砂对自密实混凝土流动性影响的研究

2020-12-25

商品混凝土 2020年12期

（中铁一局集团陕西卓信工程检测有限公司，陕西西安 710100）

0 前言

自密实混凝土指混凝土拌合物不需要振捣，仅依靠自重即能充满模板、包裹钢筋并能够保持不离析和均匀性，达到充分密实和获得最佳性能的混凝土。自密实混凝土广泛应用于 CRTSⅢ 型板式无砟轨道填充层，与预制轨道板形成复合板式结构共同受力[1]。在施工阶段，不需人工额外振捣密实，依靠自重充模、密实。硬化后，具有一定强度，能抵抗外部环境侵蚀。在自密实混凝土中，60%～70% 的体积是由骨料组成的，选择合适的骨料对于自密实混凝土的拌合物性能和硬化性能有着重要的影响[2]。河砂作为细骨料是自密实混凝土中的重要组成材料，在施工现场砂来源多变、粗细程度、含泥量等变化情况较多，自密实混凝土拌合物的出机性能对自密实混凝土的灌注质量有较大的影响[3]。本文针对河砂的细度模数、含泥量、砂率等对自密实混凝土拌合物流动性、保坍性和含气量等因素进行研究，对自密实混凝土配合比设计及施工可以提供借鉴。

1 原材料与试验方法

普通硅酸盐水泥：天瑞集团周口水泥有限公司P·O42.5 水泥；矿粉：安钢集团信阳钢铁有限责任公司 S95 级矿粉；河砂：产自河南信阳罗山，含泥量≤2%；膨胀剂：武汉源锦建材科技有限公司；粘度改性材料：湖北木之君工程材料有限公司；石子：河南禹州；聚羧酸高性能减水剂和引气剂：均产自深圳迈地砼外加剂有限公司。

扩展度、扩展时间 T500和含气量按 Q/CR 596—2017《高速铁路 CRTS Ⅲ 型板式无砟轨道自密实混凝土》进行测试。

2 试验结果与分析

2.1 不同细度模数砂的配制

砂的细度模数对自密实混凝土性能影响较大，砂子的细度模数不应大于 2.7[4]，为了对比砂子细度模数对自密实混凝土性能的影响，选择三种粗细模数的砂子作为基础砂源，细度模数分别为 1.70、2.75、4.42，图1 为颗粒级配曲线，利用三种基础砂源配制细度模数为2.2～3.2 的砂，颗粒级配曲线见图 2，砂的细度模数依次是 2.2、2.4、2.6、2.8、3.0 和 3.2，研究细度模数对自密实混凝土流动性的影响规律。

图1 基础砂源的颗粒级配

图2 不同细度模数砂的颗粒级配

2.2 最佳砂率

当砂的细度模数为 2.2、减水剂掺量为 2.0%、引气剂掺量为 0.5% 时，在基础配合比（水泥:矿粉:膨胀剂:粘改剂:细骨料:粗骨料:减水剂:引气剂:水=300:140:47:28:789:821:7.725:2.575:180）上，保持混凝土表观密度和其他材料不变，调整砂率，改变砂石用量，自密实混凝土的配合比及其工作性能见表 1。测试混凝土拌合物性能随砂率变化规律，图 3 为细度模数为 2.2 的出机与90min 时扩展度和扩展时间变化曲线，由图 3 可见，随着砂率增加，扩展度和 90min 扩展度先增加后减小，T500和 90min T500先降低后增加，即存在最佳砂率，使自密实混凝土拌合物性能达到最佳，细度模数为 2.2时，最佳砂率为 49%。

表1 调整砂率，自密实混凝土的配合比及工作性能

图3 细度模数为 2.2 混凝土的流动性

2.3 细度模数对流动性能的影响

选择细度模数为 2.4、2.6、2.8、3.0 和 3.2 的配制砂，配制不同砂率的自密实混凝土配合比，测试其扩展度、90min 扩展度、T500和 90min T500，摸索最佳砂率，找到最佳配合比，最佳配合比见表 2。

