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新拌混凝土的性能机械设计带图纸文档,混凝土,性能,机械设计,图纸,文档
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新拌混凝土的性能 作者：H.-J. Wierig 新拌混凝土为水、水泥、集料和外加剂（如果有的话）的混合物。搅拌后，新拌混凝土的操作如输送、浇注、密实和终饰也会显著影响硬化混凝土的性能。组成材料在施工的不同时期保持在混凝土中的均匀分布及完全密实是很重要的。若这些条件不理想，成品硬化混凝土的性能如强度和耐久性就有不利影响。 新拌混凝土影响完全密实的特性是其稠度、流动性和密实性。在混凝土实践中这些一起被称为和易性。混凝土维持其均匀性的能力由其稳定性控制，稳定性又取决于稠度和粘聚性。由于对混凝土拌和物运输、浇注和捣固采用的方法与浇注构件的性质一样随工程不同而异，因此相应的和易性和稳定性要求也会改变。对特定工作新拌混凝土的适应性的评定在某种程度上总存在人为判断的问题。尽管很重要，但塑性混凝土的行为通常被忽视。建议学生应学会鉴定塑性状态混凝土的不同特性的重要性，了解在包括浇注混凝土结构的施工操作时如何去改变它们。和易性 混凝土的和易性从未被准确定义。实践时一般认为是指混凝土拌和物从搅拌机施工到其最终密实形状的容易程度。和易性的三个主要特性是稠度、流动性和密实性。稠度指湿润度或流度的度量。流动性指拌和物流进并完全充满模板或模具的容易程度。密实性指给定拌和物完全密实，排除所有截留空气的容易程度。本章要求的拌和物和易性不仅取决于组成材料的特性和相应比例，而且取决于（1）运输和密实采用的方法，（2）模板或模具的尺寸、形状和表面粗糙度，（3）钢筋的数量和间距（布筋）。 另一个普遍接受和易性的定义指产生完全密实所必须的有用内功的数量。应认识到必需功又取决于被浇注构件的性质。内功的确定存在许多困难，为此已发展了几种方法，但没有一种能给出和易性的绝对确定。通常用于确定和易性的实验不能确定和易性的单一特性（稠度、流动性和密实性）。然而它们的确给出了拌和物和易性的一个有用、实际的指导。和易性影响混凝土的质量，并直接影响成本，如和易性不好的混凝土拌和物完全密实要求更多时间和劳力。最重要的是在对适宜的混凝土配比下任何结论之前要求对给定现场条件的和易性作出现实评定。和易性的确定三个广泛应用确定和易性的实验是坍落度、密实系数和V-B稠度计实验（图13.1），是英国的标准实验，详细描述在英标1881第2部分。在实施法规110第1部分也推荐使用。重要的是注意到不同混凝土的坍落度、密实系数和V-B值间没有单一关系。下列章节讨论了这些实验的突出特点及其优点和局限性。坍落度实验此实验由美国Chapman于1913年发展的。标准条件（英标1881第2部分）下准备的300mm高混凝土圆锥下沉，锥体下沉或高度的降低被确定为和易性的度量。仪器便宜、轻便、结实，是所有确定和易性方法中最简单的。尽管存在一些局限性，坍落度实验的普及是不足为奇的。实验主要确定塑性混凝土的稠度，尽管很难看出坍落度与和易性有象先前定义的任何显著联系，但它适用于检测和易性的改变。如，用水量增加或细集料比例不足会引起坍落度增加。实验适用于质量控制目的，但应记住一般认为不适用于配比设计，因密实需不同工作量的混凝土可能有相似的坍落度数值。实验检测不同拌和物和易性改变的灵敏性和可靠性主要取决于其对稠度的灵敏性。实验不适用于很干或湿的拌和物。坍落度为0或接近0的很干拌和物，和易性的一般改变不会引起坍落度有可测量的变化。对湿拌和物，混凝土的完全崩坍会产生不可信的坍落度值。图13.1仪器对工作性测量 (a) 坍落度, (b) 压缩因子and (c) V-B .浓度测试器通常观察的三种坍落度为真实坍落度、剪切坍落度和崩坍坍落度，见插图13.2。粘性富拌和物可看到真实坍落度，一般对和易性改变较敏感。剪切坍落度通常有很湿拌和物相关，一般表现为差质量的混凝土，最常是由组成材料的离析引起。崩坍坍落度在贫拌和物中比富拌和物更常发生，指缺少粘性，一般与干硬性拌和物（砂浆含量少）相关。只要出现剪切坍落度就应重复实验，若一再重复，就应记载此实验现象和结果，因为获得相差大的不同坍落度值取决于坍落度是真实或是剪切形式。 标准坍落度仪器仅适用于集料最大粒径不超过37.5mm的混凝土。应注意坍落度值随搅拌后时间而改变，因为正常的水化和一些游离水的蒸发，因此在一固定时间内完成实验是比较理想的。 图13.2三种坍落度密实系数实验由英国Glanville（1947）等发展的这个实验确定对于标准工作量下的密实程度，因此给出了如前定义的混凝土和易性的直接而合理可信的评价。