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《低溫建筑技術雜志》2014年第五期

1原材料及試驗研究方案

流變學中Bingham體適用一些帶有分散粒子形成凝聚結構的液體如膠體則并不遵循牛頓液體的流動方程，切應力要達到某一定值τ0，物體才開始流動，這時τ0值稱為屈服應力，又稱塑性強度。因為外力(切應力)必須克服了物體的粘聚結構后才能流動。流變方程如公式1，其中η為粘度系數，drdt為切應變速率。τ=τ0+ηdr/dt(1)國內外學者基本都認為，自密實混凝土的流變行為非常接近于Bingham體，配合比一定時，屈服應力τ0與粘度系數η為定值。當自密實混凝土拌合物內部產生的剪切應力τ大于等于τ0時混凝土發生流動，可以看出，粘度系數越小，相同外力作用下流動速率越大。我們期望通過原材料合理選擇和配合比參數選擇來獲得足夠小的τ0，同時η值也應較小，使得混凝土自由流動并密實勻質地填充滿模具。但是η值過小則會導致混凝土內部相的粘度過小，不能保證骨料懸浮于水泥砂漿體系中，造成混凝土出現離析與泌水情況。可看出，τ0與η值即是自密實混凝土流動的前提，又是保證混凝土不離析泌水的必要條件。在水膠比和膠結材料固定的條件下，砂率與粗骨料的級配是影響自密實混凝土粘度系數與屈服應力僅剩的2個因素。采用太行山牌P•O42.5水泥，28d抗壓強度46.7MPa;I級粉煤灰;中砂，細度模數2.64;小碎石5～16mm，大碎石10～20mm;泵送劑Ad，水膠比0.32。采用變砂率影響試驗，確定合理的砂率為49%。固定49%砂率后，繼續進行大小石體積比例變化即粗骨料級配影響試驗，確定大小石體積比例，保持石子總體積不變，變化大小石比例。試驗系列配合比見表1。自密實性能試驗依據JGJ/T283－2012《自密實混凝土應用技術規程》的相關規定進行，測試混凝土坍落度、坍落擴展度SF、擴展時間T500、離析率SR、粗骨料振動離析率fm、坍落擴展度與J環擴展度差值PA，測試后進行影響規律分析。

2試驗結果與分析

自密實混凝土的早期性能所需要達到的技術指標于評價等級指標見JGJ/T283－2012，《自密實混凝土應用技術規程》，隨著性能提高表示的自密實等級越高。(1)砂率對自密實性與強度影響。在本試驗條件下，水膠比、膠凝材料用量和粗骨料級配固定時，隨著砂率的增加，自密實混凝土的各項自密實性能出現了規律性的變化，混凝土自密實性能和強度試驗結果見表2。由砂率試驗結果表2可見，隨著砂率增加，混凝土的坍落擴展度在49%砂率之前逐漸增大，最大值可達到750mm，之后出現遞減規律。T500達到時間在砂率51%時最好，超過后則不合格。J環擴展度與坍落擴展度差值也如此，但是當砂率超過49%后，混凝土的抗離析性能均出現了不合格情況，且隨砂率增加而愈發嚴重。由此可見，當其它因素固定的情況下，砂率的增加，使得混凝土中的砂漿體積增加，這樣填充混凝土內部空隙的砂漿量在不斷地增加，進而包裹與粗骨料表面的砂漿層厚度在不斷地增厚，使得試驗混凝土的屈服應力τ0與粘度系數η均出現了減小，這種變化使得混凝土流變所需的τ值變小，混凝土拌合物宏觀表現為坍落擴展度變大，T500時間縮短，J環擴展度擴大。但是，這種規律存在拐點(49%砂率)，拐點之后，混凝土的抗離析性能逐漸下降，泌水及砂漿與粗骨料離析出現，導致混凝土流動性和通過性均出現下降，并出現各種性能的不合格情況。因此本試驗配合比的屈服應力τ0與粘度系數η即保證流動填充性，又保證抗離析性能的平衡點砂率應該為49%左右。同時，強度也隨著砂率增加出現遞減規律，超過49%砂率后，混凝土試配強度剛剛達到C50混凝土的設計要求，甚至達不到。所以，選用49%砂率進行后續試驗研究。(2)粗骨料級配對混凝土自密實性影響，見表3。

表3砂率變化對自密實混凝土性能影響數據編號小大石比SF/mmVSSPA/mmSR%fm/%抗壓強度。由表3的試驗結果可見，隨著5～16mm粒徑骨料的增加，混凝土的坍落擴展度在增加到4:6后不再增加，反而下降，T500達到時間和J環擴展度與坍落擴展度差值規律類同。但抗離析率始終呈現提高趨勢。究其原因，在砂漿體積含量固定情況下，隨著5～16mm粒徑骨料體積的增加，粗骨料的總體空隙率先呈下降趨勢，在達到6:4時空隙率最低，之后增加。相對于空隙率的變化，砂漿體積在變化。在6:4之前，由于空隙率降低砂漿體積相對增多，因此砂漿在粗骨料表面的包裹厚度在增加，因此混凝土坍落擴展度增加，T500時間也縮短。在超過4:6后，比表面積增加過多致使砂漿包裹層厚度降低，所以坍落擴展度降低，T500時間延長。J環擴展度與坍落擴展度差值的變化也是受此影響造成的。對于抗離析性能的變化，主要是由于隨著粗骨料比表面積的增加，砂漿包裹層占用的砂漿的體積量在增加，抗離析性能增加。因此綜合分析后可以選擇10～16mm粒徑骨料與10～20mm粒徑骨料的比例為4:6進行配合比設計使用。

3結語

在本試驗條件下，混凝土配合比中膠凝材料用量與水膠比固定，通過試驗可以總結如下:C50自密實混凝土的自密實性能與砂率息息相關，通過試驗確認砂率為49%時最為合適，此時混凝土的屈服應力τ0與粘度系數η即保證流動填充性，又保證抗離析性能達到了平衡?；炷链止橇蠈ψ悦軐嵭阅艿挠绊戯@著，骨料的空隙率和比表面積是影響自密實性能的主要原因，空隙率與比表面積決定了砂漿相對體積含量和砂漿包裹層厚度，因此也存在最佳平衡點，本研究條件下為4:6。

作者：陳俊明王作然單位：中國鐵建電氣化局集團北方工程公司四川省峨眉山市燕崗建筑工程有限公司