in practice graded 30mpa self compacting concrete was chosen to reinforce the baoding normal school teaching building in the end after testing the concrete casting quality intact floor wall beam column the strength stiffness are to meet the design requirements self compacting 河北工业大学工程硕士学位论文 iii concrete in the successful application of this project show that self compacting concrete reinforcement of existing buildings has significant technical and economic effects and social benefits key words self compacting concrete single factor experiment method superplasticizer dynamic property quality control reinforcement applications 河北工业大学工程硕士学位论文 1 第一章 引言 第一章 引言 1 1 本课题的提出 1 1 本课题的提出 1990 年 5 月在马里兰州的盖瑟斯堡由美国aci和nist主办的讨论会上 高性能混凝土被定义为 具有所要求性能的匀质混凝土 这些性能包括 易灌筑 易密实 不离析 能长期保持优越的力 学性能 早期强度高 韧性高 体积稳定性好 在恶劣环境下寿命长等 也就是说 高性能混凝 土 high performance concrete 简称hpc 是具有各项优良性能的新型混凝土 1 自密实混凝土 self compacting concrete 简称 scc 是高性能混凝土的重要组成部分 已 经成为现代混凝土发展的方向之一 它通过初步计算自密实混凝土配合比 然后将水泥等胶结材 料 粗细骨料 外加剂进行配合比的优化 使混凝土拌合物流动性增大且又具有足够的塑性粘度 粗细骨料能够悬浮于水中不离析 不泌水 在不用或基本不用振捣的成型条件下 能充分填充构 件所有空隙 从而形成密实而均匀的混凝土结构 自密实混凝土可以大量掺用粉煤灰 磨细矿渣等工业废料进行配制 有利于保护生态环境 特别是在混凝土浇筑时自密实混凝土可以在自重的作用下 进入钢筋密集或者狭窄复杂的断面而 不需要振捣 减少了施工噪音同时减轻了混凝土操作工人的劳动强度 所以 自密实混凝土又是 一种绿色的新型高性能结构材料 鉴于scc的 绿色 属性 它自然成了新世纪土木工程领域备受 瞩目的研究方向之一 2 3 4 5 近年来国内 外不少学者和单位对自密实混凝土开展了较多较深入的研究并取得了丰硕的科研 成果 但由于我国混凝土生产以及建筑施工管理水平相对较低 外加剂的研发以及使用尚不成熟 粗骨料生产方式较为落后 对自密实混凝土目前尚缺乏可靠的评价方法等原因 自密实混凝土在我 国的生产和应用还有很大局限 我国对于自密实混凝土的研究基本上还多处在配合比阶段 关于自 密实混凝土的配合比如何优化 从生产到施工再到养护的一系列应用问题的研究较为少见 因此 对自密实混凝土的配合比设计优化 配制过程以及质量控制进行研究就显得尤为重要 自密实混凝土配制及质量控制 2 1 2 国内外自密实混凝土研究及发展现状 1 2 国内外自密实混凝土研究及发展现状 在混凝土的发展史上有三次飞跃 分别是钢筋混凝土的普及 预应力混凝土的推广以及外加 剂的应用 其中外加剂的应用大大增强了混凝土材料的生命力 混凝土材料的性能可以分为施工 性能 物理力学性能 耐久性能 抗火性能 抗渗性能等 根据对混凝土不同的性能要求 可以 对混凝土材料进行相应的分类 20 世纪 80 年代初 混凝土的耐久性问题引起了日本土木工程界的关注 要提高混凝土的耐久 性 就必须在混凝土施工时需要大量的技术高超的混凝土工人充分振捣以获得结构密实的混凝土构 件 尤其是在钢筋密集的条件下 使混凝土成型密实 以保证混凝土的耐久性 因为振捣不充分使 混凝土结构密实度下降 这会大大降低混凝土的最终性能 而当时日本建筑技术工人数量日趋减少 特别是技术高超的混凝土工更加匮乏 在这种背景下 以东京大学冈村甫 hajimeokalnura 教授为首 