砂漿與混凝土坍落擴展度方法的相關性

1、20 Beton Chinese Editio n Ready-m ixed Concrete 2005年第3期砂漿與混凝土坍落擴展度方法的相關性彭 杰 徐永模 王慶法 付艷莉1234(1. 北京宏偉科奧建材有限公司, 北京102607; 2. 中國建筑材料工業(yè)協(xié)會, 北京100086;3. 北京盛和誠信混凝土有限公司, 北京100103; 4. 鐵道部第十五工程局五處, 洛陽471000摘要 本文通過砂漿與混凝土對比試驗, 確認了砂漿坍落擴展度與混凝土坍落擴展度具有很好的線性相關性。與混凝土試驗相比, 砂漿坍落擴展度試驗具有試驗簡單、省時、省料, 可靠, 能有效地檢測和評價泵送混凝土膠凝材料

2、和外加劑的相容性。關鍵詞 坍落擴展度 泵送混凝土 外加劑 相容性 工作性引言高性能混凝土(H PC 以其優(yōu)異的性能代表了未來混凝土的發(fā)展方向。高工作性是H PC 的一個重要性能特征, 它的獲得必須使用適當?shù)母咝p水劑。但是眾所周知, 高效減水劑與膠凝材料之間存在相容性問題。測定和評價膠凝材料與減水劑相容性及混凝土工作性的方法很多, 常見的有水泥凈漿擴展度法、水泥凈漿馬氏漏斗法和混凝土坍落度和坍落擴展度法等, 這些方法各有優(yōu)缺點。水泥凈漿擴展度試驗因其具有省時、省料和簡捷的特點被多數(shù)商品混凝土生產(chǎn)企業(yè)用于外加劑的進貨檢驗。但是, 由于新拌水泥漿與新拌混凝土組成之間的明顯差異(如水膠比、固相顆粒組

3、成及其分布、流動變形時的內(nèi)磨擦機制及流變性能等 以及這兩種試驗方法對一些影響因素的敏感性差異, 兩者試驗規(guī)律經(jīng)常不一致。例如, 目前商品混凝土生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)常被迫使用熱水泥(溫度有時可達70! 甚至更高 , 用水泥凈漿試驗時, 達到正常的流動性要求的減水類外加劑摻量可高達混凝土試驗的2倍左右。水泥凈漿試驗結果有時難以指導混凝土的試配和生產(chǎn), 甚至誤導。傳統(tǒng)的混凝土坍落度試驗方法因其簡單易行等優(yōu)點而被廣泛采用。但是其缺點也很明顯, 如費時、費力、費料、試驗受人為的影響大等。這些缺點對于采用混凝土坍落度試驗檢測外加劑與水泥的相容性的混凝土外加劑生產(chǎn)企業(yè)和商品混凝土生產(chǎn)企業(yè)的, 要經(jīng)常地選擇水泥和外加劑

4、, 尤其是冬季施工前后; 而外加劑生產(chǎn)企業(yè)則必須隨時根據(jù)商品混凝土生產(chǎn)企業(yè)的水泥和混合材品種的變化調(diào)整其外加劑組成以獲得良好的適應性。此外, 商品混凝土生產(chǎn)企業(yè)在更換水泥時從水泥供應商所取得的水泥樣品常常數(shù)量有限, 而外加劑生產(chǎn)企業(yè)又是從商品混凝土生產(chǎn)企業(yè)獲得樣品, 數(shù)量更少。更頭疼的是, 有時商品混凝土生產(chǎn)企業(yè)要求外加劑生產(chǎn)企業(yè)在一天甚至半天的時間內(nèi)提供與新?lián)Q的水泥相容性良好的外加劑樣品。因此, 工程施工過程中, 如果外加劑生產(chǎn)企業(yè)不能及時提供相容性良好的產(chǎn)品, 商品混凝土生產(chǎn)企業(yè)不能用有限的水泥樣品及時完成試配試驗都可能導致嚴重后果。這些因素使得上述兩類企業(yè)都需要一種更加省時省料、快速有效

