净浆流动度及集料级配对自密实混凝土性能影响

陈亚鹏

摘要：试验采用P.O42.5水泥、矿粉、粉煤灰等为主要原材料，通过调整减水剂掺量来改变净浆的流动度，进而研究不同的净浆流动度与自密实砼工作性能之间的关连性;通过自密实砼的离析指数的方法来评价它的工作性能;同时还研究了不同的集料尺寸级配在不同的净浆流动度中对自密实砼拌合物工作性能和硬化性能的影响。结果表明：自密实砼的净浆离析指数随流动度增大而增大，当净浆流动度为260mm时，测得掺0.3%高效减水剂的净浆离析指数为5.9%，比基准组对比下降了25%。集料尺寸级配对自密实砼的流动性影响较大，呈一定的线性关系。当测得净浆流动度等于260mm时，10-20mm集料与5-10mm集料各占50%时，混凝土的扩展度达到650mm，坍落度270mm， T500流动时间6.01s，自密实砼的工作性能达到最佳，28d抗压强度达到顶峰60.2MPa。

关键词：自密实混凝土  净浆流动度   骨料尺寸级配   离析指数

引言

自密实砼是一种拥有高流动性、均勻性、抗离析性和稳定性的建筑材料。浇筑时凭借自身的重力而流动，不采取振捣措施就能达到密实，在今后很有发展趋势[1] 。

较普通砼，自密实砼综合效益比较高，可以免振捣，依靠其自身的重重力填充空隙、并成型，这降低了施工噪音，改善了施工环境和周边居民的居住坏境[2]。解决了难以浇筑甚至无法浇筑的部位，例如钢筋过于密集，施工空间小，暗道、断面等情况，提高了施工速度，缩短工程工期。从而使自密实混凝土得到了大量的推广应用[3]。

自密实的工作性比较难控制，设计人员应当明确的基本要点有[6][7]：

第一：满足工作度要求。

第二，满足强度要求。

试验通过研究不同高效减水剂掺量调节浆体流动度对自密实砼离析指数的影响、并研究粗细集料颗粒的级配对自密实砼性能影响。

1试验原材料及试件制备

1.1原材料

1.1.1水泥

试验所用水泥为42.5R级普通波特兰水泥，生产厂家为永登祁连山水泥有限公司。表1.1为水泥物理指标。

1.1.2粉煤灰

粉煤灰采用微珠级粉煤灰，由科之杰新材料集团有限公司提供。粉煤灰性能指标见表1.2。

1.1.3矿粉

矿粉是由粒化高炉矿渣经过振动磨粉磨一小时所得，其性能见下表1.3

1.1.6细集料

细集料采用河砂，细度等级为Ⅱ类中砂，细度模数为2.8。

1.1.7粗集料

试验所用粗集料为碎石集料，粒径为10-20mm和5-10mm。

1.1.8减水剂

减水剂为高性能聚羧酸减水剂。

1.2试件制备

1.2.1净浆的制备

首先按配合比称取水泥、粉煤灰、矿粉等并混合均匀，加入拌合用水充分搅拌（慢速搅拌20s，快速搅拌10s），然后加入减水剂搅拌10s，最后将料浆倒入试摸，并进行离析指数性能的测试。配合比见表1.4。

1.2.2自密实混凝土的制备

第一步，按配合比要求称取粉煤灰、水泥、矿粉等并混合均匀，第二步，加入称量好的粗细集料、水和减水剂进行充分搅拌（搅拌60s），参照《自密实混凝土设计与施工指南》CCES 02-2004和《自密實混凝土应用技术规程》CECS 203：2006等标准的有关规定进行工作性能测试、最后将拌合物注模成型。放置1天后拆模并进行标准养护，温湿度分别控制为20±2℃和RH≥95%。配合比见表1.5。

2性能测试

2.1.1抗压强度性能测试

试件的抗压强度根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081-2016进行测定。

2.1.1工作性能测试

自密实砼拌合物的工作性能参照《自密实混凝土设计与施工指南》CCES 02-2004和CECS 《自密实混凝土应用技术规程》203：2006等标准的有关规定进行。

2.1.2离析指数性能测试

借鉴ASTMC 1610/C1610Ma-2006标准中测定自密实砼离析的试验装置和标准方法。测试装置如图1所示。测试时，将自密实砼浆体一次性装入该测试装置中，抹平上表面，并开启振动台振2 min后关闭，最后将PVC管内的上下层混凝土分别取出并称重，其结果记作Mt和Mb。按下式计算离析指数I。见图2.1。

3试验结果与讨论

3.1 不同掺量的减水剂对自密实砼浆体性能影响

试验所用的水胶比为0.3，同时设计掺量分别为0%、0.2%、0.3%、0.4%和0.5%的聚羧酸高效减水剂，来研究净浆流动度对自密实砼离析性能。见图3.1。

看图中所知，自密实砼净浆离析指数随着净浆流动度增大而增大。当净浆流动度一定时，其离析指数随着减水剂掺量的增大呈先降低后增大的趋势。当聚羧酸减水剂从0增大到0.3%时，离析指数下降，当从0.3%到0.5%时，离析指数增大。当净浆流动度为260mm时，掺0.3%减水剂的净浆离析指数为5.9%，与基准组相对比下降了25%。其最佳掺量为0.3%。