的研究团队开展了自密实混凝土的研究 并于 1988 年夏在实验室开发成功了钢筋密集的pnototypel 1 号 7d和 28d强度分别为 277kgf cm 2 和 439kgf cm2 1989 年 7 月在东京大学为参观学者进行了现 场浇筑演示 当时称为 不振捣高性能混凝土 后来称为 自密实混凝土 该种混凝土的成功演 示引起了日本土木工程界的震动 从此 日本东京大学和日本的各大建筑公司纷纷开展有关自密实 混凝土的研究工作 并将其应用到工程实践中 1997 年 1 月制定了 高流动性混凝土材料 配比 制造 施工指南 大大推动了自密实混凝土在日本的应用 与此同时欧美方面出资 300 万欧元资助 由多国建筑商 混凝土专家 外加剂生产厂 钢纤维生产厂联合攻关的开发项目 旨在开发土木工 程通用型自密实混凝土以及建筑用高质量饰面效果的纤维增强自密实混凝土技术 我国从 20 世纪 90 年代初期也开始了自密实混凝土的研究 实际上 清华大学冯乃谦教授早在 1987 年就提出流态混凝土概念 奠定了这一研究的基础 90 年代清华大学开始进行自密实混凝土 的研究 现在 随着混凝土外加剂的不断研发以及广泛应用 越来越多的高强混凝土脱离了单纯高 强的范畴 而转向高耐久性 大流动性 超高度泵送 自密实不振捣等高性能混凝土 从 1995 年开 始在深圳 上海 北京等城市已开始应用自密实混凝土 主要应用于地下暗挖 配筋密集 复杂等 无法浇筑和振捣的部位 解决了施工扰民的问题 缩短了施工工期 4 按流变学理论 2 混凝土拌合物大致符合宾汉姆流体模型 其流变方程为 0 0是阻碍 塑性变形的最大应力 由材料之间的附着力和摩擦力引起 它支配了拌合物的变形能力 当 0时 混凝土产生流动 是反映流体各平流层之间产生的与流动方向反向的阻止其流动的粘滞阻力 它支 配了拌合物的流动能力 越小 在相同外力作用下流动越快 河北工业大学工程硕士学位论文 3 根据上述理论 自密实混凝土原材料方面研究的主要思路是 首先是选择原材料 并规定原材 料质量满足相应技术标准要求 其次是研究不同原材料之间的合理匹配 使自密实拌合物具有低屈 服剪应力 0和一定的塑性塑性粘度 使新拌自密实混凝土具有高流动性而不离析 自密实混凝土配制的试验研究 常用方法为 首先进行水泥与高效减水剂之间的相容性试验 选择与高效减水剂相容较好的水泥 并初步确定高效减水剂的最佳用量范围 然后同其它品种的外 加剂进行复合 使新拌自密实混凝土工作性满足施工方面的要求 通过调整水胶比或粉煤灰掺量使 硬化混凝土强度满足强度等级的要求 对自密实高性能混凝土工作性检测和评价有多种方法 各有侧重 到目前为止还没有一种单一 的方法能够全面地反映新拌自密实高性能混凝土的工作性能 同样也还没有一种单一的方法或者是 两种以上方法的结合得到广大学者和专家一致认同 一般都认为对于新拌自密实高性能混凝土的工 作参数 都要用两种以上的测试方法进行测试 在材料方面 研究提出的一些理论主要集中在配合比设计方面 配比理论中有代表性的是以1931 年andreassen模型为基础的最大堆积密度或称颗粒包裹particle pack ing理论 但将最大堆积密度理论 应用于需要优良工作性能的自密实高性能混凝土时 仅有填充集料颗粒之间空隙的水泥浆体量是不 够的 必须有一定的浆体富余量对集料起润滑作用才能使混凝土拌和物达到需要的流动性 5 应用混凝土流变学理论是自密实高性能混凝土研究的一个重要特点 流变学是研究材料流动和 变形的科学 属力学范畴内的一个分支 6 流变学在混凝土材料科学中应用发展成了混凝土流变学 理论 在理论和实践中都对混凝土的改性起到了重要的促进作用 通常自密实高性能混凝土工作性 的流变学研究是通过试验进行的 一般从先研究水泥净浆 然后研究混凝土 7 8 混凝土流变学研究 发展了一些两点法测试方法和仪器 并应用于配合比设计和工作性评价 9 1 3 自密实高性能混凝土的工程应用 1 3 自密实高性能混凝土的工程应用 日本应用自密实高性能混凝土成功的典范是世界上跨度最大 主跨 1990m 的悬索桥 明石海 峡大桥工程 明石桥的 2 个锚锭分别使用了 24 万m3和 15 万m3强度为 25mpa的自密实混凝土 由于 采用高性能自密实混凝土施工技术 使两个锚锭的施工用时从两年半缩短到两年 缩短工期 20 美国的西雅图双联广场是迄今为止自密实高性能混凝土用于实际结构中强度最高的 实测 28d 强度 119mpa 91d 强度 145mpa 由于采用了超高强的自密实高性能混凝土降低了结构成本 30 在荷兰根据一些企业的生产实践 认为免振自密实混凝土材料成本虽比普通混凝土增加 5 15 