自密實混凝土配合比設(shè)計及正交試驗研究

自密實混凝土配合比設(shè)計及正交試驗研究

自致密混凝土通常用于隧道外的隔離和其他無法壓裂的部位，以及鋼筋、路段狹窄和振動不足的地方。對于城市來說，減少施工噪聲是必要的。大范圍內(nèi)的施工和切割作品工作量過大，施工時間變窄，其他無法或困難的作品需要傾斜。自密實混凝土配制的關(guān)鍵是在保證所需性能的前提下,得到可以不振搗,必要時也可少振搗的高流動性混凝土拌合物。自密實混凝土配制的基本原理是通過外加劑的復(fù)合、優(yōu)質(zhì)摻合料及粗細骨料的選擇與搭配,使混凝土拌合物的屈服應(yīng)力減小到適宜范圍,同時混凝土拌合物具有很高的流動性,可以自流平而充滿模型,并且不泌水、不離析,成型后質(zhì)量均勻,不會產(chǎn)生普通混凝土那樣由于振搗不當而造成的蜂窩、麻面和內(nèi)部空洞等質(zhì)量缺陷。影響自密實混凝土流變性能的因素多而復(fù)雜,通常需要做大量的試配試驗才能確定其配合比。正交試驗法具有“均衡分散性”和“綜合可比性”的特點,是研究和處理多因素試驗的一種科學(xué)方法,按該方法進行混凝土配合比試驗其結(jié)果能客觀地反映配制規(guī)律、較方便地進行配合比優(yōu)化。1應(yīng)用自密閉混凝土的方法1)將奈系高效減水劑與木質(zhì)素磺酸鈣復(fù)合使用,在一定的水灰比下,得到較大的原始坍落度,又有較小的坍落度損失。采用高效復(fù)合外加劑可降低水膠比,保證強度,同時提高混凝土流動性,降低混凝土拌合物的屈服應(yīng)力,保持適當?shù)恼扯认禂?shù),使拌合物具有自密性并具有抗離析所需要的粘性。2)采用以粉煤灰為主要成份的混凝土摻合料,利用其活性效應(yīng)、形態(tài)效應(yīng)、微集料效應(yīng)等提高新拌混凝土的變形性能和抗離析及保水性能,同時改善和提高混凝土后期耐久性。3)用正交試驗方法探討水泥、粉煤灰、砂和碎石等因素對自密實混凝土工作性和強度的影響規(guī)律,優(yōu)化和確定自密實混凝土配合比。5)外加劑:山東天辰股份有限化工廠生產(chǎn)的高效減水劑和緩凝劑;6)水:自來水。2.2用于水泥和混凝土中的粉煤灰試驗方法按以下號標準執(zhí)行。《建筑用砂》(GB/T14684-2001);《建筑用卵石、碎石》(GB/T14685-2001);《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB1596-1991);《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》(GB50080-2002);《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標準》(GB50081-2002)?；炷量箟涸噳K采用150mm×150mm×150mm的試模成型,所有試塊均采用標準養(yǎng)護。3自致密混凝土配合比計算方法3.1高流動自虛實混凝土配合比的確定方法固定砂石體積含量計算法是根據(jù)高流動自密實混凝土流動性、抗離析性和配合比各因素之間的平衡關(guān)系,在試驗研究的基礎(chǔ)上得到的一種能較好適應(yīng)高流動自密實混凝土特點和要求的配合比計算方法。3.2干砂漿充填體系全計算法的基本觀點:1)混凝土各組成材料(包括固、氣、液三相)具有體積加和性;2)石子的空隙由干砂漿填充;3)干砂漿的空隙由水填充;4)干砂漿由水泥、細摻料、砂和空隙所組成。全計算法設(shè)計原理為:由假定的混凝土體積模型經(jīng)過數(shù)學(xué)推導(dǎo),得出混凝土單方用水量和砂率的計算公式,再結(jié)合傳統(tǒng)的水灰比定則,即可全面定量得出混凝土中各組分的用量,實現(xiàn)自密實混凝土配合比設(shè)計從半定量走向全定量的全計算法,是自密實混凝土配合比設(shè)計上的進一步完善。3.3試驗結(jié)果,內(nèi)容為直接將混凝土配合比計算的全計算法用于計算自密實混凝土?xí)r,算得的砂率和漿集比都偏低,難以滿足自密實的要求,全計算法用于自密實混凝土有其不適合之處,需要加以改進。