消泡剂引气剂对聚羧酸系减水剂混凝土的影响

【摘要】 针对高强钢纤维混凝土流动性差,不易用于现场浇筑的缺点,从搅拌方法、骨料粒径以及砂率三方面进行试验研究;结果表明,采用钢纤维分两次加入并适当延长搅拌时间有利于其流动性及强度的保证;随着骨料粒径的降低,钢纤维混凝土强度有所降低,但流动性得到较大幅度的提高,明显减弱了骨料与钢纤维形成的"棚架"效应,表现出更好的延性;随着砂率的提高,高强钢纤维混凝土流动性有较大的提高,但强度、延性均有所下降;对于高砂率、高流动性的钢纤维混凝土拌合物成型时需适当减少振动时间。 

 

引言

在工程结构中采用高强材料,既可满足现代工程结构向高层和大跨度发展的需求,减小结构构件截面尺寸,节约材料用量;也可提高混凝土结构的耐久性,延长结构使用年限,具有良好的经济和社会效益。但混凝土的抗压强度提高后,其抗拉、抗剪强度相对较低,延性降低,因而降低了高强混凝土结构的抗震性能。

将钢纤维掺入高强混凝土,从而形成高强钢纤维混凝土,其强度和延性都有较大幅度的提高,然而在高强混凝土中加入钢纤维后,混凝土流动性有大幅度的降低,严重影响其在实际施工中的推广应用,对于用水量和水灰比相同的钢纤维混凝土拌和物,其坍落度仅相当于基体混凝土拌和物坍落度的1/3~2/3[1-2]。廖文正[3]在其高流动性钢纤维混凝土配合比设计中采用高砂率、高胶凝材料使其达到相当好的流动性,并且材料表现出应变硬化的特性;李长永等[2]通过一系列实验得出对于剪切型钢纤维增强混凝土同样存在最佳砂率,并且给出了建议砂率取法;Lionel[4]将骨料粒径对于骨料咬合、钢纤维分布及加入钢纤维后抗弯性能进行了分析,并最终采用10mm的粗骨料粒径制备高流动性钢纤维混凝土;赵顺波[5]通过对采用不同粗骨料粒径时钢纤维混凝土的抗压强度、抗拉强度、弯曲强度比较,得出采用较小石子粒径时,其力学性能指标均有所提高。已有研究成果表明,适当提高砂率、适当选取粗骨料粒径,可以提高钢纤维混凝土的流动性。本研究通过对高强钢纤维混凝土的砂率、骨料粒径及搅拌方法等因素进行分析、试验,并提出抗压、抗弯强度具有一定保证率的高流动性高强钢纤维混凝土制备方法。


 

1原材料及试验方法

1.1试验原材料

水泥:选用宝鸡礼泉海螺水泥厂生产的P·O 42.5普通硅酸盐水泥,3d、28d抗压强度分别为32.5MPa、56.4MPa。

掺合料:硅粉采用埃肯国际贸易(上海)有限公司生产的微硅粉920U,活性SiO2含量≥87.23%,烧失量≤3.63%;粉煤灰选用韩城大唐盛龙科技有限公司提供的Ⅰ级粉煤灰,矿粉采用西安德龙粉体工程材料有限公司生产的S95矿粉,性能列于表1;


 

表1矿粉成分及性能

指标

活性指数/%

流动度比/%

密度/(g/cm3)

比表面积/(m2/kg)

含水量/%

氧化镁含量/%

三氧化硫/%

烧失量/%

氯离子/%

参数

7d,≥80

≥95

>2.8

>440

≤1.0

≤12.0

≤2.0

≤1.0

≤0.06


 

粗骨料:采用蓝田石灰石矿生产的5~10mm、5~16mm、5~20mm粒径的石灰岩碎石,级配连续。

细骨料:西安当地的中粗河砂,最大粒径5mm,细度模数2.83。

外加剂:西卡公司生产的聚羧酸系高效减水剂。减水剂掺量均按胶凝材料用量的固定比例加入。

钢纤维:试验中用到两种长径比不同的钢纤维ZP305、OL13/.20。所有纤维均为比利时Bekaert公司生产的Dramix钢纤维,钢纤维的物理及力学性能指标见表2,钢纤维形貌见图1.


 

表2钢纤维的物理与力学性能

纤维种类

纤维长度

纤维直径

纤维长径比

弹性模量

极限抗拉强度

表面性状

ZP305

30mm

0.55mm

55

210GPa

1345MPa

带弯钩

OL13/.20

13mm

0.2mm

65

190~210GPa

2000MPa

平直,镀铜


 

1.2配合比设计

高流动性高强钢纤维混凝土的配制采用“硅酸盐水泥+塑化剂+活性超细矿物掺合料+钢纤维”这一技术路线,引入大掺量的矿物细集料,来填充混凝土微小孔隙,并有利于抵抗钢纤维的拔出,提高高强钢纤维混凝土的延性。本研究中采用的矿物掺合料包括硅灰、粉煤灰、矿粉,以占有胶凝材料的固定比例掺入。已有研究表明粉煤灰的高掺量替代水泥可以改善混凝土的流动性并有利于其发挥“形态效应”“活性效应”“微集料效应”三重效应,粉煤灰配合适量硅粉、矿粉的掺入则能在保证钢纤维与混凝土基体有相当粘结力的同时拥有较好的延性[6-7]。经前期试配,本次试验中采用综合效果较好的ZP305、OL13/.20混合来进行一系列研究。试验中对砂率变化时,根据细骨料与胶凝材料总量基本成正比,将胶凝材料总量做了相应的调整,以保证混凝土基体的密实性。钢纤维的掺入必然会降低混凝土基体的流动性,影响增加高效减水剂的用量。

本试验采用表观密度法进行配合比设计,混凝土的设计表观密度为2400kg/m3,为保证大掺量矿物下的强度,尽量取较小水胶比,根据胶凝材料总量不超过650kg/m3的原则确定单位用水量,通过试配,最终确定高强钢纤维混凝土的配合比如下表3所列。


 

Image 1.jpg

3结论

1)在相同配合比及较大钢纤维掺量下,粉末状集料的一次性加入,先期加入少量水再进行钢纤维干拌,钢纤维分批两阶段掺入有利于钢纤维混凝土达到较高的流动性;

2)粗骨料粒径对于钢纤维混凝土的坍落度影响规律并不是单调变化的统一规律,而取决于钢纤维的种类及掺入方案。对于本次试验中长短两种纤维组合时,随着粗骨料粒径的减小,拌合物的流动性明显增大;相同钢纤维掺量下,随着粗骨料粒径的减小,高强钢纤维混凝土的抗压强度并无明显下降,同时其抗折强度有所提高,延性显著增大,表现为随着石子粒径的减小,试件弯曲荷载-挠度曲线趋于饱满; 

3)相同钢纤维掺量下,随着砂率的增加,拌合物流动性增大,但同时钢纤维混凝土抗压、抗折强度表现出明显下降,延性并未得到提高。

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