砂浆与混凝土坍落扩展度方法的相关性

1、20 Beton Chinese Editio n Ready-m ixed Concrete 2005年第3期砂浆与混凝土坍落扩展度方法的相关性彭 杰 徐永模 王庆法 付艳莉1234(1. 北京宏伟科奥建材有限公司, 北京102607; 2. 中国建筑材料工业协会, 北京100086;3. 北京盛和诚信混凝土有限公司, 北京100103; 4. 铁道部第十五工程局五处, 洛阳471000摘要 本文通过砂浆与混凝土对比试验, 确认了砂浆坍落扩展度与混凝土坍落扩展度具有很好的线性相关性。与混凝土试验相比, 砂浆坍落扩展度试验具有试验简单、省时、省料, 可靠, 能有效地检测和评价泵送混凝土胶凝材料

2、和外加剂的相容性。关键词 坍落扩展度 泵送混凝土 外加剂 相容性 工作性引言高性能混凝土(H PC 以其优异的性能代表了未来混凝土的发展方向。高工作性是H PC 的一个重要性能特征, 它的获得必须使用适当的高效减水剂。但是众所周知, 高效减水剂与胶凝材料之间存在相容性问题。测定和评价胶凝材料与减水剂相容性及混凝土工作性的方法很多, 常见的有水泥净浆扩展度法、水泥净浆马氏漏斗法和混凝土坍落度和坍落扩展度法等, 这些方法各有优缺点。水泥净浆扩展度试验因其具有省时、省料和简捷的特点被多数商品混凝土生产企业用于外加剂的进货检验。但是, 由于新拌水泥浆与新拌混凝土组成之间的明显差异(如水胶比、固相颗粒组

3、成及其分布、流动变形时的内磨擦机制及流变性能等 以及这两种试验方法对一些影响因素的敏感性差异, 两者试验规律经常不一致。例如, 目前商品混凝土生产企业经常被迫使用热水泥(温度有时可达70! 甚至更高 , 用水泥净浆试验时, 达到正常的流动性要求的减水类外加剂掺量可高达混凝土试验的2倍左右。水泥净浆试验结果有时难以指导混凝土的试配和生产, 甚至误导。传统的混凝土坍落度试验方法因其简单易行等优点而被广泛采用。但是其缺点也很明显, 如费时、费力、费料、试验受人为的影响大等。这些缺点对于采用混凝土坍落度试验检测外加剂与水泥的相容性的混凝土外加剂生产企业和商品混凝土生产企业的, 要经常地选择水泥和外加剂

4、, 尤其是冬季施工前后; 而外加剂生产企业则必须随时根据商品混凝土生产企业的水泥和混合材品种的变化调整其外加剂组成以获得良好的适应性。此外, 商品混凝土生产企业在更换水泥时从水泥供应商所取得的水泥样品常常数量有限, 而外加剂生产企业又是从商品混凝土生产企业获得样品, 数量更少。更头疼的是, 有时商品混凝土生产企业要求外加剂生产企业在一天甚至半天的时间内提供与新换的水泥相容性良好的外加剂样品。因此, 工程施工过程中, 如果外加剂生产企业不能及时提供相容性良好的产品, 商品混凝土生产企业不能用有限的水泥样品及时完成试配试验都可能导致严重后果。这些因素使得上述两类企业都需要一种更加省时省料、快速有效

5、的试验方法用以检测外加剂与水泥的相容性。试验研究发现, 由砂浆坍落扩展度试验观测到的砂浆的稳定性(如泌水、离析及表面气泡状态等 、坍落扩展度及坍落扩展度的经时变化与具有相同砂浆组成的混凝土的工作性(包括稳定性、流动性及流动性经时损失 之间有相当高的相关性, 本文对这种相关性进行了进一步的试验确认。1 原材料、试验仪器及试验方法1. 1 原材料水泥:鼎鑫P O32. 5、邯郸P O42. 5和琉璃河P O42. 5三种散装水泥。粉煤灰:天津杨柳青I 级灰、张家口II 级灰和天12005年第3期Beton Chinese Editio n Ready-m ixed Concrete 21细集料:北

6、京地区建筑中砂, f =2. 6, 用于砂浆时筛除5mm 以上颗粒。粗集料:北京地区5-25碎卵石和河北廊坊的5-25碎石两种。泵送剂:北京宏伟科奥建材有限公司生产的三种液体泵送剂a 、b 和c 。1. 2 试验仪器ISO 胶砂搅拌机一台, 跳桌试验用截锥圆模(上口 60mm 、下口 100mm 、高70mm 一只, 5m m 厚平板玻璃(400400mm 2 一块, 坍落度试验仪器一套。1. 3 试验方法砂浆坍落扩展度试验:每盘砂浆用胶凝材料为500克。按设计配合比配料, 将胶凝材料和砂子装粉煤灰品种蓟县张家囗张家囗张家囗杨柳青张家囗强度等级C20C30C20C35C50C35水kg/m 3