改進后的全計算法是針對自密實混凝土的特點,結(jié)合固定砂石體積含量法的特點,對全計算法用于計算自密實混凝土配比進行改進,提出以下計算步驟和公式:1)配制強度fcu,0=fcu,k+1.645σ(1)式中,fcu,0為設(shè)計的混凝土立方體抗壓強度標準值,MPa;σ為混凝土強度標準差,MPa。2)水膠比m(w)m(c+f)=1/(fcu?0Afce+B)(2)3)石子用量G=αρ′G(3)式中,α取0.5~0.6;ρ′G為石子堆積密度,kg/m3。4)砂用量S=βVmρS(4)式中,β取0.4~0.5;Vm為砂漿體積,Vm=1-GρG?m3;ρS、ρG分別為砂、石子表觀密度,kg/m3。5)用水量Vw=Ve-Va1+1ρc(1-φ)+φρf×m(c+f)m(w)(5)式中,Ve、Va分別為漿體體積和空氣體積,Ve=Vm-SρS?m3;ρc、ρf分別為水泥和粉煤灰密度,kg/m3;m(c+f)m(w)為膠水比;φ為摻合料(粉煤灰)體積摻量百分比。6)膠凝材料組成與用量m(c+f)=Vw?[m(c+f)]m(w)(6-1)m(c)=(1-x)m(c+f)(6-2)m(f)=x×m(c+f)(6-3)式中,x為摻合料重量摻量,m(c)為水泥用量,m(f)為摻合料用量。7)由混凝土流動性、填充性、間隙通過性和抗離析性等要求確定外加劑的用量。4新中性混凝土性能正交試驗結(jié)果采用改進的全計算法進行混凝土配合比設(shè)計,試驗以碎石用量系數(shù)、砂用量系數(shù)、粉煤灰體積摻量、高效減水劑和緩凝劑摻量共5個因素(每1個因素取4個水平)進行正交試驗研究,以混凝土的工作性(坍落度、擴展度及其經(jīng)時變化)和抗壓強度為考核指標,優(yōu)化自密實混凝土配合比。正交設(shè)計的因素與水平表見表2;正交試驗方案L16(45)見表3;正交試驗結(jié)果見表4;部分試驗極差計算結(jié)果見表5;以90mim內(nèi)坍落度與擴展損失結(jié)果作極差分析,計算結(jié)果如表6所列。。分析表5及表6可知各因素對新拌混凝土流動性和硬化混凝土強度的影響順序和最優(yōu)配合比:1)影響0min坍落度順序為CBEAD,最優(yōu)配合比A2B1C3D1E1;2)影響0min擴展度順序為CBAED,最優(yōu)配合比A2B1C3D3E1;3)影響28d抗壓強度順序為BCDAE,最優(yōu)配合比A1B2C2D1E4;4)影響90min內(nèi)坍落度損失順序為CBAED,最優(yōu)配合比A4B4C1D3E2;5)影響90min內(nèi)擴展度損失順序為DBAEC,最優(yōu)配合比A4B1C2D4E4。由上述坍落度、擴展度、28d抗壓強度、90min內(nèi)坍落度與擴展度損失的最優(yōu)配合比和試驗記錄,經(jīng)綜合分析評價可得到最優(yōu)配比為:A2B1C3D3E4,即碎石用量系數(shù)為0.533,砂用量系數(shù)為0.4,粉煤灰體積摻量為35%,高效減水劑為1.3%,緩凝劑為0.14%。另外,課題組以此作為配合比進行了多次實驗室復(fù)驗,試驗結(jié)果均很好。5自虛實混凝土配合比設(shè)計與普通混凝土相比,自密實混凝土配合比計算涉及的因素多,除了要滿足強度等力學(xué)性能,對工作性更有很高的要求,因此,自密實混凝土配合比與普通混凝土配合比有很大差別。本文采用改進的全計算法對自密實混凝土進行配合比設(shè)計,在此基礎(chǔ)上運用正交試驗方法探討水泥、粉煤灰、砂、碎石等因素對自密實混凝土工作性和力學(xué)性能的影響規(guī)律,優(yōu)化和確定了自密實混凝土的配合比。改進后的全計算法更能符合自密實混凝土的特點并且計算簡單,使用方便。因此,改進的全計算法是一種更科學(xué)、更合理、更準確的自密實混凝土配合比設(shè)計方法。4)以坍落度、擴展度、坍落度和擴展度損失等指標綜合測定自密實混凝土的工作性。2通過實驗研究致密混凝土2.1巖石及粉煤灰的堆積密度1)水泥:山東鋁廠P·O42.5,水泥28d抗壓強度實測值fce=48.0MPa,密度為3100kg/m3;2)砂:河砂,Mx=2.91,堆積密度為1540kg/m3,表觀密度為26