自密实混凝土配制及质量控制 4 但其增加的费用完全可以由减少的劳动力工时与所耗的环境保护治理费来补偿 因此荷兰大约 75 的预制混凝土采用自密实混凝土 另有许多国家也都开展了自密实混凝土的研究和应用 如瑞典应 用自密实混凝土减轻操作工人的劳动强度 德国预制行业应用自密实混凝土可降低造阶 3 5 6 8 并颁布了自密实混凝土技术规范 丹麦在地铁和隧道中都应用了自密实混凝土 我国自密实混凝上的研究及应用相对较晚 从 20 世纪 90 年代初期一些单位开始了免振捣自密 实混凝土的研究 北京建工集团二公司进行了高流态免振捣自密实混凝土的试验研究 并成功地研 制出既能高位抛落又能低位浇筑的自密实混凝土 1996 和 1997 年分别在三个工程中试用于柱 梁 楼板和基础后 通过了免振捣自密实混凝土技术鉴定 近几年 国内有关免振捣自密实混凝土的研 究已有了很大起色 如清华大学的廉慧珍教授 杨静副教授 武汉工业大学的马保国教授 哈尔滨 工业大学的巴恒静教授 潘雨博士以及江苏建筑材料研究院 天津市建筑科学研究院等对免振捣自 密实混凝土做了大量研究工作 极大促进了我国免振捣自密实混凝土的发展 10 11 12 自 1993 年起我国在北京 深圳 济南等城市开始使用自密实混凝土 从 1995 年起至 2001 浇 筑量已超过 4 万立方米 主要用于地下暗挖 密筋 形状复杂等无法浇筑或浇筑困难的部位 解决 扰民问题 缩短工期等 2 5 在最近 几年发展非常迅速 北京 深圳 南京 济南 民沙等城市 陆续有了自密实混凝上的应用报道 应用领域也从房屋建筑扩大到水工 桥梁 隧道等大型工程 北京恒基中心过街通道工程 由于采用暗挖二次衬砌工艺 混凝土浇筑施工作业面很小 混凝土振 捣密实成型十分困难 给施工带来一定难度 同时混凝土施工质量也得不到保证 采用自密实混凝 土施工 不仅解决了施工难题 确保混凝土质量并保证了工程进度 3 江苏润扬民江大桥e1 标北锚 锭基础内衬墙采用自密实混凝土浇筑 自 2002 年 5 月中旬开始至 10 月结束 混凝土标号为c30 混 凝土用量约 1 万立方米 混凝土搅拌在强制式拌合站进行 通过混凝土搅拌车将自密实混凝土运送 至施工现场 然后通过泵送或溜槽直接入仓 混凝土通过自身重力而填满整个仓面 整个过程没有 进行人工振捣 2d后拆模 混凝土表面平整 光滑 没有蜂窝或麻面 证明自密实混凝土施工质量 良好 在长江三峡左岸左厂坝引水工程中 压力钢管直径达 12 4m 由于底部配筋密集 普通混凝土 不易振捣 采用自密实混凝土浇筑 总用量逾万立方米 整个浇筑过程迅速 方便 工程质量得到 了三峡监理中心西北勘测设计院的认可 取得了很好的技术 经济效益 福建省漳州市万松关隧道 二次衬砌混凝土设计总量为 25000 立方米 设计衬砌断面为圆拱形 衬砌厚度为 35 50cm 浇筑最 大高度为 8 5m 混凝土中配筋密集 施工时工作面小 振捣困难 采用自密实混凝土浇筑获得了良好 的使用效果 国家体育场 鸟巢 的外面由不规则的钢结构构件组成 里面的混凝土结构与钢结构相互独立 河北工业大学工程硕士学位论文 5 在混凝土看台和钢结构外罩之间的空间里设计有很多倾斜的混凝土柱子支撑建筑 柱子形状各异且 与空间曲形环梁相互交织 按照传统施工方法 通过振捣棒振捣密实混凝土是很困难的 施工方采用 高流态自密实混凝土 采取高压顶升 从钢管底部注入混凝土 由底向上顶升逐步填充 工程工期提 高一倍多 拆模后 混凝土表面外观良好 达到了清水混凝土的水平并且通过检测柱内无任何质量缺 陷 检测结论合格 国家大剧院是国家文化标志性建筑 是国家最高表演艺术中心 国家大剧院工程屋盖设计为椭圆 形壳体钢结构 环绕于 202 区主体结构一周的混凝土环梁是大剧院球形屋盖的承重基础 总长 560 m 高度 2m 宽度 8m 9m 环梁混凝土强度等级为c50 总浇筑方量约为 4500m 3 全部采用商品混凝土一次 性泵送浇筑 不留施工缝 由于环梁内钢筋密集且预埋管件甚多 又属大体积混凝土 因此施工难度 极大 根据论证 最终选用了c50 自密实混凝土 采用了合理的施工工艺 顺利解决了技术难题 50 上海世界博览会演艺中心结构由长 1 4 m 宽 0 8 m 高 10 12m 的 108 根钢立柱组成 立柱内设 横隔板 混凝土浇注施工难度大 为确保混凝土浇注工作的顺利进行 根据箱型柱结构要求 混凝 土只能由柱模及箱型钢板上口注入 并经由每层隔板上仅有的 300 mm 的圆孔自然流淌到底层 每 层落差 即隔板间距 达 4 m 总高度达 12 m 以上 无法振捣 应用自密实混凝土进行浇注较好的达 到了设计施工要求 