由表 2 可见，细度模数在一定范围内，随着细度模数的增加，自密实混凝土达到最佳性能，最佳砂率随之增加，主要原因是随着砂粗细程度增加，砂的比表面积减小，需要裹覆的浆体增加[5]，因此，最佳砂率不断增加。当砂子的细度模数小于 2.7 时，自密实混凝土的质量可以通过调整混凝土的砂率得以保证，在细度模数为2.2 时其最佳砂率为 49%，在细度模数为 2.4 时其最佳砂率为 51%，在细度模数为 2.6 时其最佳砂率为 52%；当砂子的细度模数大于 2.7 时，砂子里面的细颗粒含量相对较少，调整砂率就不能满足自密实混凝土的性能，需要增加胶凝材料的用量来调整混凝土的质量，在细度模数为 2.8 时其最佳砂率为 53%～55%，建议增加20～35kg/m3的胶凝材料用量，在细度模数为 3.0 时其最佳砂率为 56%～58%，增加 40～50kg/m3的胶凝材料用量，在细度模数为 3.2 时其最佳砂率为 59%～61%，增加 55～65 kg/m3的胶凝材料用量。

测定细度模数为 2.4、2.6、2.8、3.0 和 3.2 的配制砂，最佳配合比的流动性和保坍性能，测定结果见表3。由表 3 可见，随着细度模数增加，出机扩展度和90min 扩展度逐渐减小，出机扩展时间逐渐增加，主要原因是细度模数越小，砂越细，比表面积大，需水量增加，表现扩展度和 90min 扩展度变小。

砂子的细度模数对混凝土的影响较大，在施工时应保证细度模数的稳定，否则细度模数波动大会使混凝土的质量发生大的变化，进而影响现场的施工。

2.4 含泥量对流动性能的影响

砂的含泥量对自密实混凝土拌合物的性能影响较大，含泥量在合格的范围内发生波动，拌合物性能也会发生较大的变化。在基准配合比（水泥:矿粉:膨胀剂:粘改剂:细骨料:粗骨料:减水剂:引气剂:水=300:140:47:28:789:821:7.725:2.575:180）上，取颗径小于 0.075mm 的粘土颗粒，按 1.4%、1.5%、1.6%、1.7%、1.8%、1.9%和 2.0% 的掺入到砂中，测定其流动性和保坍性能，结果见表 3。图 4 为砂的含泥量与自密实混凝土流动性及保坍效果的变化关系，由图 4 可见，在减水剂含量为1.6% 时，随着含泥量的增加，扩展度与 90min 扩展度降低，含泥量小于等于 1.8% 时，下降趋势比较平缓，含泥量大于 1.8% 时，下降趋势急剧增加。随着含泥量的增加，T500和 90min T500增加，含泥量大于 1.8% 时，90min T500不能达到要求。随着砂含泥量的增加，要达到相应流动性和保坍效果，应增加减水剂含量。

图5 为砂的含泥量与自密实混凝土含气量的变化关系，由图 5 可见，含气量随着含泥量增加，先增加后下降，含泥量的增加不利于引气剂发挥作用。

表3 砂含泥量对混凝土性能的影响

图4 砂的含泥量与流动性及保坍效果的关系

进一步开展含泥量与拌合物流动性相关试验，得出进一步结果，试验结果表明，当砂的含泥量从 1.0%增长到 2.0% 时，性能达到符合要求的情况下，减水剂的掺量从 1.2% 增加到 1.8%，而当砂子的含泥量从2.0% 增长到 2.2% 时，减水剂的掺量从 1.8% 增加到2.2%。砂子的含泥量每增加 0.4% 时，减水剂的掺量增加 0.2%。在同样含泥量的情况下，减水剂的掺量相差0.2% 时，掺量大的自密实混凝土则会发生扩展度比出机时变大，即扩展度返大。

砂子含泥量应不大于 2.0%，含泥量变化超过 0.3%时，自密实混凝土的出机性能及保坍效果将很难保证，否则应及时调整减水剂的掺量和其他材料用量。