高強自密實混凝土表面增強劑配制技術？

(1.中(zhōng)國建築科學研究院，北(běi)京100013;2.北(běi)京國金新能科技有限公司，北(běi)京100102;3.新疆生(shēng)産建設兵團建設工(gōng)程質量檢測中(zhōng)心，哈密839000)
摘要:通過内摻降粘增強劑解決了C80細石高強自密實混凝土抗壓強度低，自密實性能差的問題，配制出了28d立方體(tǐ)抗壓強度滿足設計要求，坍落擴展度大(dà)于700mm，T500<15s，倒置坍落度筒排空時間<15s的高強自密實細石混凝土，并探究了降粘增強劑及碎石最大(dà)粒徑對C80細石高強自密實混凝土自密實性能和抗壓強度的影響規律。
關鍵詞:降粘增強劑;細石混凝土;自密實性能;抗壓強度;配制技術研究
0 引言
自密實混凝土是指具有高流動度、不離(lí)析、均勻穩定、拌合物(wù)通過自重，不需要振搗即可密實的混凝土[1-2]。自密實混凝土是近幾十年出現的一(yī)種新型建築材料，最早出現于歐美、日本等國，因其優異的施工(gōng)性能和耐久性，以及其獨有的節能、環保、降噪的工(gōng)藝特點迅速風靡世界各大(dà)工(gōng)程領域[3]。
本項目相關混凝土構件爲同軸空心薄壁圓柱體(tǐ)結構，内壁與外(wài)壁之間充填C80自密實混凝土，受構件壁厚及鋼筋間距的限制，混凝土骨料粒徑不宜過大(dà)。設計文件要求，骨料最大(dà)粒徑不應超過9.5mm，混凝土28d抗壓強度需滿足C80等級混凝土抗壓強度要求，混凝土坍落擴展度≥700mm、倒置坍落度筒排空時間<15s，T500<15s。
目前高強自密實混凝土用最大(dà)骨料粒徑範圍主要爲16~26.5mm，最大(dà)粒徑爲9.5mm的細石混凝土多用于C45以下(xià)自密實混凝土，采用最大(dà)粒徑爲9.5mm的細石配制C80高強自密實混凝土尚屬國内首次，其技術難度巨大(dà)。如何采用細石配制出自密實性能滿足要求，同時抗壓強度滿足要求的高強自密實混凝土是本項目研究的技術難點。
1. 原材料
1)水泥:P.O52.5水泥，3天強度31MPa，28天強度55.8MPa;2)I級粉煤:燒失量3.2%，45μm篩篩餘5%，需水比93%，;3)礦粉:S95礦粉:7天活性指數78%，28天活性指數95%，流動度比97%;4))矽灰:高活性優質灰，SiO2含量爲93.0%;5)降粘增強劑:功能型礦物(wù)降粘增強劑CABR-J1，可降低混凝土拌合物(wù)塑性粘度，提高混凝土抗壓強度，其主要技術性能指标見表1;6)減水劑:聚羧酸系高性能減水劑KL-2，含固量30%，減水率33%;7)河砂:含泥量爲1.8%，細度模數3.0;8)碎石a:5~9.5mm連續級配石灰石，壓碎值爲16%，母岩強度118.5MPa;碎石b:5~16mm連續級配石灰石，壓碎值爲16%，母岩強度119MPa。

2. 混凝土的配制及其性能探讨
2.1試驗方法
1)混凝土擴展度、T500試驗方法參照《自密實混凝土設計與施工(gōng)指南(nán)》(CCES02)進行。
2)混凝土倒置坍落度筒排空時間試驗方法參照《高強混凝土應用技術規程》(JGJ/T281)進行。
3)抗壓強度試驗方法參照《普通混凝土力學性能試驗方法标準》(GB/T50081)進行。
2.2試驗配合比
混凝土試驗配合比見表2，分(fēn)别研究降粘增強劑摻量與碎石最大(dà)粒徑對高強自密實混凝土拌合物(wù)性能及抗壓強度的影響，其中(zhōng)膠凝材料總量680Kg/m3，砂率随水膠比的增加而增加，水膠比增加0.02，砂率相應增加0.02。

2.3.1降粘增強劑的影響
表3及圖1~圖8爲水膠比0.20、0.22及0.24時混凝土坍落擴展度、倒置坍落度筒排空時間、T500及28d抗壓強度試驗結果。

表3與圖3、圖4試驗結果表明:
1)水膠比0.22時，随着膠凝材料中(zhōng)降粘增強劑摻量的增加，減水劑用量明顯降低，同時混凝土坍落擴展度與混凝土28d抗壓強度大(dà)幅增加，倒置坍落度筒排空時間和T500顯著降低。S5與S6對比可知(zhī)，碎石最大(dà)粒徑9.5mm，降粘增強劑等質量取代10%粉煤灰，且減水劑用量降低了36%，坍落擴展度增加120mm，倒置坍落度筒排空時間降低53s，T500降低至41s，28d抗壓強度提高13.7MPa;S7與S8對比可知(zhī)，碎石最大(dà)粒徑16mm時，降粘增強劑摻量增加5%同時減水劑用量降低29%，坍落擴展度增加25mm，倒置坍落度筒排空時間降低4s，T500降低2s，28d抗壓強度提高4.2MPa。2)水膠比0.22，碎石最大(dà)粒徑9.5mm，降粘增強劑摻量10%時，混凝土各項性能均能滿足設計要求。