仪器是相对简单的机械装置（图13.1），描述在英标1881第2部分中。实验要求确定部分和完全密实混凝土的重量，部分对完全密实重量的比值总小于1，即是密实系数。对于普通范围的混凝土，密实系数为0.800.92。实验尤其适用于坍落度实验不理想的较干拌和物。在普通范围的和易性之外时密实系数灵敏性减小，通常密实系数超过0.92时就是不理想的。也应认识到，严格地说，实验的一些基本假设是不正确的。用于克服检测圆柱体的表面摩擦的工作可能随拌和物的特性而异。Cusens（1956）指出对很低和易性的混凝土，当密实系数保持明显不变时获得完全密实要求的实际工作取决于拌和物的富度。因此通常认为有相同密实系数的混凝土完全密实要求的工作量相同的观念不总是正确的。应注意的另一点是浇注混凝土到检测圆柱体的程序与现场通常采用的方法并不相同。与坍落度实验一样，密实系数的确定必须在某一特定时间内。标准仪器适用于集料最大粒径达37.5mm的混凝土。V-B稠度计实验实验由瑞典Bhrner（1940）发展（看图13.1）。尽管一般将其作为主要用于研究的实验，但其潜力现在正在工业中被更广泛公认，实验逐渐被接受。实验中（英标1881第2部分）记录了通过振动把一个标准混凝土圆锥变成密实的平圆柱体所用的时间，即V-B时间，用s做单位，规定精确到0.5s。与前两个实验不同，此实验处理混凝土与实际密实混凝土方法类似。而且，此实验对稠度、流动性和密实性改变敏感，因此认为在实验结果与现场和易性评定之间存在合理的相关关系。实验适用于大范围拌和物，与坍落度和密实系数实验不同，它对很干和引气混凝土和易性变化很敏感，对集料特性如形状和表面纹理的变化也更敏感。实验结果的复验性好。如其它实验一样，其准确性趋于随集料最大粒径增加而降低，大于19.0mm实验结果有点不可信。对于密实要求很少振动的混凝土V-B时间仅约3s。这样的结果可能可信度比大V-B时间要低，因为估计时间终点（混凝土接触塑料盘的整个下面）比较困难。在和易性范围的另一面，如很干拌和物，记录的V-B时间可能超过真实和易性，因为消除透明盘下截留的气泡要求延长振动。为克服这个困难，可在仪器上附上一个记录相对于时间的盘垂直下沉量的自动装置。这个记录装置也能消除判断终点的人为误差。V-B实验仪器比坍落度和密实系数实验更贵，要求有一电源，操作要更有经验，所有这些使其比普通现场使用，更适于预制混凝土工业和预拌混凝土工厂。影响和易性的因素已知影响新拌混凝土和易性的各种因素见图13.3。从下述讨论看与组成材料相关和易性的改变主要受用水量和水泥与集料的比表面积的影响。水泥和水 图13.3对新拌混凝土的影响因素不同和易性的灰水比（体积计）和水泥体积分数的典型关系见图15.5。对给定变化的灰水比，若改变用水量其和易性的变化比仅改变水泥用量要大些。一般水泥用量的影响对较富拌和物更大些。Hughes（1971）指出存在与组成材料的性能无关的类似线性的关系。对给定拌和物，混凝土和易性由于比表面积增加而随水泥细度增加而降低，这种影响在富混合物中更显著。也应注意更细的水泥会改善拌和物的粘聚性。除石膏外，水泥的成分对和易性没有显著影响。不稳定的石膏会产生假凝而削弱和易性，除非对新拌混凝土延长搅拌或重新搅拌。适于配制混凝土的水质量的变化对和易性没有重大影响。外加剂有助于混凝土和易性改善的主要外加剂是减水剂和加气剂。和易性改善的程度取决于所用外加剂的种类和用量及新拌混凝土的常规特性。 和易性外加剂当配比保持恒定时用于增加和易性，或当和易性保持恒定时减少用水量。前者会引起混凝土强度的轻微降低。加气剂是到目前为止最普遍应用的和易性外加剂，因为它们也改善塑性混凝土的粘聚性和成品混凝土的抗冻性。关于加气混凝土的两点实践要点是对于给定加气量时圆形集料或小灰水比（体积计）混凝土的和易性增加趋于更小，并且，一般和易性增加的速度趋于随含气量的增加而降低。然而，原则上可假定含气量每增加1%就会使密实系数增加0.01，使V-B时间降低10%。集料对于给定水泥、水和集料用量，混凝土和易性主要受集料的总表面积影响。集料表面积受最大粒径、级配和形状影响。比表面积增加，和易性降低，因为这要求有更大比例的水泥浆润湿集料颗粒，因此润滑所用浆体数量更少。因此，其它条件相同时当集料最大粒径增加，集料颗粒变圆或综合级配更粗时和易性将增加。然而，和易性这种变化的大小取决于配比，对很富拌和物（集灰比接近2），集料的影响可忽略不计。实际意义指对给定和易性和灰水比，能用于拌和物的集料数量的变化取决于集料的形状、最大粒径和级配，见图13.4和表13.1、表13.2。加气（4.5%）对和易性的影响也见图13.4。