C55自密实混凝土物理力学性能影响因素研究

文摘 2025-01-03 07:01 河南

0 引言

为了最大限度地保护耕地，现今公路工程项目使用桥梁的频率越来越高。T梁的马蹄部分因钢绞线比较密集，使用振捣棒难以施工，往往易出现气孔和蜂窝麻面，采用自密实混凝土可以很好地解决这个问题。自密实混凝土具有胶材高以及流动性大的特点,处于易离析状态。为得到强度高以及流动性好的自密实混凝土，对其展开的研究也越来越多。

郑永杰等对比分析了不同聚合物乳液对自密实混凝土性能的影响，发现聚合物乳液均能提高自密实混凝土的黏度，但会降低自密实混凝土的抗压强度和干燥收缩。

何翔等将工业固废应用于自密实混凝土，发现掺加粉煤灰可以提高自密实混凝土的流动性和抗氯离子性能。

虞冬冬等通过设计正交试验，发现水胶比和粉煤灰掺量对自密实混凝土的性能影响较大。

莫文波等研究了细骨料对自密实混凝土性能的影响,发现细骨料中粒径小于0.3mm的颗粒含量提升会增加自密实混凝土的扩展度经时损失。

杨辉等调整砂率和粉煤灰掺量，得出了最优砂率和粉煤灰最佳掺量，在此条件下的混凝土和易性最好。

史星祥等将不同减水剂进行复配，大幅提升了混凝土的和易性且扩展度经时损失更小。

综上可知，原材料掺配比例对自密实混凝土性能影响较大，本文研究胶凝材料用量、粉煤灰掺量、砂率大小以及减水剂用量对自密实混凝土性能的影响，以期制备出和易性优异且强度符合要求的自密实混凝土。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

水泥：江西某水泥有限公司生产的P·O52.5普通硅酸盐水泥，水泥主要性能见表1。

粉煤灰：江西某发电厂产出的Ⅱ级粉煤灰。

砂：江西某砂石有限公司生产的河砂，细度模数2.6。

碎石：江西某砂石有限公司生产5～20mm两级配碎石。

减水剂：江西某减水剂厂家生产。

水：试验室用自来水。

1.2 试验方法

落扩展度试验按照JGJ/T283-2012《自密实混凝土应用技术规程》进行。

抗压强度试验按照GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》进行。

2 试验结果分析与讨论

2.1 胶凝材料对C55自密实混凝土性能的影响

胶凝材料用量决定混凝土中的浆体含量，也是混凝土力学性能的重要保证。确定表2为初始试验配合比，砂率以及水胶比不变，胶凝材料总用量由480kg/m³逐渐递增至530kg/m³，增加的胶凝材料重量从骨料中扣除，确定混凝土容重为2440kg/m³,测试的自密实混凝土各项性能见表3。

由表3可以看出，随着胶凝材料用量增加，混凝土的扩展度逐渐增大。混凝土中增加胶凝材料用量会使浆体总量增加，使得其黏聚性降低，流动性增大。混凝土的3d和28d抗压强度最初都随着胶凝材料用量增加逐渐增加，这是因为浆体增加，骨料之间的空隙填充越密实，所以其抗压强度越高。但胶凝材料使用量为520kg/m³时，混凝土的3d抗压强度增长不大。胶凝材料使用量为530kg/m³时，混凝土的3d和28d抗压强度甚至出现降低的现象。混凝土的容重不变，增加胶凝材料时必然会使骨料含量降低，骨料在混凝土中起骨架支撑作用，一般由抗压强度较高的母岩破碎而成，是影响混凝土抗压强度的主要因素。胶凝材料在混凝土中主要起到黏结作用，其水化产物把不同骨料黏结为一个整体。当混凝土中骨料数量不足时，多余的浆体将没有骨料支撑，硬化后成为“水泥石”，其抗压强度远低于骨料，在受压力时最先遭到破坏，降低了混凝土的抗压强度。

2.2 粉煤灰掺量对C55自密实混凝土性能的影响

优质的粉煤灰不仅可以提高混凝土的后期强度，还可以改善混凝土的流动性。试验选用表3中C4为基础配合比，固定胶凝材料总用量为510kg/m³，保持骨料用量、砂率、水胶比以及减水剂用量不变，分别用粉煤灰取代不同比例的水泥，测试的自密实混凝土各项性能见表4。

