外加剂对机制砂清水混凝土性能的影响.pdf

2 0 1 5 年 第 4期 (总 第 3 0 6 期 ) N u mb e r 4 i n 2 0 1 5 ( T o t a l No 3 0 6 J 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M AT ERI AL AND ADM I NI CL E d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 0 4 0 2 9 外加剂 对机制砂清 水混凝 土性 能的影响 梁远博 ， 牟廷敏 ，丁庆军 ， 周孝军 ( 1 武汉理工大学 ， 湖北 武汉 4 3 0 0 7 0 ； 2 四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院，I t J I I 成都 6 1 0 0 4 1 ； 3 西华大学，四川 成都 6 1 0 0 3 9 ) 摘要： 根据遂广遂西高速公路 中清水混凝土的设计与施工要求， 优化配合 比设计 ， 通过正交试验和极差分析， 研究 了引气剂 、 增黏剂和减缩剂对机制砂清水混凝土性能的影响， 确定其最佳掺量 ， 并对混凝土的体积稳定性、 耐久性和微观机理进行分析。 结 果表明： 掺入 O 2 0 1 气剂、 1 O 减缩剂和2 0 0 增黏剂， 制备的混凝土黏聚性 、 匀质性好， 色泽均匀、 表观质量优异， 微结构致密 ， 2 8 d 干燥收缩率 2 5 0 X 1 0 ， 早期抗裂等级达 I V， 耐久性好 ， 并在依托工程 中成功应用。 关键词： 机制砂 ； 清水混凝土； 工作性能； 表观质量 中图分类号： T U 5 2 8 0 4 2 文献标志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 0 4 0 1 1 5 0 4 I n f l u e n c e o f a d mi x t u r e s o n ma n u f a c t u r e d s a n d f a i r f a c e d c on c r e t e p r o p e r t ie s L I A N G Y u a n b o ， MU T i n g mi n ， D I NG Q i n g j u n ， Z H O UX i a o j u n ( 1 Wu h a n Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， Wu h a n 4 3 0 0 7 0， C h i n a ； 2 S i c h u a n P r o v i n c i a l T r a n s p o r t De p a r t me n t Hi g h wa y P l a n n i n g ， S u r v e y ， De s i g n a n d R e s e a r c h I n s ti t u t e ， C h e n g d u 6 1 0 0 4 1 ， C h i n a ； 3 Xi h u a Un i v e r s i t y， C h e n g d u 6 1 0 0 3 9， Ch i n a ) Abs t r ac t ： Ac c o r d i n g t o t h e d e s i g n a n d c o n s t r u c tio n r e q u i r e me n t s o f b rid g e f a i rf a c e d c o n c r e t e i n Su i g u a n g S u i x i h i g h wa y， t h e mi x p r o p o r t i o n wa s o p ti mi z e d， a nd the i n flu e nc e o f a i re n t r a i n i ng a g e n t ， v i s c o s i t y i n c r e a s e r a n d s h r i n k a g er e d u c i n g a g e n t o n c o n c r e pe r f o r ma n c e wa s s t u di e d by o h o g o na l e x p e r