砂漿與混凝土坍落擴(kuò)展度方法的相關(guān)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(kuò)展度方法的相關(guān)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(huì), 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(yàn), 確認(rèn)了砂漿坍落擴(kuò)展度與混凝土坍落擴(kuò)展度具有很好的線性相關(guān)性。與混凝土試驗(yàn)相比, 砂漿坍落擴(kuò)展度試驗(yàn)具有試驗(yàn)簡單、省時(shí)、省料, 可靠, 能有效地檢測和評價(jià)泵送混凝土膠凝材料

2、和外加劑的相容性。關(guān)鍵詞 坍落擴(kuò)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(gè)重要性能特征, 它的獲得必須使用適當(dāng)?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(jià)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(kuò)展度法、水泥凈漿馬氏漏斗法和混凝土坍落度和坍落擴(kuò)展度法等, 這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。水泥凈漿擴(kuò)展度試驗(yàn)因其具有省時(shí)、省料和簡捷的特點(diǎn)被多數(shù)商品混凝土生產(chǎn)企業(yè)用于外加劑的進(jìn)貨檢驗(yàn)。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(dòng)變形時(shí)的內(nèi)磨擦機(jī)制及流變性能等 以及這兩種試驗(yàn)方法對一些影響因素的敏感性差異, 兩者試驗(yàn)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(shí)可達(dá)70! 甚至更高 , 用水泥凈漿試驗(yàn)時(shí), 達(dá)到正常的流動(dòng)性要求的減水類外加劑摻量可高達(dá)混凝土試驗(yàn)的2倍左右。水泥凈漿試驗(yàn)結(jié)果有時(shí)難以指導(dǎo)混凝土的試配和生產(chǎn), 甚至誤導(dǎo)。傳統(tǒng)的混凝土坍落度試驗(yàn)方法因其簡單易行等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。但是其缺點(diǎn)也很明顯, 如費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、費(fèi)料、試驗(yàn)受人為的影響大等。這些缺點(diǎn)對于采用混凝土坍落度試驗(yàn)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(shí)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(yīng)性。此外, 商品混凝土生產(chǎn)企業(yè)在更換水泥時(shí)從水泥供應(yīng)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)完成試配試驗(yàn)都可能導(dǎo)致嚴(yán)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(shí)省料、快速有效

5、的試驗(yàn)方法用以檢測外加劑與水泥的相容性。試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn), 由砂漿坍落擴(kuò)展度試驗(yàn)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(kuò)展度及坍落擴(kuò)展度的經(jīng)時(shí)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(dòng)性及流動(dòng)性經(jīng)時(shí)損失 之間有相當(dāng)高的相關(guān)性, 本文對這種相關(guān)性進(jìn)行了進(jìn)一步的試驗(yàn)確認(rèn)。1 原材料、試驗(yàn)儀器及試驗(yàn)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(xì)集料:北

6、京地區(qū)建筑中砂, f =2. 6, 用于砂漿時(shí)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(yàn)儀器ISO 膠砂攪拌機(jī)一臺, 跳桌試驗(yàn)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(yàn)儀器一套。1. 3 試驗(yàn)方法砂漿坍落擴(kuò)展度試驗(yàn):每盤砂漿用膠凝材料為500克。按設(shè)計(jì)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?xiàng)盍鄰埣亦韽?qiáng)度等級C20C30C20C35C50C35水kg/m 3

7、180185190180165180入ISO 攪拌機(jī)的攪拌鍋。采用自動(dòng)控制攪拌程序, 開機(jī)干拌30秒后以同摻法加入泵送劑水溶液。將玻璃板和試驗(yàn)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(dòng)停止后測量其兩個(gè)垂直方向上的直徑, 取其平均值為砂漿坍落擴(kuò)展度(精確至5m m , 同時(shí), 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(dāng)容器(如小塑料桶 , 蓋蓋以防止水分蒸發(fā)。靜置1小時(shí)觀察泌水情況, 然后人工攪拌均勻, 測其1小時(shí)時(shí)的坍落擴(kuò)展度。再次將砂漿全部收入容器靜置半小時(shí)后觀察1.

8、5小時(shí)時(shí)的泌水情況并測量其坍落擴(kuò)展度。表1 試驗(yàn)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(xì)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(yàn)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(yīng)混凝土配合比中除去粗集料后的配比, 如E 組混凝土對應(yīng)的砂漿的配合比為:水:水

9、泥:細(xì)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(kuò)展度試驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn)化方面進(jìn)行了研究。但本研究中并沒有完全采用該標(biāo)準(zhǔn)方法, 原因如下。第一, 標(biāo)準(zhǔn)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(shí)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(biāo)準(zhǔn)方法在評價(jià)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(biāo)準(zhǔn)砂漿組成, 與實(shí)際工程混