由表4可以看出，随着粉煤灰掺量增加，混凝土的扩展度逐渐增大。这是因为粉煤灰含有许多球状玻璃体，掺人混凝土中可以产生“滚珠效应”增加流动性。粉煤灰的密度比水泥小，同等质量取代水泥后会增加浆体的体积，也会增加混凝土的流动性。混凝土的3d和28d抗压强度均随着粉煤灰取代量增加逐渐减小,尤其3d抗压强度下降较快。粉煤灰中含有一定量的活性SiO₂和Al₂O₃,有一定的火山灰活性，但发挥其活性产生二次水化需要较长时间，所以，粉煤灰掺量越大,3d抗压强度下降越快。同等数量的粉煤灰二次水化生成的水化产物要小于同等数量水泥水化生成的水化产物总量，所以，其28d抗压强度也会随着粉煤灰掺量增加逐渐减小，但因为混凝土龄期较长，粉煤灰已发生二次水化反应，弥补部分因水泥减少而损失的强度，所以，其28d抗压强度下降幅度不大。

2.3 砂率对C55自密实混凝土性能的影响

砂率大小对于混凝土的流动性和力学性能有重要影响，试验选用表4中F4为基础配合比，固定水泥、粉煤灰、骨料总用量、水胶比以及减水剂用量不变，调整砂率，测试的自密实混凝土各项性能见表5。

由表5可以看出，随着砂率逐渐增加，混凝土的扩展度先增大后减小，当砂率为44%时，混凝土的扩展度均达到最佳。砂率增加,用来包裹和润湿粗骨料的砂浆数量也会增加，使得粗骨料流动时的摩擦力减小，混凝土流动性增强。当混凝土砂率继续增加时，骨料中的细颗粒增多，骨料总比表面积变大，会吸附更多的拌和水，混凝土中流动水减少，流动性下降。混凝土的3d和28d抗压强度也随着砂率增加出现先增加后减小的变化趋势，砂率增加会优化骨料级配，有更多的细颗粒填补在混凝土的空隙中，使混凝土更加密实，宏观表现出混凝土的抗压强度会提高。但砂率继续增加会导致混凝土中起主要支撑作用的粗骨料含量下降，混凝土中砂浆数量增加，所以，其抗压强度会下降。

2.4 减水剂掺量对C55自密实混凝土性能的影响

减水剂掺量对混凝土状态影响极大，选用表5中S3为基础配合比，固定水泥、粉煤灰、砂率、骨料总用量以及水胶比不变，调整减水剂掺量，测试的自密实混凝土各项性能见表6。

由表6可以看出，随着减水剂掺量逐渐增加，混凝土的扩展度逐渐增大，但减水剂也不能过掺，当减水剂掺量为1.4%时，混凝土浆体骨料分离，出现严重离析现象，无法测试其他性能。减水剂掺入混凝土会吸附在水泥表面，使水泥颗粒之间带相同电荷，团聚在一起的水泥会逐渐分散，内部包裹的水分释放出来，混凝土中的流动水增加，所以，其流动性会随减水剂掺量增加逐渐变大。混凝土的3d和28d抗压强度随减水剂掺量增加无明显变化，这是因为减水剂仅仅改善混凝土的和易性，并没有改变混凝土中胶凝材料数量和水胶比等影响强度的因素。当减水剂掺量为1.3%时，混凝土已经有轻微离析，成型好的标准试块类似于透水混凝土，骨料之间的连接浆体大幅减少，降低了混凝土的抗压强度。

3 结论

（1）随着胶凝材料用量增加，自密实混凝土的扩展度逐渐增大。胶凝材料使用量为520kg/m³时，自密实混凝土的抗压强度最大。

（2)随着粉煤灰掺量增加，自密实混凝土的扩展度逐渐增大，抗压强度逐渐减小。

（3）随着砂率逐渐增加，自密实混凝土的扩展度和抗压强度均出现先增大后减小的变化趋势。

（4）减水剂不过掺时，随着减水剂掺量逐渐增加，自密实混凝土的扩展度逐渐增大，抗压强度基本不变。（来源：《江西建材》2024.08）

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