i me n t a n d r a n g e a n a l y s i s， de t e r mi n i n g t he i r o p ti ma l d o s a g e， wh i l e v o l u me s t a bi l i t y， d u r a b i l i t y a nd mi c r o s c o p i c me c h a ni s m we r e a n a l y z e d The r e s u l t s s h o w c o n c r e t e p r e pa r e d b y a d d i ng O 2 0 a i re n t r a i n i ng a g e n t 1 0 s h r i n k a g e r e d uc i n g a g e n t a n d 2 00 vi s c o s i t y i n c r e a s e r， ha s g o o d c o he s i v e n e s s a n d u n i f or mi t y， a nd u n i f o r m c o l o u r and e x c e l l e n t a p p are n t q ua l i t y， a n d d e n s e mi c r o s t r u c t u r e， a n d i t s 28 d d r y s h r i n ka g e r a t e i s b e l o w 25 0 X 1 0 ， wh i l e e a r l y c r a c k r e s i s t a nc e g r a d e i s I Va n d d u r a bi l i t y i s g o o d T h e c o n c r e p r e p are d h a s b e e n s u c c e s s f u l l y a p p l i c a t e d i n p r a c ti c a l p r o j e c t Ke y wor d s： ma n u f a c t u r e d s a n d； f a i rf a c e d c o n c r e ； wo r k a b i l i ty； a p p a r e n t q u a l i ty 0 引言 清水混凝土 以“ 素 面朝天” 的表现形式 ， 独特的质感和 装饰效果 ， 越来越多地受到建筑设计 师和市 民的青睐 。 随着用于配制清水混凝土 的天然 砂逐渐枯竭 ， 机制砂逐渐 得到 了关注和研究 ， 并 已大量应用 于桥 梁工程。 但清水混 凝土结构表面直 接作 为饰面层 ， 对混 凝土 的工作 性 、 体积 稳定性和耐久性要求 较高 ， 而机制砂 的级配 、 颗粒粒 型都 较差 ， 配制的混凝土易出现离析 、 泌水 ， 导致硬化混凝土表 观缺陷严重 ， 限制了其在清水混凝土 中的应用 。 目前 ， 对提高机制砂混凝土工作性能 的研究主要集 中 于改善机制砂 的特性 和优化配合 比等 方面， 利用外加 剂改善其工作性 和耐久性 尚缺乏 研究 。 有研 究表 明引气 剂 、 增黏剂、 减缩剂等外加剂可以改善混凝 土性能 ， 但这些 研究侧重于天然砂配制 的混凝土 一 ， 针对机制砂混凝土 的较少。 本研究以 C 4 0 机制砂清 水混凝 土为研究对象 ， 通 过混凝 土的工作性 、 力 学 、 干缩 、 早期抗 裂、 抗 渗 和抗 冻等 试验 ， 考察引气剂 、 减缩剂 、 增黏剂与减水剂复合使用对混 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 9 2 2 凝土性能的影响 ， 并进行微 观形 貌分析 ， 揭示外 加剂对混 凝土性能影 响的机理 。 1 工程 概 况 遂广高速是完善 四J l I 省高速 公路 网， 形成 遂宁 、 广安 之间最便捷 的高速公路通 道 ； 遂西高速将绵遂 内高速 、 成 南高速等有机地连接起来 ， 形成更为完善的高速公路网 络 。 为保证桥梁等混凝土结构与环境相协 调 ， 提高工程质 量 ， 项 目采用清水混凝土设计方案。 经调查 ， 项 目沿线 天然 砂匮乏 ， 从外地采购则会增加成 本且无法保证 工程进度 ， 而机制砂供应量丰富且价格低廉 ， 适宜大规模应用。 