由于我国对于自密实混凝土的研究多局限于材料配制及素混凝土的软科学性能方面 缺少对自 密实混凝土的配筋结构安全性能 耐久性能研究等 同时 由于混凝土生产以及建筑施工管理水平 有待提高 外加剂的开发水平较低 粗骨料生产方式较为落后 对自密实混凝土尚缺乏可靠的评价 方法等 在我国对自密实混凝土的研究和应用存在很大局限 有许多问题丞待研究解决 但是可以 预见 免振捣自密实混凝土技术的发展将为混凝土施工带来划时代的变革 1 4 研究意义 1 4 研究意义 总结国内外的相关资料 采用自密实混凝土可以起到改善施工性能 降低混凝土在浇筑 振捣 时所需的劳动力 从而降低了造价 提高工效 减少劳动量并缩短工期 减少施工噪音的作用 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的迅速增加 混凝土的用量 也会猛增 而这些工程都是在野外比较困难的条件下施工的 工程质量 进度 效率和连续性成了 最为关键的问题 自密实混凝土自身的优点可以有效的解决这些问题 尤其应用于以下几个方面可以取得较好的 技术和经济效果 自密实混凝土配制及质量控制 6 1 钢筋密集 振捣困难的部位 2 采用泵送混凝土时 3 必须均匀致密地抹平混凝土时 4 对于墙壁 楼板 屋面板等构件 可以不用振捣 而高效率地浇筑混凝土 同时 在应用自密实混凝土的工程中 作为一种新型建筑材料 其质量控制也显得尤为重要 1 5 研究内容和目的 1 5 研究内容和目的 综上所述 本论文的研究内容和目的就是 充分利用本地资源 利用单因素法 对自密实混凝 土配合比进行优化 确定适合于本地区的自密实混凝土配合比 通过试块对硬化混凝土做轴心抗压 强度 钢筋握裹力试验 收缩试验 炭化试验以确定其力学指标及耐久性能 同时 对自密实混凝 土的质量控制进行初步分析研究 并确定出自密实混凝土配合比设计 优化 施工质量控制的方法 最后 通过将实验结果应用于实际加固工程中 根据加固方案的比较 选用自密实混凝土施工 方法 经过检测 达到了预期目的和要求 因此 利用本文所提出的自密实高性能混凝土的工作性 能标准和混凝土设计方法是可行的 具有使用的适用性和可靠性 为自密实混凝土在更广阔的领域 的应用奠定了一定的基础 河北工业大学工程硕士学位论文 7 第二章第二章 试验原材料及试验方法试验原材料及试验方法 2 1 自密实混凝土原材料概述 2 1 自密实混凝土原材料概述 2 1 1 胶凝材料 水泥 2 1 1 胶凝材料 水泥 自密实混凝土对水泥无特殊要求 采用普通硅酸盐水泥即可 对采用早强硅酸盐水泥和抗硫酸 盐水泥配制自密实混凝土目前尚缺乏经验 本文采用邯郸太行山牌 32 5 普通硅酸盐水泥 水泥中矿渣 粉煤灰 石灰石含量为 14 2 水 泥标准执行 gb175 1999 水泥性能见表 2 1 表 2 1 水泥技术指标表 table 2 1 specifications of cement 项目 标准值 实际值 细度 80mm 方孔筛筛余 10 0 1 3 初凝 0 时 45 分 2 30 凝结时间 终凝 10 时 0 分 3 30 安定性 合格 合格 氧化镁 mgo 5 0 3 38 二氧化硫 3 5 2 43 烧失量 2 用随机化的方法经被试 分为 k 组 对比 k 组进行试验后对比试验效果好坏 优点 能够较明显的检查出实验效果如何 对 被试者的需要量较少 缺点 每个被试需花费较多时间 容易产生疲劳 前后测之间存在时间按间 隔较长 带来较大外来影响顺序误差 前面的观测影响后面观测的结果 自密实混凝土配制及质量控制 14 2 3 2 考核指标 2 3 2 考核指标 自密实混凝土拌合物工作性测定方法参考 gbj80 85 普通混凝土拌合物性能试验方法 和 cecs 203 2006 自密实混凝土应用技术规程 进行 结合定量测定和定性观察综合评定自密实混凝土拌 合物的工作性 新拌自密实混凝土工作性要求具有高流动性 填充性 间隙通过性及抗离析性 一般一种测试 方法无法全面反映其工作性能 需采用两种及两种以上的测试方法来评价其工作性能 目前用于自 密实混凝土工作性能检测的方法主要有 坍落扩展度试验 t50 j 环试验 l 型仪 u 型箱 v 型漏 斗 o 型漏斗 稳定性过筛试验 贯入法测定稳定性试验等 国内外不同的设计方法 不同的技术 标准或不同的设计要求 采用了不同的性能测试方法 自密实新拌混凝土工作性能测试项目和方法 普遍采用的有以下三种 l 坍落度 扩展度试验 坍落扩展度试验用来检测新拌自密实混凝土的流动性 抗离析性 适用于各等级自密实混凝土 的流动性和抗离析性能测定 2 扩展时间 t50 用坍落度筒测量混凝土坍落度时 