骨料对自密实混凝土工作性能的影响研究

文摘 2025-01-26 07:04 河南

0引言

自密实混凝土又称自流平混凝土，作为一种高性能混凝土，在现代工程建设中发挥着日益重要的作用。因其具有较好的填充性、间隙通过性和抗离析性等优势，且能够有效降低施工成本，因而受到了广泛的关注与应用。然而，自密实混凝土的工作性能受到多种因素的影响，其中骨料作为其重要原材料之一，骨料产地、品种的不同会显著影响自密实混凝土的工作性能。目前，自密实混凝土中不同的骨料对其工作性能的具体影响，尚缺乏深入系统的研究。基于此，本文选取4种不同粗细骨料，研究骨料对自密实混凝土工作性能的影响，为自密实混凝土配合比设计提供科学的骨料选择依据，进一步推动自密实混凝土在工程建设中的广泛应用和可持续发展。

1原材料及配合比设计

1.1原材料及其性能指标

试验采用的原材料有水泥、碎石、陶粒、机制砂、河砂、粉煤灰、矿粉、减水剂、自来水。

1.1.1水泥

试验选用福州金牛水泥有限公司生产的P·O42.5级普通硅酸盐水泥，其各项物理性能指标均满足规范要求，具体如表1所示。

1.1.2石灰岩碎石

碎石的岩性为石灰岩，粒径为5～10mm，连续级配，其表观密度为2.73g/cm³、堆积密度为1.45g/cm³、空隙率为38.2%、含泥量为0.20%、压碎值为8.90%，满足规范所规定的指标要求。

1.1.3陶粒

陶粒采用800级页岩陶粒，粒径为10～20mm，连续级配，其表观密度为1.33g/cm³、堆积密度为0.73g/cm³、筒压强度为5.50MPa、1h吸水率为1.12%，24h吸水率为5.13%，满足规范所规定的指标要求。

1.1.4机制砂

机制砂的岩性为花岗岩，II区连续级配，其表观密度为2.70g/cm³、堆积密度为1.51g/cm³、孔隙率为44.22%、石粉含量为1.69%、细度模数为3.01，满足规范所规定的指标要求。

1.1.5河砂

河砂为福州本地天然河砂，II区连续级配，其表观密度为2.62g/cm³、堆积密度为1.53g/cm³、孔隙率为47.8%、含泥量为1.91%、细度模数为2.56，满足规范所规定的指标要求。

1.1.6粉煤灰

粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰，其密度为2.41g/cm³、堆积密度为1.12g/cm³、需水量比为93%、含水率为0.05%、烧失量为2.3%，满足规范所规定的指标要求。

1.1.7矿粉

试验选用福州大东海实业有限公司生产的S95级矿粉，密度为2.92g/cm³、比表面积为422m²/kg、28天活性指数为108%、含水率为0.11%、烧失量为0.33%，满足规范所规定的指标要求。

1.1.8减水剂

减水剂为聚羧酸高性能减水剂，其PH为6.8、含气量为5.1%、减水率为30%、泌水率比为44%、28d收缩率比为100%，满足规范所规定的指标要求。

1.2配合比设计

根据固定砂石体积法，共设计4组不同骨料的原材料配合比，自密实混凝土强度等级为C40，具体配合比如表2所示。

2试验方法

依据欧洲评价标准和《自密实混凝土应用技术规程》（JGJ/T283-2012），开展坍落扩展度试验（扩展时间T500试验和坍落扩展度SF试验）、J环试验、V漏斗试验等。

2.1坍落扩展度试验

坍落扩展度试验的主要原理是在坍落度筒内装入混凝土拌合物，待坍落度筒一次性装满后，提起坍落度筒，观察混凝土在平板上的流动情况。

2.1.1扩展时间T500试验

扩展时间T500试验是一种基于时间的测试方法，它作为坍落扩展度试验的基本指标之一。扩展时间T500是指从自提起坍落度筒开始计算，到扩展面直径达到500mm的时间。随着自密实混凝土拌合物的粘度增大，其抗离析性能提高。然而，但扩展时间T500呈现递增趋势，填充性下降。因此，自密实混凝土拌合物的粘度不宜过大。通常情况下，扩展时间T500最大不宜超过20s，一般宜控制在2～6s，在此范围内既能保证自密实混凝土良好的流动性和填充性，又能保证在施工中具有较好的可操作性。

在扩展时间T500测试过程中，通常采用人眼判断，这导致测试结果存在不确定性。因此，可利用智能手机作为试验图像采集设备，对试验过程进行录制。通过记录自密实混凝土的流动过程状态，以便后期对试验结果进行校核。

2.1.2坍落扩展度SF试验

坍落扩展度SF是指混凝土拌合物坍落后的扩展面最大直径和其垂直方向直径的平均值。坍落扩展度SF也是坍落扩展度试验的基本指标之一，可以表征自密实混凝土的填充性，并直观地反映出自密实混凝土的工作性能。通常情况下，坍落扩展度SF测试值是在拌合物停止流动时测得的，一般SF值不宜小于550mm。对于难振捣、壁厚薄、结构形状复杂等混凝土构件，SF值应大于650mm。但在泵送和浇筑过程中，在SF值大于750mm，易发生材料分离现象。因此，坍落扩展度SF值一般宜控制在550～750mm范围内。