2 原材料 水泥 ： P O 4 2 5 R级水泥 ， 主要技术指标见表 1 。 粉煤 灰 ： I I 级 粉煤 灰 ， 需水 量 比 1 0 2 ， 细 度 6 6 ( 0 0 4 5 m m 方孔筛筛余 ) 。 细集 料 ： 机制 砂 ， 细度模 数 2 8 ， 石粉 含量 5 0 ， 亚 甲蓝值 1 0 g k g 。 粗集 料 ： 卵石 破 碎 型， 粒径 5 2 5 m i l l ， 含泥量 O 2 ， 针片状含量 3 8 ， 压碎指标 1 2 1 。 - l 1 5 外加剂 ： 聚羧酸系减水剂 ， 脂肪醇类 引气剂 ， 纤维素类增 黏 剂 ， 聚醚类减缩剂 。 拌和水 ： 自来水。 表 1 水泥的主要技术指标 3配合 比设计 按照密实骨架堆积理论设计配合 比， 通过寻求混凝土 集料之问的最大堆积密度来寻找最小空隙率 ， 使混凝土材 料更密实， 提高强度、 改善耐久性和外观质量。 采用四分法 取料 ， 将粉煤灰与砂进行填充 ， 得致密堆积系数 ( 图 1 ) ； 再 以粉煤灰与砂 为细集料与粗集料进行填充 ， 得致密堆积 系数 ( 图 2 ) ， 进而获得最大堆积密度 。 对图中多项式求一 阶导数 ， 得致密堆积 因子 = 7 ， = 4 3 ， 此时最大单位重 U = 2 0 2 0 k g m 。 进而计算 出 最小 空隙率 = 2 2 1 ， 通过试配确定所需的润滑浆量富 余 系数 = 1 4 ， 最 后依据强 度和耐 久性需求 设定 水胶 比 盘 图1 粉煤灰填充砂 图2粉煤灰和砂填充石 0 3 5 ， 从而确定机制砂 高性 能混凝 土的初步配合 比。 由于 机制砂 的棱 角性 强 ， 级配偏 差 ， 宜适 当提 高砂 率 、 增加 水 胶 比， 对基本参数优化后 ， 得 到 C 4 0机制砂混凝土 的基 准 配合比为 ： 水泥 ： 粉煤灰 ： 砂 ： 石 ： 减水剂 ： 水 = 3 8 8： 4 3： 7 8 0 ： 1 0 3 6 ： 4 3 1 ： 1 5 5 4 试验结果与讨论 4 1 引气剂、 减缩剂和增黏 剂对混凝土性 能的影响 针对机制砂混凝土易离 析、 泌水和匀质性差 等特点 ， 研究 引气剂 、 减 缩剂 和增黏 剂对 混凝 土 的工作性 能 、 力 学性能的影响。 设计三 因素三水平正交试 验 ， 试 验结果见 表 2 。 表2 各因素水平的混凝土性能 注 ： 引气剂和增黏剂均指 占减水剂的质量百分 比， 减缩剂指 占胶凝材料的质量百分比且计入用水量。 由表中数据知 ， 掺入 0 2 0 引气 剂和 2 0 o 增 黏剂时 ， 混凝土 的黏聚性 、 包裹性有明显改善 ， 坍落度略有增大 ， 含 气量在 3 0 左右。 当引气剂掺量达 0 4 o 时 ， 混凝土含气 量在 5 0 以上 ， 而增黏 剂每增加 2 O 的掺量 ， 含气量 增 加约 0 6 。 当增黏剂掺量达 4 0 0 时 ， 混凝土拌合物黏聚 性过大 ， 捣实困难 。 减缩剂对混凝土工作性 能和含气量基 本没有影响 。 引气剂是阴离子表面活性剂 ， 憎 水基在水 一 气界面上 定向吸附 ， 力图靠近空气表面， 显著降低水 的表面张力 ， 使 混凝土在拌和中产生大量微气泡 。 因为这些气泡带有相 同 ll 6 - 电荷 的定向吸 附层 ， 所 以气泡 之 间相互排斥 并 能均匀分 布 ， 可 以改变混凝土拌合物 的性 能 ， 显著提高混凝土 的可 浇筑性 、 和易性等非测量指标 。 随引气剂的掺量增加 ， 引 入的气泡数量激增 ， 导致混凝 土含气量增大 。 为满 足清水 混凝土低含气量 的要求 ， 减少 出现气泡缺 陷， 引气 剂掺量 不宜过大 。 增黏剂 ( 羟 乙基纤维素 ) 作为非离子 型的表面 活性剂 ， 能够附着在 水泥颗粒表面 ， 而且分子 中的羟基和 醚键上 的氧原子会与水分子作用形成氢键 ， 在溶液 中形成 一 种立体 的网络 ， 与水泥水化产物 的网络之 间互 相交织 ， 使混凝 土的黏稠度提高 ， 分层度降低 ， 黏聚性 和保 水性 明 表 5粉煤 灰掺 量对 自密 实混凝 土强 度的影 响 。 F A掺量3 d 抗压强度7 d 抗压强度2 8 d 抗压强度 MPa MPa I MPa 1 一 L 2 O 21 3 2 66 3 5 5 L2 2 5 23 8 3 2 8 4 00 L 3 O 2 2 3 3 0 2 4 0 5 L 3 5 21 6 3 0 0 3 8 5 L5 4 0 1 8 1 2 3 8 31 7 箜 ! ! ： 丝： ： 混凝土强度 随着 粉煤灰掺量的增加而减小 ， 但是 ， 随 着龄期 的增加 ， 粉煤灰对强度的不 利影响逐渐减小。 