自坍落度筒提起开始计时至坍落扩展度达到 500 mm 时的时间 即为 t50 单位为 s 3 u 型箱试验 u 型箱试验主要用来测量新拌混凝土通过钢筋间隙与自行填充至模板角落的能力 适用于各个 等级的自密实混凝土自密实性能的测定 本次试验主要定量测量的技术指标有坍落度 扩展度 中边差 坍落度 坍落度的测定和普通混凝土的测定方法基本相同 将自密实混凝土拌合物一次装入坍 落度筒而无需插捣 测定混凝土拌合物坍落的高度 取两次的平均值 为了达到高流态 一般认为 自密实混凝土拌合物坍落度在 240mm 270mm 之间较适宜 扩展度 测定坍落后的混凝土拌合物的两个垂直直径 取平均值作为测定结果 一般认为自密 实混凝土拌合物的扩展度 550mm 比较适宜 中边差 测定坍落后混凝土的边缘与最高点的高差 测两次取平均值 为了达到均质和抗离析 性 一般要求自密实混凝土拌合物中边差控制在 25mm 以内为好 自密实混凝土拌合物工作性评定 从混凝土拌合好开始 每隔 30min 评定一次 到 120min 为止 在评定过程中如混凝土拌合物在 0 120min 的定量指标不满足要求 就停止评定 河北工业大学工程硕士学位论文 15 在测定自密实混凝土拌合物定量指标过程中 定性观察其稳定性 2 3 3 制备工艺及测试方法 制备工艺及测试方法 1 拌合物的搅拌 人工拌合 自密实混凝土拌合物的工作性试验采用人工拌合 拌合方法和普通混凝土基本相同 区别体现在 胶凝材料拌合均匀后再加砂 凡是溶于水的外加剂均采用同掺法 即先将外加剂溶于 水再和水一起加入混凝土中 不溶于水的外加剂可采用先掺法 由于掺入了外加剂应适当延长干拌 和加水拌合的时间 机械拌合 自密实混凝土强度试验采用小型圆盘立式强制搅拌机搅拌 拌合方法和普通混凝土 相比稍有差异体现在 胶凝材料干拌均匀后再加砂和石 再干拌均匀 然后加水拌合 外加剂掺入 方法同人工拌合 2 试件的浇筑成型 按 gbj80 85 普通混凝土拌合物性能测试方法 标准测定坍落度 然后进行的坍落扩展度测定 在两个垂直方向测定混凝土饼的直径 混凝土试件成型时 不分层插捣 不振动 将混凝土拌合 物装满试模即可 3 试件的养护 试件成型后 在实验室放置一天后脱膜 送入标准养护室 养护室温度保持在 20 2 范围内 相对湿度保持在 95 以上 试件在标准养护室的支架上放置时 彼此之间间隔 10 20mm 试件表面 保持潮湿 不被水直接冲淋 养护至试验龄期取出 4 混凝土抗压强度测定按 gbj81 85 普通混凝土力学性能试验方法 进行 自密实混凝土配制及质量控制 16 第三章 自密实混凝土配制方法概述 第三章 自密实混凝土配制方法概述 3 1 流动性与抗离析性的平衡 3 1 流动性与抗离析性的平衡 自密实混凝土为了达到流动性与抗离析性的平衡 通常是通过调整单方用水量 保持水胶比不变 和掺入外加剂的方法来改变混凝土拌合物的流动性的 当用水量和外加剂用量增加时 自密实混凝 土拌合物的流动性随之增大 而抗离析性则随之下降 自密实混凝土拌合物的最主要特点是具有高 流动性和高抗离析性 因此 达到用水量 外加剂量和流动性 抗离析性的平衡使矛盾得到统一 是自密实混凝土配合比设计的关键 23 3 2 固 液两相物质的相互作用及其影响因素 3 2 固 液两相物质的相互作用及其影响因素 对于自密实混凝土来说 达到流动性与抗离析性的平衡要从自密实混凝土拌合物的固 液两相 物质的相互作用及其影响因素入手 23 1 粗集料与砂浆 配制高流动性的自密实混凝土的关键是在保证所需强度和耐久性的前提下 得到可不振捣或经 轻微振捣后能密实的混凝土拌合物 流动性良好的自密实混凝土拌合物配合比应当有两个要素 较 小的粗集料体积含量和足够数量并具有足够粘度的砂浆 其中粗集料体积含量主要对新拌混凝土是 否离析有影响 应当在满足流变性要求的前提下 尽量增加粗集料的用量 43 普通混凝土的粗集料 体积含量一般为 0 6m 3 0 7 m3 通过试验研究 并在协调平衡以上各种相互影响的因素之间的关系 后 综合得出的结果表明 自密实混凝土的粗集料体积含量以 0 5m 3 0 6m3为宜 2 砂与复合水泥浆 对于砂浆来说 是砂和复合水泥浆两相 砂在砂浆中的体积含量 影响砂浆的收缩及流动情况 河北工业大学工程硕士学位论文 17 较小的砂体积含量可减小堵塞情况甚至不堵塞 而砂浆的收缩是随砂体积含量的减小而增大的 研 究表明 砂在砂浆中的体积含量在 40 52 浆集比 0 916 1 5 为宜 同时 砂浆的粘度与砂的 体积含量和复合水泥浆的浓度相关 这两者共同决定着砂浆的粘度 3 复合胶凝材料与水 复合水泥浆是复合胶凝材料和水两相 