3.2 集料尺寸及级配对自密实砼性能的影响

通过试验，将大石子10-20 mm、小石子5-10 mm的掺入比例分别为7：3、6：4、5：5、4：6时，净浆流动度分别为240、250、260、270。调整级配方法符合 《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ 52-2006的要求。 按照前述配合比配制自密实混凝土，并测定工作性能测和抗压强度。不同骨料尺寸级配的混凝土扩展度图3.2 。

由图可见，随着净浆流动度的增大，砼扩展度呈增大趋势，但增大超过一定的范围出现离析泌水现象。随着10-20 mm集料与5-10 mm集料的比例减小，自密实砼扩展度先增大后减小。当10-20 mm集料：5-10 mm集料比例由7：3减小到5：5时，扩展度增大，工作性能得到优化，但比例为4：6时，扩展度反而下降。其主要原因是较大颗粒和细小颗粒含量达到一定较优比例后，细小颗粒会干扰较大颗粒之间的距离，使集料颗粒之间的稳定性降低，扩展度增大，但粒径越大 ， 颗粒在混凝土拌合中下沉速度越快 ， 造成混凝土内颗粒分布不均匀 ， 粒径太小 ， 使得石子的比表面积增加 ， 空隙率增大， 势必要增加水泥用量，从而影响混凝土工作性能。当大石子：小石子比例为5：5时，混凝土的扩展度达到650mm。

砼工作性能主要由坍落度来表示。不同集料尺寸级配的砼坍落度见图3.3。

由图可知，坍落度与集料尺寸级配存在一定的线性关系。随着10-20 mm集料：5-10 mm集料比列的减小，坍落度呈现先增大后减小的趋势。当大石子与小石子比例从7：3变化到5：5时，坍落度增大，离析泌水现象减小、混凝土工作性能得到優化，当大石子与小石子比例减小到4：6时，混凝土工作性能下降。当10-20 mm集料：5-10 mm集料比例为5：5时，砼的坍落度达到最佳的270mm，与上述对扩展度的影响效果一致。

通过试验测试T500流动时间可以评价自密实砼的黏度。不同骨料尺寸级配的混凝土T500流动时间见图3.4。

由图可见，随着10-20 mm集料与5-10 mm集料比例下降，T500流动时间先减小后增加。当10-20 mm集料与5-10 mm集料比例下降到4：6时，T500流动时间反而增加。当10-20 mm集料与5-10 mm集料比例为5：5时，混凝土的T500流动时间最小6.01s。

从图中可见，随着10-20 mm集料与5-10 mm集料比例下降，自密实砼28d抗压强度先增大后减小。当10-20 mm集料与5-10 mm集料比例从7：3变化到5：5时，其抗压强度增大，当10-20 mm集料与5-10 mm集料比例下降到4：6时，其抗压强度反而下降，原因是10-20 mm集料与5-10 mm集料比例不稳定，颗粒内部缺陷存在的机率越大，造成砼内颗粒分布不均匀，进而使硬化后的砼强度降低，当集料粒径太小，导致空隙率增大，会大大削弱骨料界面的粘结力，进而降低混凝土的强度。当10-20 mm集料与5-10 mm集料比例为5：5、净浆流动度为260mm时，自密实砼28d抗压强度达到最佳60.2MPa。

结论：

1.自密实砼净浆离析指数随着流动度增大而增大，当净浆流动度为260mm时，掺0.3%聚羧酸高效减水剂的净浆离析指数为5.9%，比基准组对比下降了25%。其最佳掺量为0.3%。

2. 当10-20 mm集料与5-10 mm集料质量分数比大于5：5时，因大石子含量过大更容易产生沉降导致工作性能下降，当10-20 mm集料与5-10 mm集料质量分数比小于5：5时，流动阻力过小，不足以限制10-20 mm集料的沉降而造成工作性能不佳。10-20 mm集料与5-10 mm集料质量分数比为5：5时，自密实混凝土工作性能良好。

3. 集料尺寸级配对砼的流动性影响显著，并呈现出一定的线性关系。当净浆流动度为260mm时，10-20 mm集料与5-10 mm集料质量分数比为5：5时，砼的扩展度达到650mm，坍落度270mm， T500流动时间6.01s，工作性能达到最佳状态，并且28d抗压强度达到最佳60.2MPa。

参考文献：

[1]黄大能，沈威，等编译.新拌混凝土的结构和流变特征[M].北京：中国建筑工业出版社，1983

[2]H.J.H. Brouwers， Self-compacting concrete： Theoretical and experimental study[J].Cement and Concrete Research， 2005， 29（ 10） ： 21 - 26.

[3]李亚杰，方坤河.建筑材料[M] . 6 版. 北京： 中国水利水电出版社，2009.

[4]王振军，陈平，尚纪歌.绿色高性能混凝土的耐久性研究进展[J].混凝土，2009（11）：125-128

[5]唐明，朱伟勇.流态混凝土粗集料最佳级配的研究[J].高校应用数学学报，1990（9）：397-402.

[6]刘静，王元纲，黄凯健，等.高性能混凝土配合比设计的全计算法相关参数优化[J].混凝土与水泥制品，2011，38（8）：12-15.

[7]李方贤，韦江雄，王辉诚，王景平，裴新意，余其俊.胶凝材料用量对新拌自密实混凝土性能的影响[J].华南理工大学学报，2012，（4）：4.