而 自 密实混凝土作为一种特殊的高性能混凝土 ， 其强度受 自密 实混凝土工作性的影 响显著。 对于工作性好的 自密实混凝 土 ， 其密实效果好 、 匀 质性好 ， 强度也相 应的增加。 如表 5 中， 自密实混凝土 的早期强度并不像普通混凝土那样随着 粉煤灰的掺量而一直下降 ， 而是表现为先上升后下降的趋 势 。 表 中， 掺量为 3 0 时混凝土的强度相应处于较大值 ， 这 是因为该掺量下的 自密实混凝土工作性最好 ， 从而得到不 振捣混凝土的密实效果最佳 ， 强度也相应升高。 继续 增加 粉煤灰的掺量 ， 自密实 的混凝 土的工作性改善不 明显 ， 过 多 的粉煤灰反而导致 自密实混凝土的早期强度降低 ， 使得 工程应用 中达不到早期强度。 这与唐从光 的粉煤灰对 自密 实混凝土早期强度的影响研究是一致的， 即掺粉煤灰的自 密实混凝土 ， 混凝 土的早期抗 压强度会下降 ， 对早期 强度 有要求的 自密实混凝土 ， 需要控制粉煤灰的掺量 “ 。 3 结论 ( 1 ) 采用坍落 扩展度、 T 。 。 、 L槽试 验和 J 环试验 联合 评价 自密实混凝土 的工作性好 坏 ， 可 以对 自密实混凝 土 的流动性、 填充性、 抗离析性全面评价， 方法简单易操作。 J 环试验不仅能观察其间隙通过能力 、 流动性 ， 对评价 自密 实混凝土的抗离析性能更为直观 突出， 可 以直接观察环 内 外高差 ， 有无粗骨料堆积 、 泌水 的现象 ， J 环试验的优势得 以突出， 应广泛采用 。 ( 2 ) 粉煤灰能够改善水泥净浆的流动性 ， 其规律与粉 上接第 1 1 8页 参考 文献 ： 1 B O S I L J K O V V B S C C m i x e s w i t h p o o d y g r a d e d a g g r e g a t e a n d h i g h v o l u m e o f l i m e s t o n e fi l l e r J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 3 ， 3 3 ( 9 ) ： 1 2 7 9 1 2 8 6 2 曹盛明 高性能机制砂混凝土的性能及应用技术研究 D 重 厌 ： 重庆交通大学， 2 0 0 8 3 A H N N S A n e x p e ri m e n t a l s t u d y o n t h e g u i d e l i n e s f o r u s i n g h i g h e r c o n t e n t s o f a g g r e g a te mi c r o fin e s i n po r t l a n d c e me n t c on - c r e t e D A u s t i n ： U n i v e r s i t y o f T e x a s ， 2 0 0 0 4 3尤启俊 ， 尹勇 ， 何 振文 引气剂 的应 用技 术研 究 J 混凝土 ， 2 0 0 5 ( 4 ) 8 5 8 7 5 陈峭卉， 梁晖， 徐卓涛 聚羧酸减水剂中使用引气剂的研究 J 混凝土， 2 0 1 0 ( 7 ) ： 9 81 0 1 6 任慧韬 ， 郭磊 减缩剂掺加对混凝土性能的影响 J 大连理工 大学学报 ， 2 0 1 3 ， 5 3 ( 3 ) ： 3 9 8 4 0 1 E 7 张金喜， 郭明洋， 杨荣俊， 等 引气剂对硬化混凝土结构和性能 的影响 J 武汉理工大学学报， 2 0 0 8 ， 3 0 ( 5 ) ： 3 8 4 1 8 R a j a b i p o u r F ， S a n t G， We i s s J ， e t a 1 I n t e r a c ti o n s b e t w e e n s h r i n k a g e - 1 2 2 煤灰在混凝土中的作用类似， 粉煤灰 自身的物理性质使得 其在 自密实混凝土 中掺入可提 高混凝 土工作 性的各项指 标 ， 研究结果表明粉煤灰掺 量在 3 0 3 5 左右 ， 新拌 自密 实混凝土混凝土工作性最好 ， 继续增大粉煤灰掺量会增加 自密实混凝土的黏性 ， 流动度开始下降， 降低其工作性 。 