一般是用水胶比来表示它们的关系 水胶比决定着复合 水泥浆的流动性 例如水胶越比大 则浆体粘度越小 混凝土的流动性就越好 但强度会随水胶比 的增大而降低 因此 水胶比不宜过小 否则会使流动性变差 但同时也不宜过大 否则会降低自 密实混凝土的强度与耐久性 通过试验研究 23 确定了自密实混凝土的合理水胶比范围是 0 4 0 7 当混凝土强度要求不是很高时 必然有较大的水胶比 这时浆体粘度就要靠复合胶凝材料的合理匹 配来调节 一般来说 自密实混凝土强度越低 自密实混凝土的水胶比越大 混凝土拌合物的流动性越容 易得到保证 而抗离析性和保水性越难得到保证 因此 高流动性 抗离析性和保水性是互相矛盾 的 必须通过混凝土原材料合理匹配 外加剂的合理选择和外加剂的合理掺量来达到高流动性和抗 离析性的一致统一 3 3 矿物掺合料的影响 3 3 矿物掺合料的影响 配制自密实混凝土 掺加矿物掺合料是十分必要的 最常用的是粉煤灰 它作为混凝土拌合物 的主要组成部分 对自密实混凝土的性能主要有以下影响 24 25 1 可以增加混凝土中胶凝材料的用量 补充细粉料的不足 2 可以改善自密实混凝土中拌合物泌水离析现象 3 粉煤灰中含有大量球形玻璃体 能起到润滑作用 增加自密实混凝土的流动性 4 粉煤灰能降低混凝土初期的水化热 控制混凝土的温升 很好地防止温度裂缝的产生 5 增加混凝土硬化后的后期强度和混凝土的耐久性 自密实混凝土中掺合料的用量可以按净浆和砂浆流动度试验来确定 也可根据实际情况和经验 选取合理值 可大于胶凝材料总量的 30 26 27 28 自密实混凝土配制及质量控制 18 3 4 合理选择外加剂 合理选择外加剂 1 高效减水剂的合理选用 外加剂在自密实混凝土的配制中起到关键作用 由于自密实混凝 土对外加剂比较敏感 所以对外加剂的选择首先要保证其性能稳定且对用水量不是很敏感的减水剂 减水率要求达到 20 以上 减水剂的最佳掺量是通过试验试配确定 2 自密实混凝土坍落度随时间推移会有所损失 这会影响自密实混凝土的工作性能 此时多 采取掺缓凝剂来解决 试验中 根据自密实混凝土的使用目的 对缓凝时间的要求选择缓凝剂 通 过试验确定合适掺量并进行水泥适应性试验 38 3 由于自密实混凝土拌合物往往有离析的倾向 故多采取掺增稠剂来解决 46 47 48 增稠剂能显 著增加水溶液的粘度 解决高流动度 高扩展度的新拌混凝土的变形能力和抗离析性的矛盾 提高自 密实混凝土的稳定性 充填性 但是一般掺入增粘剂会使混凝土硬化后的强度有所损失 当混凝土 拌和物中外加剂成分复杂时 可能会产生不良反应 同时增加造价 48 因此需要严格控制其掺量 3 5 配合比的调整 配合比的调整 混凝土拌合物如出现离析 泌水时 13 1 应调整砂率 适当增加砂的数量 以增大砂浆的粘度 同时也应增大砂浆的数量 2 优化骨料的级配 选用针片状含量少 粒形较好的粗骨料 3 调整高效减水剂的品种和掺量 4 调整矿物掺合料的掺量 5 采用与混凝土拌合物体系相容性好 对混凝土硬化后性能无不利影响的增稠剂 河北工业大学工程硕士学位论文 19 第四章第四章 自密实混凝土的配制 自密实混凝土的配制 4 1 配制思路 4 1 配制思路 高效减水剂已成为自密实混凝土拌制中不可缺少的组分之一 它可以改善新拌混凝土的工作性 能 提高硬化混凝土的物理力学性能与耐久性 同时可以节约水泥 改善施工条件 提高施工效率 但在具体生产与施工中 本试验选用两种高效减水剂 萘系 聚羧酸系列 得到符合施工要求的自 密实混凝土 4 2 采用聚羧酸高效减水剂配制自密实混凝土 4 2 采用聚羧酸高效减水剂配制自密实混凝土 在本次试验中 采用单因素法对自密实混凝土几组配合比进行试配 检验其各项指标 评价其 工作性能 选择其中符合要求的配合比 最终确定自密实混凝土配合比如下表 表 4 1 c20 自密实混凝配合比 单位 kg m3 table 4 1 c20 self compacting mix coagulation unit kg m3 水泥 粉煤灰 石子 砂子 水 350 350 815 813 200 可以通过各部分外加剂掺量不同以及试验现象来评测自密实混凝土拌和物的工作性能 具体如 下 4 2 1 高效减水剂对自密实混凝土工作性能的影响 4 2 1 高效减水剂对自密实混凝土工作性能的影响 通过初步试验 对聚羧酸高效减水剂采用 1 0 1 5 掺量 均以胶凝材料质量为技术 测定了 对于 c20 自密实混凝土拌合物工作性包括坍落度 扩展度和中边差的影响 如表 4 2 所示 试验现 象如表 4 3 所示 自密实混凝土配制及质量控制 20 表 4 