浮力理论在水泥混凝土抗折中的应用

浮力原理在水泥混凝土抗折研究中的应用初探2008年初，滁州市公路局围绕如何提高水泥混凝土抗折强度开展了一系列的研讨活动。通过召开专题研讨会、下发思考题等形式多样的举措，全员参与，分析、讨论水泥混凝土的抗折破坏机理，指出影响混凝土强度的关键点——界面过渡区。本次给大家介绍的是利用浮力原理在提高混凝土抗折强度的一些思路和做法。一、引言水泥混凝土是由胶砂、粗集料、界面过渡区三相组成的混合体。界面过渡区是指在集料界面一定范围内的区域（5-10微米），区域内存在着高空隙层，并向低孔隙率过渡。水泥混凝土抗折强度主要来自胶砂和粗集料。两者之中，一般来说，粗集料的抗拉强度高于胶砂强度，两者各占体积50%左右。界面过渡区贡献的握裹力的大小直接影响到粗集料参与强度贡献的大小。界面过渡区的抗拉强度很大程度上决定混凝土的抗折强度。界面过渡区的结构薄弱是影响抗折强度的关键。界面过渡区的强度薄弱的表现形式有：过渡区结构疏松；过渡区的氢氧化钙晶体的影响；过渡区存在微裂缝。振捣过程中，过多的泌水（自由水）是导致界面过渡区强度薄弱的重要因素。泌水现象：混凝土在拌和、运输和浇筑振捣到凝结的整个过程中，由于骨料和水泥浆下沉、水分上升，在混凝土内部和表面析出水分的现象称之为泌水现象。泌水在上升过程中，由于粗集料的挡板效应，自由水积聚在粗集料的底面，形成结构疏松的界面过渡区。进而影响胶砂对粗集料的握裹力，影响粗集料参与抗折强度的贡献。二、浮力原理的应用浮力原理：浸没在液态中的物体会受到液体来自各个方向的压力，密度小的受力的物体都会产生上浮。混凝土拌合物是类似悬浮大量粗集料的重质液体。由于组成材料的密度不同，在振捣与凝结前，密度大的粗集料产生下沉、而密度小的水产生上浮，形成泌水现象。增加粗集料用量、减少胶砂用量，使混凝土由半液态向半固态进行过渡，骨料不致于悬浮于胶砂中。由于主骨料框架作用，其重力直接作用于基层，弱化了浮力现象，减少泌水，进而提高界面过渡区抗折强度。通常情况下，胶砂体积占混凝土总体积55%以上，主骨料处于悬浮状态，由于浮力作用，泌水现象严重，导致界面过渡区薄弱，影响混凝土的抗折强度。解决泌水现象的技术路径：增加主骨料用量。一般情况下，单方混凝土中粗集料的用量达不到单方粗集料的松装用量，现采用的粗集料用量超过松装用量，增加了粗集料用量，形成框架结构，减少浮力现象。减少胶砂用量。适当减少砂率和水泥用量。取消05cm~1.0cm碎石，增加混凝土和易性，减少阻尼作用。含有过多的05cm~1.0cm碎石时，混凝土拌合物变得粗涩离散，和易性变差。三、工程案例2008年度滁州市路网工程中，水泥混凝土路面约72公里。我们采用浮力原理，在混凝土配合比设计中增加主骨料含量，减少砂浆用量，形成骨料框架，减少上浮、下沉现象。工程在保证质量的同时，节约水泥9500余吨，节约工程建设资金360余万元。同时对环境保护、节能减排、持续发展做出了重要贡献，取得巨大的社会效益和经济效益。例如：在S311线滁定路西卅店段大修工程中，在所有原材料未发生改变的情况下，仅仅优化了混凝土配合比设计，通过增加单方混凝土中的集料用量，使得单方混凝土中的集料重量最大化，并使之形成骨架密实结构。减少水泥浆用量，减少单位用水量，混凝土的抗折强度获得了明显提高。●2007年水泥混凝土路面单方混凝土施工配合比：水泥：水：砂：碎石=370：167：663：1231。2007粗集料级配筛分表●2008年水泥混凝土路面单方混凝土施工配合比：水泥：水：砂：碎石=315：136：608：1418。2007粗集料级配筛分表2007年混凝土路面设计抗折强度4.5Mpa，强度检测平均值5.24Mpa。2008年混凝土路面设计抗折强度5.0Mpa，强度检测平均值6.15Mpa。强度较2007年提高17.4%。比较：每方混凝土水泥节约55kg，节约水泥14.9%。用砂量节约55kg，节约用砂8.0%。增加碎石用量187kg。节约造价约5%-8%。第四部分新配合比的设计运用注意事项对砂的细度模数敏感性增强，加强砂的原材料控制。严格控制粗集料级配，尤其控制大于31.5cm超粒径含量。保持混凝土强度的均匀性。加强混凝土振捣工艺。第五部分结语运用浮力原理，在配合比设计中，增加粗集料用量，减少水泥胶砂用量，形成骨料框架，尽可能地减少混凝土在振捣过程中产生粗集料下沉、砂浆上浮现象，减少泌水。实践证明，混凝土的抗折强度的到了明显提高，节约了成本，经济效益明显。当然，影响混凝土的抗折强度因素还有很多，浮力原理的探究只是从一个方面对混凝土配合比设计作了分析、研究和调整，并取得了一定的成功。混凝土设计、