5、的試驗方法用以檢測外加劑與水泥的相容性。試驗研究發(fā)現(xiàn), 由砂漿坍落擴展度試驗觀測到的砂漿的穩(wěn)定性(如泌水、離析及表面氣泡狀態(tài)等 、坍落擴展度及坍落擴展度的經(jīng)時變化與具有相同砂漿組成的混凝土的工作性(包括穩(wěn)定性、流動性及流動性經(jīng)時損失 之間有相當高的相關性, 本文對這種相關性進行了進一步的試驗確認。1 原材料、試驗儀器及試驗方法1. 1 原材料水泥:鼎鑫P O32. 5、邯鄲P O42. 5和琉璃河P O42. 5三種散裝水泥。粉煤灰:天津楊柳青I 級灰、張家口II 級灰和天12005年第3期Beton Chinese Editio n Ready-m ixed Concrete 21細集料:北

6、京地區(qū)建筑中砂, f =2. 6, 用于砂漿時篩除5mm 以上顆粒。粗集料:北京地區(qū)5-25碎卵石和河北廊坊的5-25碎石兩種。泵送劑:北京宏偉科奧建材有限公司生產(chǎn)的三種液體泵送劑a 、b 和c 。1. 2 試驗儀器ISO 膠砂攪拌機一臺, 跳桌試驗用截錐圓模(上口 60mm 、下口 100mm 、高70mm 一只, 5m m 厚平板玻璃(400400mm 2 一塊, 坍落度試驗儀器一套。1. 3 試驗方法砂漿坍落擴展度試驗:每盤砂漿用膠凝材料為500克。按設計配合比配料, 將膠凝材料和砂子裝粉煤灰品種薊縣張家囗張家囗張家囗楊柳青張家囗強度等級C20C30C20C35C50C35水kg/m 3

7、180185190180165180入ISO 攪拌機的攪拌鍋。采用自動控制攪拌程序, 開機干拌30秒后以同摻法加入泵送劑水溶液。將玻璃板和試驗圓模用濕毛巾潤濕, 把試模置于放置水平的玻璃板中央。攪拌完畢, 快速用砂漿盛滿試模, 慢慢地垂直提起試模, 待砂漿流動停止后測量其兩個垂直方向上的直徑, 取其平均值為砂漿坍落擴展度(精確至5m m , 同時, 觀查記錄砂漿的離析泌水狀態(tài)(也可觀察到表面氣泡狀態(tài) , 然后, 將砂漿全部收回, 盛入適當容器(如小塑料桶 , 蓋蓋以防止水分蒸發(fā)。靜置1小時觀察泌水情況, 然后人工攪拌均勻, 測其1小時時的坍落擴展度。再次將砂漿全部收入容器靜置半小時后觀察1.

8、5小時時的泌水情況并測量其坍落擴展度。表1 試驗原材料及混凝土/砂漿配合比配合比A B C D E F水泥品種鼎鑫邯鄲琉璃河琉璃河琉璃河琉璃河水泥kg/m 3280275250290410290細集料kg/m 3870790870790700790粗集料kg/m 3101010501025105010301050粉煤灰kg/m 3808090709070泵送劑%1. 82. 42. 02. 32. 52. 3注:(1 除F 組混凝土試驗中使用5-25m m 的碎石為粗集料外, 其它的均為碎卵石。(2 砂漿配合比為對應混凝土配合比中除去粗集料后的配比, 如E 組混凝土對應的砂漿的配合比為:水:水

9、泥:細集料:粗集料:粉煤灰=165:410:700:0:90=0. 40:1:1. 707:0:0. 22。郭俊萍等人2已經(jīng)在砂漿坍落擴展度試驗方法的標準化方面進行了研究。但本研究中并沒有完全采用該標準方法, 原因如下。第一, 標準方法針對水泥產(chǎn)品, 只考慮了外加劑與水泥的相容性, 而沒有考慮混合材(粉煤灰、礦渣和硅灰等 對這種相容性的影響。實際上, 工程上已經(jīng)很少使用不摻混合材的混凝土。另外, 即使其它條件完全相同, 僅改變粉煤灰的品種配制出的混凝土的工作性就可能差別非常大。第二, 標準方法在評價外加劑性能和測定外加劑的飽和摻量等方面效果是明顯的, 但它所采用的是標準砂漿組成, 與實際工程混