Maximum aggregate size(mm)Aggregate-cement ratio (by weight)Low workabilityMedium workabilityHigh workabilityIrregular gravelCrushed rockIrregular gravelCrushed rockIrregular gravelCrushed rock9.519.037.55.36.27.64.85.56.44.75.46.54.24.75.54.44.95.93.74.45.2TABLE 13.1集料的形状、最大粒径和级配Type of aggregateAggregate-cement ratioCoarse gradingFine gradingRounded gravelIrregular gravelCrushed rock7.35.54.76.35.14.3TABLE 13.2集料的形状、最大粒径和级配 图13.4对和易性的影响已发展了几种方法评价集料形状，在第12章已讨论了。棱角系数与级配模量和当量平均粒径一起提供了考虑集料形状、粒径和级配的相应影响的方法（看第15章）。因对给定材料和灰水比的完全密实混凝土的强度并不取决于粗集料对细集料的比值，因此对给定水泥用量采用粗集料用量配制最大和易性能获得最大经济效益（Hughes，1960）（看图13.5）。第15章记述了混凝土配比设计中最佳粗集料用量。应注意的是集料的体积分数而不是重量是重要的。 图13.5一个典型的关系的工作性和粗集料混凝土表面纹理对和易性的影响见图13.6。能看出具有光滑纹理的集料比粗糙纹理的集料产生的和易性更高。当采用干或部分干燥集料时集料的吸水性也影响和易性。在这种情况下，和易性降低，降低程度取决于集料用量和其吸水能力。环境条件可能导致和易性降低的环境因素为温度、湿度和风速。对给定混凝土，和易性变化受水泥水化速度和水的蒸发速度的支配。因此从搅拌开始到密实的时间间隔和裸露情况都影响和易性的降低。温度升高加快了水用于水化的速度，也加快了它蒸发损失的速度。同样，风速和湿度由于影响蒸发速度而影响和易性。值得记住的是实际上这些因素取决于天气条件，并不受控制。 图13.6光滑纹理的集料比粗糙纹理的集料产生的和易性更高时间混凝土搅拌到最终密实经历的时间取决于常规施工条件，如搅拌机和浇注点的距离、现场程序和常规管理。相应和易性的降低是游离水随时间蒸发、集料吸收和水泥初始水化而损失造成的直接结果。和易性损失的速度受组成材料的某些特性的影响，如水泥的水化和放热发展特性、集料的初始含水量和孔隙率，还有环境条件。 对于给定混凝土和一组环境条件，和易性随时间损失的速度取决于施工条件。混凝土搅拌后保持静止直至浇注的地方，最初一个小时内和易性损失较明显，和易性损失速度随时间降低见图13.7曲线A。相反，若持续搅拌，如预拌混凝土，和易性损失减小，尤其是最初1h左右（看图13.7曲线B）。然而，在运输中延长搅拌可能由于摩擦会增加固体颗粒的细度，使和易性更加降低。对运输中持续搅拌和静止混凝土，从搅拌开始到输送到现场的允许（英标1926）时间间隔分别为2h和1h。对实际应用，当混凝土和易性差，不能有效密实，从而对其强度和其它性能产生不利影响时和易性损失为主要因素。经常采用的确保混凝土在浇注时有理想和易性的矫正措施是或者增加初始用水量，或者临在混凝土卸出前增加用水量继续搅拌。当这些导致用水量比初始确定的大，将会出现硬化混凝土强度和耐久性的降低，除非相应地增加水泥用量。这个重要事实在现场经常被忽略。应回想和易性损失随拌和物、环境条件、施工条件和交付时间而变化。英国实施法规110第1部分没有限制交付时间，但混凝土必须能在不再加水条件下被浇注和有效密实。对预拌混凝土使用的细节，建议读者参考Dewar（1973）的工作。 图13.7混凝土的和易性损失时间稳定性除了充分的可操作性，新拌混凝土应具有组分使其组成材料搅拌和密实期间及密实后到混凝土变硬前的期间能在混凝土中保持均匀分布。由于组成材料颗粒尺寸和比重存在差异，因此存在使它们分离的自然趋势。能保持要求的均匀性的混凝土被认为是稳定的，大多数粘性拌和物属于这个范畴。对不稳定拌和物，组成材料分离的程度取决于运输、浇注和密实的方法。不稳定混凝土的两种最普遍特征是离析和泌水。离析若拌和物中粗颗粒和细颗粒有分离的显著趋势时就认为发生了离析。一般拌和物粘性越差，离析发生的趋势越大。离析受包括水泥在内的固体颗粒的总表面积和拌和物中砂浆数量的支配。干硬性、极端湿和干的拌和物与那些缺少砂，尤其是较细颗粒的拌和物一样易于离析。应尽可能避免有助于离析的条件，如运输中振捣混凝土、浇注时过高下落及密实中过度振动。表面缺陷、砂质条痕、多孔层和蜂窝麻面是离析的直接结果。这些特征不仅难看，而且会对
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