粉 煤灰掺量在 2 5 3 5 范围时， 自密实混凝 土 3 0 m i n内经 时损失最小 ， 更有利于混凝土施工 。 ( 3 ) 粉煤灰影 响 自密实混凝土早 期强度 ， 随着 粉煤灰 掺量的增加 自密实混凝土的强度先增加后降低。自密实混 凝土 的工作性好坏是其强度 的保证 。 粉煤灰 的掺量3 0 3 5 左右 ， 其工作性相对最好 ， 硬化后的 自密实混凝土的密 实性 、 匀质性最佳 ， 其强度也相应最好 。 参考文献： 1 吴宗伟 ， 廉慧珍 高性能混凝土 M 北京 ： 中国铁道出版社， 1 9 9 9： 3 61 8 0 2 O K A MU R A H， O A C I M S e l f c o m p a c ti n g c o n c r e t e J , J o u rna l o f A d v a n c e d C o n c r e t e T e c h n o l o g y ， 2 0 0 3 ， 1 ( 1 ) ： 51 5 I- 3 O K A MU R A H S e l f c o m p a c ti n g H i g h p e r f o r m a n c e c o n c r e t e i n J a p a n J B u i l d i n g a n d E n v i r o n me n t ， 1 9 9 9 ( 2 5 ) ： 1 2 3 1 2 8 E 4 黄智山， 杜卓铮 自密实混凝土工作性评价方法 R 江西 ， 南 昌： 2 0 1 0 5 3 C C E S 0 2 ： 2 0 0 4 ， 自密实混凝土设计与施工指南 s 北京 ： 中国 建筑工业出版社 ， 2 0 0 4 6 C E C S 2 0 3 ： 2 0 0 6 ， 自密实混凝土应用技术规程 s 北京 ： 中国 计划出版社， 2 0 0 6 7 黄智山， 周春雨 ( 2 3 0自密实混凝土配置技术及应用技术鉴定 资料汇编 c 哈尔滨工业大学， 哈尔滨市第二建筑工程 8 陈银洲 、 1 混凝土外加剂研究概况与进展 J 武汉工业大学学 报， 2 0 0 0 ， 2 2 ( 1 ) ： 3 1 3 3 9 程娟， 郭向阳 预拌混凝土坍落度经时损失与控制的试验研 究 J 混凝土 ， 2 0 0 5 ( 1 ) 1 0 盾重光 粉煤灰对自密实混凝土早期强度的影响 J 河南科 学 ， 2 0 0 6 ， 2 4 ( 3 ) ： 4 0 0 402 1 1 肖绪文， 徐有邻 绿色混凝土新技术及工程应用 M 北京 ： 中 国建筑工业， 2 0 1 0 作者简介 联系地址 联 系电话 黄维蓉 ( 1 9 7 0一) ， 女 ， 教授， 硕士生导师， 主要从事高 性能水泥混凝土、 高性能沥青混合料等研究。 重庆交通大学 土木建筑学院( 4 0 0 0 7 4 ) 1 3 0 3 8 3 8 0 9 28 r e d u c i n g a d m i x t u r e s ( S R A) a n d c e m e n t p a s t e s p o r e s o l u t i o n J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ( S 0 0 0 88 8 4 6 ) ， 2 0 0 8 ， 3 8 ( 5 ) ： 6 0 6 61 5 9 冯爱丽， 覃维祖， 王宗玉 絮凝剂品种对水下不分散混凝土性 能影响的比较E J 石油工程建设， 2 0 0 2 ， 2 8 ( 4 ) ： 6 1 0 1 0 富田六郎 收缩低减剂 J 了 夕 1J 、 工学 ， 1 9 8 8 ， 2 6 ( 3 ) ： 5 5 60 1 1 胡曙光 先进水泥基复合材料 M 北京 ： 科学出版社， 2 0 0 9 ： 1 4 8 1 5 1 1 2 易成 ， 谢和平 ， 孙华飞 ， 等 混凝土抗渗性能研究 的现状与进 展r J 混凝土， 2 0 0 3 ( 2 ) ： 7 8 1 3 ME H T A P K， MO N T E I R O P J M 微观结构、 性能和材料 M 覃 维祖， 王栋民， 丁建彤 ， 译 北京 ： 中国电力出版社， 2 0 0 8 ： 1 6 2 8 作 者简 介 联 系地址 联 系电话 梁远博( 1 9 9 0一 ) ， 男 ， 硕士， 从事高性能混凝土及工程应 用研究。 成都市武侯区武侯祠东街 2号( 4 3 0 0 7 0 ) 1 5 8 2 8 8 71 3 0 0