10、凝土中的砂漿組成相比較, 無論是細度模數(shù)、水膠比還是膠砂比, 差別都很大。采用相同砂漿試驗使得砂漿與混凝土的區(qū)別僅在于加與不加粗集料, 兩者的試驗結果具有更, 水泥與外加劑的相容性、外加劑的最佳摻量3和混凝土工作性等方面的信息?；炷撂涠仍囼?每盤試驗用料為10升, 人工攪拌, 同摻法加入泵送劑。用常規(guī)方法進行混凝土坍落度及坍落度損失試驗, 觀察泌水離析情況并測量其坍落度及坍落擴展度等。2 結果分析與討論為使試驗結果更接近工程應用實際和具有更好的代表性, 本試驗采用的是北京市場上廣泛使用的三種水泥和幾個商品混凝土生產(chǎn)企業(yè)提供的混凝土配合比。由于北京地區(qū)使用的粗集料主要為碎卵石, 所以本試驗也

11、以碎卵石為主, 以碎石為輔。采用了具有代表性的C20、C30、C35和C50混凝土, 配合1、圖。 22 Beton Chinese Editio n Ready-m ixed Concrete表2 砂漿及混凝土的流動性及其經(jīng)時損失2005年第3期配合比泵送劑a砂漿擴展度/mm 初始2152102352402402402402352402552752853003203252552752851h 2001952151201902101301551702252302352853103152252302351. 5h 19519521512019021013515016022522523527530

12、0320225225235損失率/%1h 7. 07. 18. 550. 020. 812. 545. 834. 029. 211. 816. 417. 55. 03. 13. 111. 816. 417. 51. 5h 9. 37. 18. 550. 020. 812. 543. 836. 233. 311. 818. 217. 58. 36. 31. 511. 818. 217. 5混凝土擴展度/mm 初始5505005255805455605005105105505605705405505705605505801h 480445475275390460270335350490420440

13、4905005504104505401. 5h 450425465245365425230275300450410420450490550400440540損失率/%1h 12. 711. 09. 552. 628. 417. 946. 034. 331. 410. 925. 022. 89. 39. 13. 526. 818. 26. 91. 5h 18. 215. 011. 457. 833. 024. 154. 046. 141. 218. 226. 826. 316. 710. 93. 528. 620. 06. 9混凝土坍落度/m m 初始2502202102252002252152

14、152102102202152402302452102202301h 2202252201851952201851801902052102152102102502102152201. 5h 205210220170200190145175180170200210200210230190200210損失率/%1h 12. 0-2. 3-4. 817. 82. 52. 214. 016. 39. 52. 44. 50. 012. 58. 7-2. 00. 02. 34. 31. 5h 18. 04. 5-4. 824. 40. 015. 632. 618. 614. 319. 09. 12. 31

15、6. 78. 76. 19. 59. 18. 7A b c aB b c aC b c aD b c aE b c aF b c表3 砂漿及混凝土的穩(wěn)定性3給出了砂漿及混凝土工作性的相關2為砂漿坍落擴展度、混凝土擴展度、; 表3為新拌砂漿及1 砂漿和混凝土流動性的關系 2005年第3期Beton Chinese Editio n Ready-m ixed Concrete 23從流變學的角度, 新拌砂漿與混凝土都近似于賓漢姆流變體, 砂漿坍落擴展度、混凝土坍落度及擴展度在不同程度上反映了各自的屈服應力。雖然砂漿中只有細集料而混凝土中還有粗集料, 但測試方法中它們的坍塌和流動擴展方式相同, 組成