2 聚羧酸高效减水剂对自密实混凝土坍落度 扩展度和中边差影响 table 4 2 polycarboxylate superplasticizer on self compacting concrete slump expansion of degree and difference in the side 坍落度 mm 扩展度 mm 中边差 mm 编 号 聚羧酸 t0 t30 t60 t90 t120 k0k30k60k90k120z0 z30 z60 z90 z120 n1 1 0 227 257 780500 18 33 n2 1 2 274 272 270 260 5 770720630515 18 22 24 30 n3 1 3 276 274 272 268 259 78074065062052020 20 23 25 32 5 n4 1 4 277 276 274 270 261 77072070564552017 19 20 24 25 n5 1 5 277 276 277 278 272 79577576575066518 20 16 15 20 表 4 3 现象说明 table 4 3 shows the phenomenon 试验现象 试验编号 n1 n2 n3 n4 n5 0min 有气泡 有气泡 有气泡 有气泡 有气泡 30 min 严重泌水 泌水 泌水 泌水 泌水 60 min 正常 正常 正常 正常 90 min 正常 正常 正常 正常 120 min 正常 正常 正常 由表 4 2 可以看出 随着聚羧酸高效减水剂掺量的不断增加 自密实混凝土的坍落度和扩展度 均在增加 中边差在减少 坍落度和扩展度损失在减少 说明随着聚羧酸掺量的提高 自密实混凝 土的流动性不断增加 当其掺量为 1 0 和 1 2 不能满足其工作性要求 而其掺量为 1 5 时 其坍 落度 扩展度 中边差均能满足要求 由表 4 3 可知 当聚羧酸的掺量不同时 在 30min 时均有较 严重的泌水现象 4 2 2 木钙对自密实混凝土工作性能的影响木钙对自密实混凝土工作性能的影响 木钙是工程中应用广泛的普通减水剂 对水泥有缓凝作用掺有木钙的混凝土的和易性等各项性 河北工业大学工程硕士学位论文 21 能均较未掺外加剂的混凝土有不同程度的提高 当聚羧酸高效减水剂掺量为 1 5 而对木钙不同掺 量的试验结果和现象分别如表 4 4 和表 4 5 所示 表 4 4 聚羧酸高效减水剂掺量为 1 5 时 木钙对自密实混凝土拌合物工作性能的影响 table 4 4 polycarboxylate superplasticizer was 1 5 wood content of calcium on the work of self compacting concrete mixture performance 坍落度 mm 扩展度 mm 中边差 mm 编 号 木钙 t0 t30t60 t90 t120 k0k30k60k90k120z0 z30 z60 z120 265 5526 5 z9 0 n6 0 2 277 276 275 275 7757357456959019 18 18 21 n7 0 3 274 276 274 261 750735700545 22 18 21 9 table 4 5 shows the pn 试验现象 表 4 5 现象说明 henomeno 试验编号 n6 n7 0min 大量气泡 大量气泡 30 min 轻微泌水 大量气泡 大量气泡 少量气泡 正常 120 min 正常 60 min 正常 90 min 正常 随着木钙增加 在 30min 泌水稍微有所改善 总的来看木钙增加前后对试验并无显著的影响 4 2 3 缓凝剂对自密实混凝土工作性能的影响 4 2 3 缓凝剂对自密实混凝土工作性能的影响 作性 本实验缓凝剂用葡萄糖酸钠 三聚磷酸钠 具体试验结果和试验现象如表 4 6 和表 4 7 所示 由表 4 4 可以看出 当聚羧酸高效减水剂掺量为 1 5 不变 随着木钙掺量的增加 自密实混凝 土的坍落度和扩展度不断减少 中边差逐渐增加 而且坍落度和扩展度损失在减少 随着木钙的增 加 对混凝土工作性的影响不明显 而且导致混凝土拌和物提前不满足要求 由表 4 5 可以看出 缓凝剂能够调节混凝土的凝结时间和混凝土的硬化性能 还可以改善自密实混凝土拌合物的工 自密实混凝土配制及质量控制 22 由表 4 6 可以看出 当聚羧酸掺量保持 1 4 不变时 随着缓凝剂葡萄糖酸钠的掺入 坍落度和扩 展度不断增加 中边差逐渐减小 当聚羧酸掺量保持 1 3 不变时 