10、凝土中的砂漿組成相比較, 無論是細(xì)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(yàn)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(yàn)結(jié)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。混凝土坍落度試驗(yàn):每盤試驗(yàn)用料為10升, 人工攪拌, 同摻法加入泵送劑。用常規(guī)方法進(jìn)行混凝土坍落度及坍落度損失試驗(yàn), 觀察泌水離析情況并測量其坍落度及坍落擴(kuò)展度等。2 結(jié)果分析與討論為使試驗(yàn)結(jié)果更接近工程應(yīng)用實(shí)際和具有更好的代表性, 本試驗(yàn)采用的是北京市場上廣泛使用的三種水泥和幾個(gè)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(yàn)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(dòng)性及其經(jīng)時(shí)損失2005年第3期配合比泵送劑a砂漿擴(kuò)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(kuò)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(guān)2為砂漿坍落擴(kuò)展度、混凝土擴(kuò)展度、; 表3為新拌砂漿及1 砂漿和混凝土流動(dòng)性的關(guān)系 2005年第3期Beton Chinese Editio n Ready-m ixed Concrete 23從流變學(xué)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(kuò)展度、混凝土坍落度及擴(kuò)展度在不同程度上反映了各自的屈服應(yīng)力。雖然砂漿中只有細(xì)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(dòng)擴(kuò)展方式相同, 組成

16、只有集料的差別。因此, 砂漿坍落擴(kuò)展度與混凝土坍落擴(kuò)展度之間具有相似性。不難理解, 這種相似性表現(xiàn)在試驗(yàn)結(jié)果上就是良好的相關(guān)關(guān)系。2. 2 混凝土與砂漿坍落擴(kuò)展度試驗(yàn)的相關(guān)性由于混凝土和砂漿的初始坍落擴(kuò)展度的覆蓋范圍很窄, 不能代表正常工作性范圍的相關(guān)性, 相關(guān)性分析意義不大。本研究考察分析經(jīng)過1小時(shí)和1. 5小時(shí)之后混凝土與砂漿坍塌擴(kuò)展度的相關(guān)性。圖2-3的試驗(yàn)結(jié)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(kuò)展度的線性相關(guān)性良好?？紤]到各個(gè)等級混凝土初始工作性不同, 從工作性隨時(shí)間變化的角度對砂漿與混凝土坍塌擴(kuò)展度損失的相關(guān)性進(jìn)行考察, 圖4-5反映了它們之間的相關(guān)關(guān)系。從回歸

17、方程可清楚地看到, 混凝土坍落擴(kuò)展度經(jīng)時(shí)損失率與砂漿坍落擴(kuò)展度經(jīng)時(shí)損失率之間具有很高的線性關(guān)系, 相關(guān)系數(shù)分別為0. 96和0. 97。可見, 砂漿坍落擴(kuò)展度經(jīng)時(shí)損失率也可以很好地反映混凝土坍落擴(kuò)展度經(jīng)時(shí)損失率。圖2 砂漿和混凝土擴(kuò)展度的關(guān)系(1. 0小時(shí) 圖3 砂漿和混凝土擴(kuò)展度的關(guān)系(1. 5小時(shí)2. 1 混凝土流動(dòng)性與砂漿坍落擴(kuò)展度的關(guān)系從圖1可見, 隨砂漿坍落擴(kuò)展度從120mm 增加到320mm, 混凝土坍落度相應(yīng)地從150mm 增加到250m m 。但是, 它們之間這種變化的線性相關(guān)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(kuò)展

18、的變形機(jī)制及其評價(jià)參數(shù)有所不同來理解。當(dāng)砂漿坍落擴(kuò)展度從120mm 增加到320mm 時(shí), 混凝土坍落擴(kuò)展度從230m m 相應(yīng)增加到580mm 。它們之間相應(yīng)變化的線性相關(guān)性較好, 回歸方程式為:y =1. 47x +120. 51, 相關(guān)系數(shù)R 2圖4 砂漿和混凝土流動(dòng)性損失率的關(guān)系(1. 0小時(shí)2. 3 混凝土穩(wěn)定性與砂漿穩(wěn)定性的關(guān)系表3中的觀察結(jié)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(dòng)性(坍落擴(kuò)展度 、流動(dòng)性經(jīng)時(shí)損失以及穩(wěn)定性(離析泌水

19、 。文獻(xiàn)3提供了用砂漿坍落擴(kuò)展度試驗(yàn)確定泵送劑的最佳摻量的方法。因此, 采用砂漿坍落擴(kuò)展度試驗(yàn)?zāi)苡行У卦u價(jià)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(yīng)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(shí)、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(yàn)研究。3 結(jié)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(kuò)展度試驗(yàn)具有良好的線性相關(guān)性。砂漿工作性參數(shù)(坍落擴(kuò)展度及其經(jīng)時(shí)損失率, 泌水圖5 砂漿和混凝土流動(dòng)性損失率的關(guān)系(1. 5小時(shí)性 能夠很好地反映相應(yīng)的混凝土工作性參數(shù)。(2 砂漿坍落擴(kuò)展度試驗(yàn)省時(shí)、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(yàn)研究。通過砂漿坍落擴(kuò)展度試驗(yàn)評價(jià)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(xiàn)1彭杰. 混凝土耐久性和工作性設(shè)計(jì)有關(guān)方面的研究D.北京:中國建筑材料科學(xué)研究院碩士論文, 2002:38-111.2郭俊萍. 關(guān)于水泥的強(qiáng)度及其與外加劑相容性的評價(jià)方法D.北京:中國建筑材料科學(xué)研究院碩士論文, 2002:51-60.3徐永模, 彭杰, 趙昕南. 評價(jià)減水劑性能的新方法 砂漿坍落擴(kuò)展度J. 硅酸鹽學(xué)報(bào), V ol. 30(增刊 , 2002:124-130.作者簡介 彭杰(1972 ,