2.2J环试验

J环试验，又称为J型环试验，是在坍落扩展度试验基础上衍生出来的。该试验主要用于表征混凝土拌合物的间隙通过性能。具体而言，J环试验是指在坍落度筒外侧套上直径为300mm的J环，并在J环上均匀布置一定数量的钢筋。钢筋直径和钢筋之间间隙宽度由骨料粒径决定。通过增加J环这一障碍，对比混凝土拌合料坍落度与J环坍落度之间的差值，从而验证混凝土拌合物的间隙通过性。通常情况下，自密实混凝土拌合物间隙通过性能良好的判断依据为J环试验中坍落度差值不宜大于50mm。

2.3V漏斗试验

V漏斗试验操作简便，适用于配合比设计试验，主要用于评估自密实混凝土的抗离析性。其具体试验方法为：将混凝土拌合物装入V漏斗，待V漏斗装满后，静置60s，随后打开V漏斗底盖。此时，记录初始时间，接着从V漏斗上部观察出料口情况，当出料口透光时，则表明拌合物全部流出，此时记录为终止时间。若自密实混凝土拌合物从装入V漏斗到全部流出所用的时间在4～25s范围内，这可以作为判断自密实混凝土抗离析性良好的重要依据。V漏斗形状如图1所示，其倾斜面坡度为2:1，由于骨料粒径过大易造成阻滞，容易导致测试结果显著偏大，因此骨料粒径应小于20mm。

3试验结果及分析

3.1填充性试验结果分析

对4组自密实混凝土拌合物进行扩展时间T500试验和坍落扩展度SF试验，得出其相关数据，如表3和表4所示。

通过表3可以看出，4组自密实混凝土拌合物的扩展时间T500均在2～6s范围内，说明其填充性良好。其中，对于不同粗集料的自密实混凝土，T3的扩展时间T500比T1的扩展时间T500少0.92s；T4的扩展时间T500比T2的扩展时间T500少1.98s。对于不同细集料的自密实混凝土，T4的扩展时间T500比T3的扩展时间T500少1.63s；T2的扩展时间T500比T1的扩展时间T500少0.57s。

通过表4可以看出，4组自密实混凝土拌合物的坍落扩展度SF均在550～750mm内，说明其填充性良好，在施工过程中能够在自重作用下顺利地流动并填满各个角落，避免出现空洞、蜂窝等缺陷，确保混凝土结构的密实性。其中，对于不同粗集料的混凝土，T3的坍落扩展度SF比T1高76.4mm；T4的坍落扩展度SF比T2高86.7mm。对于不同细集料的自密实混凝土，T4的坍落扩展度SF比T3高13.8mm；T2的坍落扩展度SF比T1高3.5mm。

综上可知，不同种类的粗集料对于自密实混凝土的填充性影响较大，不同种类的细集料对于自密实混凝土的填充性影响较小。其中，在粗集料选用上，800级页岩陶粒要优于石灰岩碎石，主要是由于页岩陶粒表面与内部均有一定孔洞，并且质轻，容易被水泥浆体裹覆，随着浆体一起流动。在细集料选用上，河砂要优于机制砂，主要是由于机制砂中的石粉吸水率较大，使浆体的流变性能降低，不利于浆体流动，从而影响自密实混凝土的填充性。

3.2间隙通过性试验结果分析

对4组自密实混凝土拌合物进行J环试验，试验结果如表5所示。

通过表5可以看出，4组自密实混凝土拌合物的坍落度差值均小于20mm，说明其间隙通过性良好。其中，对于不同粗集料的自密实混凝土，T3的坍落度差值比T1低4.5mm；T4的坍落度差值比T2低5.1mm。对于不同细集料的自密实混凝土，T4的坍落度差值比T3低5.3mm；T2的坍落度差值比T1低4.7mm。由此得知，对于自密实混凝土的间隙通过性而言，粗集料与细集料的影响程度相差不大。其中，在粗集料的选用上，800级页岩陶粒要优于石灰岩碎石，主要是由于页岩陶粒质轻、易于结合，遇到狭窄的孔隙更容易通过。在细集料选用上，河砂要优于机制砂，主要是由于河砂相对圆滑，而机制砂表面粗糙，从而影响自密实混凝土的间隙通过性。

3.3抗离析性试验结果分析

对4组自密实混凝土拌合物进行V漏斗试验，试验结果如表6所示。

通过表6可以看出，4组自密实混凝土拌合物的V漏斗用时均小于25s，说明其抗离析性良好。对于不同粗集料的自密实混凝土，T3的V漏斗用时比T1少7.03s；T4的V漏斗用时比T2少4.08s。对于不同细集料的自密实混凝土，T4的V漏斗用时比T3少1.64s；T2的V漏斗用时比T1少4.59s。由此可知，不同种类的粗集料对于自密实混凝土的抗离析性影响较大，不同种类的细集料对于自密实混凝土的抗离析性影响较小。其中，在粗集料的选择上，800级页岩陶粒要优于石灰岩碎石；在细集料的选择上，河砂要优于机制砂。产生此种现象的原因与上述自密实混凝土的填充性和间隙通过性的原因相同。

4结束语

本文选择4种不同的粗细骨料的自密实混凝土，通过开展坍落扩展度试验、J环试验、V漏斗试验等，研究骨料对自密实混凝土工作性能的影响，并得出以下结论：

（1）在4组不同骨料的自密实混凝土工作性能试验中，各组别均表现出良好的工作性能，填充性、间隙通过性、抗离析性都能够满足自密实混凝土的要求。

（2）对于自密实混凝土的工作性能而言，以800级页岩陶粒作为粗集料、天然河砂作为细集料的方案最佳。这主要是因为800级页岩陶粒具有多孔、质轻且易于结合等特性。相对于机制砂颗粒而言，天然河砂的体征更为圆滑，且不具备吸水性。

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