随着葡萄糖酸钠 三聚磷酸钠的掺 入 坍落度和扩展度逐渐减小 中边差逐渐增大 由表 4 6 和表 4 7 结合来看 当聚羧酸掺量保持 1 4 不变 加入葡萄糖酸钠在 30 min 反而使得 泌水更为严重 当聚羧酸掺量保持 1 3 不变 加入葡萄糖酸钠 三聚磷酸钠使泌水现象减轻 但是 却使得混凝土拌和物提前就不能满足要求 表 4 6 缓凝剂对自密实混凝土工作性能的影响 table 4 6 self compacting concrete retarder on the impact of performance 葡 纳 坍落度 mm 扩展度 mm 中边差 mm 编 号 聚 羧 酸 三 聚 t0 t30 t60 t90 t120k0k30k60k90k120z0 z30 z60 z90z120 n8 1 4 277 276 274 270 26177072070564552017 19 20 2425 n9 1 4 0 05 277 277 276 272 267 578076573065560019 18 18 2325 n10 1 3 276 274 271 267 25878574065062052020 20 23 25 632 5 0 03 n11 1 3 0 03 277 274 257 765610585 18 26 34 表 4 7 现象说明 table 4 7 shows the phenomenon 试验现象 试验编号 n8 n9 n10 n11 0min 大量气泡 大量气泡 轻微离析 大量气泡 大量气泡 30 min 轻微泌水 严重泌水 少量气泡 严重泌水 少量气泡 轻微泌水 60 min 正常 正常 正常 正常 90 min 正常 正常 正常 120 min 正常 正常 正常 河北工业大学工程硕士学位论文 23 4 2 4 增稠剂对自密实混凝土工作性能的影响 4 2 4 增稠剂对自密实混凝土工作性能的影响 能够起到增加稠度的效果 解决高流动度 高扩展度的新拌混凝土高流动性 抗离析性和保水 性的矛盾 对其不同掺量的试验结果和现象如下表所示 表 4 8 增稠剂对自密实混凝土拌合物工作性能的影响 table 4 8 thickener of self compacting concrete mix the impact of performance 坍落度 mm 扩展度 mm 中边差 mm 编 号 增稠 t0 t30 t60 t90 t120k0k30k60k90k120z0 z30 z60 z90z120 n12 0 05 276 277 276 5 274 27076074073070561517 5 16 5 19 2121 5 n13 0 06 275 5 279 5 278 5 274 526877078075570060518 5 15 15 2025 5 注 聚羧酸掺量 1 4 葡萄糖酸钠掺量 0 05 表 4 9 现象说明 table 4 9 shows the phenomenon 试验现象 试验编号 n12 n13 0min 有气泡 有气泡 30 min 泌水较严重 严重泌水 60 min 正常 正常 90 min 正常 正常 120 min 正常 正常 由表 4 8 可以看出 当n12 聚羧酸掺量为 1 4 葡萄糖酸钠掺量 0 05 增稠剂掺量为 0 05 时 坍落度经时损失比较小 扩展度经时损失比较小 中边差比较大 当n13聚羧酸掺量为 1 4 葡萄糖酸钠掺量 0 05 增稠剂掺量为 0 06 时 坍落度经时损失比较小 扩展度经时损失比较小 中边差比较大 而随着增稠剂的增加 坍落度和扩展度逐渐增加 中边差逐渐变小 而在表 4 9 的 现象说明中 随着增稠剂的增加 给试验并没有带来明显的影响 自密实混凝土配制及质量控制 24 4 3 采用萘系高效减水剂配制自密实混凝土 采用萘系高效减水剂配制自密实混凝土 在本次试验中 采用单因素法对自密实混凝土几组配合比进行试配 检验其各项指标 评价其 工作性能 选择其中符合要求的配合比 最终确定自密实混凝土配合比如下表 表 4 10 c30 柰系混凝土试配 kg m3 粉煤灰掺量 35 table 4 10 c30 nai department of concrete specimens with kg m3 35 fly ash 编号 水泥 粉煤灰 石子 砂子 水 备注 1 309 166 813 813 200 w b 0 42 4 3 1 柰系高效减水剂对自密实混凝土工作性能的影响 4 3 1 柰系高效减水剂对自密实混凝土工作性能的影响 首先考虑高效减水剂对自密实混凝土工作性的影响