7、180185190180165180入ISO 搅拌机的搅拌锅。采用自动控制搅拌程序, 开机干拌30秒后以同掺法加入泵送剂水溶液。将玻璃板和试验圆模用湿毛巾润湿, 把试模置于放置水平的玻璃板中央。搅拌完毕, 快速用砂浆盛满试模, 慢慢地垂直提起试模, 待砂浆流动停止后测量其两个垂直方向上的直径, 取其平均值为砂浆坍落扩展度(精确至5m m , 同时, 观查记录砂浆的离析泌水状态(也可观察到表面气泡状态 , 然后, 将砂浆全部收回, 盛入适当容器(如小塑料桶 , 盖盖以防止水分蒸发。静置1小时观察泌水情况, 然后人工搅拌均匀, 测其1小时时的坍落扩展度。再次将砂浆全部收入容器静置半小时后观察1.

8、5小时时的泌水情况并测量其坍落扩展度。表1 试验原材料及混凝土/砂浆配合比配合比A B C D E F水泥品种鼎鑫邯郸琉璃河琉璃河琉璃河琉璃河水泥kg/m 3280275250290410290细集料kg/m 3870790870790700790粗集料kg/m 3101010501025105010301050粉煤灰kg/m 3808090709070泵送剂%1. 82. 42. 02. 32. 52. 3注:(1 除F 组混凝土试验中使用5-25m m 的碎石为粗集料外, 其它的均为碎卵石。(2 砂浆配合比为对应混凝土配合比中除去粗集料后的配比, 如E 组混凝土对应的砂浆的配合比为:水:水

9、泥:细集料:粗集料:粉煤灰=165:410:700:0:90=0. 40:1:1. 707:0:0. 22。郭俊萍等人2已经在砂浆坍落扩展度试验方法的标准化方面进行了研究。但本研究中并没有完全采用该标准方法, 原因如下。第一, 标准方法针对水泥产品, 只考虑了外加剂与水泥的相容性, 而没有考虑混合材(粉煤灰、矿渣和硅灰等 对这种相容性的影响。实际上, 工程上已经很少使用不掺混合材的混凝土。另外, 即使其它条件完全相同, 仅改变粉煤灰的品种配制出的混凝土的工作性就可能差别非常大。第二, 标准方法在评价外加剂性能和测定外加剂的饱和掺量等方面效果是明显的, 但它所采用的是标准砂浆组成, 与实际工程混

10、凝土中的砂浆组成相比较, 无论是细度模数、水胶比还是胶砂比, 差别都很大。采用相同砂浆试验使得砂浆与混凝土的区别仅在于加与不加粗集料, 两者的试验结果具有更, 水泥与外加剂的相容性、外加剂的最佳掺量3和混凝土工作性等方面的信息。混凝土坍落度试验:每盘试验用料为10升, 人工搅拌, 同掺法加入泵送剂。用常规方法进行混凝土坍落度及坍落度损失试验, 观察泌水离析情况并测量其坍落度及坍落扩展度等。2 结果分析与讨论为使试验结果更接近工程应用实际和具有更好的代表性, 本试验采用的是北京市场上广泛使用的三种水泥和几个商品混凝土生产企业提供的混凝土配合比。由于北京地区使用的粗集料主要为碎卵石, 所以本试验也

11、以碎卵石为主, 以碎石为辅。采用了具有代表性的C20、C30、C35和C50混凝土, 配合1、图。 22 Beton Chinese Editio n Ready-m ixed Concrete表2 砂浆及混凝土的流动性及其经时损失2005年第3期配合比泵送剂a砂浆扩展度/mm 初始2152102352402402402402352402552752853003203252552752851h 2001952151201902101301551702252302352853103152252302351. 5h 19519521512019021013515016022522523527530

12、0320225225235损失率/%1h 7. 07. 18. 550. 020. 812. 545. 834. 029. 211. 816. 417. 55. 03. 13. 111. 816. 417. 51. 5h 9. 37. 18. 550. 020. 812. 543. 836. 233. 311. 818. 217. 58. 36. 31. 511. 818. 217. 5混凝土扩展度/mm 初始5505005255805455605005105105505605705405505705605505801h 480445475275390460270335350490420440

13、4905005504104505401. 5h 450425465245365425230275300450410420450490550400440540损失率/%1h 12. 711. 09. 552. 628. 417. 946. 034. 331. 410. 925. 022. 89. 39. 13. 526. 818. 26. 91. 5h 18. 215. 011. 457. 833. 024. 154. 046. 141. 218. 226. 826. 316. 710. 93. 528. 620. 06. 9混凝土坍落度/m m 初始2502202102252002252152

14、152102102202152402302452102202301h 2202252201851952201851801902052102152102102502102152201. 5h 205210220170200190145175180170200210200210230190200210损失率/%1h 12. 0-2. 3-4. 817. 82. 52. 214. 016. 39. 52. 44. 50. 012. 58. 7-2. 00. 02. 34. 31. 5h 18. 04. 5-4. 824. 40. 015. 632. 618. 614. 319. 09. 12. 31