16、只有集料的差別。因此, 砂漿坍落擴展度與混凝土坍落擴展度之間具有相似性。不難理解, 這種相似性表現(xiàn)在試驗結果上就是良好的相關關系。2. 2 混凝土與砂漿坍落擴展度試驗的相關性由于混凝土和砂漿的初始坍落擴展度的覆蓋范圍很窄, 不能代表正常工作性范圍的相關性, 相關性分析意義不大。本研究考察分析經(jīng)過1小時和1. 5小時之后混凝土與砂漿坍塌擴展度的相關性。圖2-3的試驗結果表明, 在正常泵送混凝土工作性范圍內(nèi), 混凝土與砂漿坍塌擴展度的線性相關性良好。考慮到各個等級混凝土初始工作性不同, 從工作性隨時間變化的角度對砂漿與混凝土坍塌擴展度損失的相關性進行考察, 圖4-5反映了它們之間的相關關系。從回歸

17、方程可清楚地看到, 混凝土坍落擴展度經(jīng)時損失率與砂漿坍落擴展度經(jīng)時損失率之間具有很高的線性關系, 相關系數(shù)分別為0. 96和0. 97?？梢? 砂漿坍落擴展度經(jīng)時損失率也可以很好地反映混凝土坍落擴展度經(jīng)時損失率。圖2 砂漿和混凝土擴展度的關系(1. 0小時 圖3 砂漿和混凝土擴展度的關系(1. 5小時2. 1 混凝土流動性與砂漿坍落擴展度的關系從圖1可見, 隨砂漿坍落擴展度從120mm 增加到320mm, 混凝土坍落度相應地從150mm 增加到250m m 。但是, 它們之間這種變化的線性相關性不太好(回歸方程:y=0. 28x+145. 74, R 2=0. 49 , 這大致可以從坍落與擴展

18、的變形機制及其評價參數(shù)有所不同來理解。當砂漿坍落擴展度從120mm 增加到320mm 時, 混凝土坍落擴展度從230m m 相應增加到580mm 。它們之間相應變化的線性相關性較好, 回歸方程式為:y =1. 47x +120. 51, 相關系數(shù)R 2圖4 砂漿和混凝土流動性損失率的關系(1. 0小時2. 3 混凝土穩(wěn)定性與砂漿穩(wěn)定性的關系表3中的觀察結果對比清楚地顯示:若砂漿出, 24 Beton Chinese Editio n Ready-m ixed Concrete 2005年第3期泌水 能夠很好地反映相同砂漿組成的泵送混凝土的流動性(坍落擴展度 、流動性經(jīng)時損失以及穩(wěn)定性(離析泌水

19、 。文獻3提供了用砂漿坍落擴展度試驗確定泵送劑的最佳摻量的方法。因此, 采用砂漿坍落擴展度試驗能有效地評價混凝土外加劑的相容性好壞, 能可靠地篩選出對外加劑適應性良好的水泥、混合材及外加劑的混凝土配合比組合, 而且省時、省力、節(jié)約材料, 有利于對影響新拌混凝土工作性的因素開展全面和深入的試驗研究。3 結論(1 對相同砂漿組成的泵送混凝土, 其砂漿與混凝土的坍落擴展度試驗具有良好的線性相關性。砂漿工作性參數(shù)(坍落擴展度及其經(jīng)時損失率, 泌水圖5 砂漿和混凝土流動性損失率的關系(1. 5小時性 能夠很好地反映相應的混凝土工作性參數(shù)。(2 砂漿坍落擴展度試驗省時、省力、節(jié)約材料, 有利于對影響新拌混凝土工作性的各種因素開展全面和深入的試驗研究。通過砂漿坍落擴展度試驗評價工作性、減水類外加劑對水泥材料的相容性和最佳摻量, 可以有效地篩選適用于泵送混凝土的膠凝材料和外加劑。參考文獻1彭杰. 混凝土耐久性和工作性設計有關方面的研究D.北京:中國建筑材料科學研究院碩士論文, 2002:38-111.2郭俊萍. 關于水泥的強度及其與外加劑相容性的評價方法D.北京:中國建筑材料科學研究院碩士論文, 2002:51-60.3徐永模, 彭杰, 趙昕南. 評價減水劑性能的新方法 砂漿坍落擴展度J. 硅酸鹽學報, V ol. 30(增刊 , 2002:124-130.作者簡介 彭杰(1972 ,