15、6. 78. 76. 19. 59. 18. 7A b c aB b c aC b c aD b c aE b c aF b c表3 砂浆及混凝土的稳定性3给出了砂浆及混凝土工作性的相关2为砂浆坍落扩展度、混凝土扩展度、; 表3为新拌砂浆及1 砂浆和混凝土流动性的关系 2005年第3期Beton Chinese Editio n Ready-m ixed Concrete 23从流变学的角度, 新拌砂浆与混凝土都近似于宾汉姆流变体, 砂浆坍落扩展度、混凝土坍落度及扩展度在不同程度上反映了各自的屈服应力。虽然砂浆中只有细集料而混凝土中还有粗集料, 但测试方法中它们的坍塌和流动扩展方式相同, 组成

16、只有集料的差别。因此, 砂浆坍落扩展度与混凝土坍落扩展度之间具有相似性。不难理解, 这种相似性表现在试验结果上就是良好的相关关系。2. 2 混凝土与砂浆坍落扩展度试验的相关性由于混凝土和砂浆的初始坍落扩展度的覆盖范围很窄, 不能代表正常工作性范围的相关性, 相关性分析意义不大。本研究考察分析经过1小时和1. 5小时之后混凝土与砂浆坍塌扩展度的相关性。图2-3的试验结果表明, 在正常泵送混凝土工作性范围内, 混凝土与砂浆坍塌扩展度的线性相关性良好。考虑到各个等级混凝土初始工作性不同, 从工作性随时间变化的角度对砂浆与混凝土坍塌扩展度损失的相关性进行考察, 图4-5反映了它们之间的相关关系。从回归

17、方程可清楚地看到, 混凝土坍落扩展度经时损失率与砂浆坍落扩展度经时损失率之间具有很高的线性关系, 相关系数分别为0. 96和0. 97。可见, 砂浆坍落扩展度经时损失率也可以很好地反映混凝土坍落扩展度经时损失率。图2 砂浆和混凝土扩展度的关系(1. 0小时 图3 砂浆和混凝土扩展度的关系(1. 5小时2. 1 混凝土流动性与砂浆坍落扩展度的关系从图1可见, 随砂浆坍落扩展度从120mm 增加到320mm, 混凝土坍落度相应地从150mm 增加到250m m 。但是, 它们之间这种变化的线性相关性不太好(回归方程:y=0. 28x+145. 74, R 2=0. 49 , 这大致可以从坍落与扩展

18、的变形机制及其评价参数有所不同来理解。当砂浆坍落扩展度从120mm 增加到320mm 时, 混凝土坍落扩展度从230m m 相应增加到580mm 。它们之间相应变化的线性相关性较好, 回归方程式为:y =1. 47x +120. 51, 相关系数R 2图4 砂浆和混凝土流动性损失率的关系(1. 0小时2. 3 混凝土稳定性与砂浆稳定性的关系表3中的观察结果对比清楚地显示:若砂浆出, 24 Beton Chinese Editio n Ready-m ixed Concrete 2005年第3期泌水 能够很好地反映相同砂浆组成的泵送混凝土的流动性(坍落扩展度 、流动性经时损失以及稳定性(离析泌水

19、 。文献3提供了用砂浆坍落扩展度试验确定泵送剂的最佳掺量的方法。因此, 采用砂浆坍落扩展度试验能有效地评价混凝土外加剂的相容性好坏, 能可靠地筛选出对外加剂适应性良好的水泥、混合材及外加剂的混凝土配合比组合, 而且省时、省力、节约材料, 有利于对影响新拌混凝土工作性的因素开展全面和深入的试验研究。3 结论(1 对相同砂浆组成的泵送混凝土, 其砂浆与混凝土的坍落扩展度试验具有良好的线性相关性。砂浆工作性参数(坍落扩展度及其经时损失率, 泌水图5 砂浆和混凝土流动性损失率的关系(1. 5小时性 能够很好地反映相应的混凝土工作性参数。(2 砂浆坍落扩展度试验省时、省力、节约材料, 有利于对影响新拌混凝土工作性的各种因素开展全面和深入的试验研究。通过砂浆坍落扩展度试验评价工作性、减水类外加剂对水泥材料的相容性和最佳掺量, 可以有效地筛选适用于泵送混凝土的胶凝材料和外加剂。参考文献1彭杰. 混凝土耐久性和工作性设计有关方面的研究D.北京:中国建筑材料科学研究院硕士论文, 2002:38-111.2郭俊萍. 关于水泥的强度及其与外加剂相容性的评价方法D.北京:中国建筑材料科学研究院硕士论文, 2002:51-60.3徐永模, 彭杰, 赵昕南. 评价减水剂性能的新方法 砂浆坍落扩展度J. 硅酸盐学报, V ol. 30(增刊 , 2002:124-130.作者简介 彭杰(1972 ,