圖7爲降粘增強劑摻量10%時，不同水膠比混凝土拌合物(wù)坍落擴展度及T500的變化量，試驗結果表明水膠比越低，降粘增強劑對混凝土拌合物(wù)降粘作用越明顯。
圖8爲水膠比對降粘增強劑增強作用的影響規律，試驗結果表明，1)降粘增強劑摻量10%，水膠比0.22時混凝土抗壓強度增長最大(dà)，水膠比0.20時抗壓強度增長最小(xiǎo)。2)水膠比0.20，進一(yī)步提高降粘增強劑摻量至15%可大(dà)幅度提高混凝土強度。水膠比過低時，較低的降粘增強劑摻量對混凝土強度提升作用不明顯，需要增大(dà)降粘增強及摻量才能顯著提升混凝土強度。
降粘增強劑CABR-J需水量低，顆粒粒徑小(xiǎo)，其"減水-分(fēn)散作用"和微集料填充效應可減少膠凝材料絮凝結構和粉體(tǐ)空隙中(zhōng)積聚的自由水，從而提高混凝土拌合物(wù)體(tǐ)系的有效水膠比，提高混凝土拌合物(wù)的流動性，降低其塑性粘度。降粘增強劑的化學降粘作用改善了混凝土拌合物(wù)漿體(tǐ)的表面張力，也能進一(yī)步降低混凝土拌合物(wù)的塑性粘度。
降粘增強劑CABR-J的"減水作用"釋放(fàng)了絮凝水和空隙填充水，增加了膠凝材料水化用水，提高了混凝土化學結合水的數量，使低水膠比、超低水膠比混凝土有足夠的水分(fēn)參與水化反應，水化更充分(fēn)，從而保證了混凝土的強度。降粘增強劑的微集料填充效應對混凝土内空隙的細化、填充作用進一(yī)步提升了混凝土的強度。
2.3.2碎石最大(dà)粒徑的影響
圖9爲碎石最大(dà)粒徑與混凝土坍落擴展度和T500的關系，其中(zhōng)a)、b)分(fēn)别爲水膠比0.2，降粘增強劑摻量15%時以及水膠比0.22，降粘增強劑摻量10%時，碎石最大(dà)粒徑變化對混凝土坍落擴展度和T500試驗結果的影響。

表3及圖9試驗結果表明，随着碎石最大(dà)粒徑的增加，混凝土坍落擴展度增加，T500及倒置坍落度筒排空時間降低。S3與S4對比可知(zhī)，水膠比0.20，降粘增強劑摻量15%，碎石最大(dà)粒徑由10mm增加爲15mm時，混凝土坍落擴展度增加25mm，T500降低7s，倒置坍落度筒排空時間降低9s。S6與S7對比可知(zhī)，水膠比0.22，降粘增強劑摻量10%，碎石最大(dà)粒徑由10mm增加爲15mm時，混凝土坍落擴展度增加15mm，T500降低2s，倒置坍落度筒排空時間降低3s。
碎石粒徑的越大(dà)，比表面積越小(xiǎo)，"包裹"碎石所需漿體(tǐ)的數量越少，用以維持混凝土内骨料滑動的漿體(tǐ)數量相對增加，骨料間摩擦阻力降低。在漿體(tǐ)數量不變的情況下(xià)，碎石粒徑增加，可提高混凝土拌合物(wù)的流動性，降低混凝土粘度[4]。
圖10爲碎石最大(dà)粒徑與混凝土28d抗壓強度的關系，其中(zhōng)a)、b)分(fēn)别爲水膠比0.2，降粘增強劑摻量15%時以及水膠比0.22，降粘增強劑摻量10%時，碎石最大(dà)粒徑變化對混凝土28d抗壓強度試驗結果的影響。

表3及圖10試驗結果表明，随着碎石最大(dà)粒徑的增加，混凝土28d抗壓強度增大(dà)。S3與S4對比可知(zhī)，水膠比0.20，降粘增強劑摻量15%，碎石最大(dà)粒徑由9.5mm增加至15mm時，混凝土28d抗壓強度增加12.4MPa。S6與S7對比可知(zhī)，水膠比0.22，降粘增強劑摻量10%，碎石最大(dà)粒徑由9.5mm增加至16mm時，混凝土28d抗壓強度增加5.1MPa。
混凝土斷裂力學理論研究表明，粗骨料粒徑越大(dà)，斷裂韌度、斷裂能、臨界應力強度因子越大(dà)，粗骨料對裂縫的發展有阻礙作用越強，混凝土的延性和抗壓強度越高[5]。
3.小(xiǎo)結
1)通過摻入不少于10%的降粘增強劑，配制出了28d立方體(tǐ)抗壓強度滿足設計要求，坍落擴展度大(dà)于700mm，T500<15s，倒置坍落度筒排空時間<15s的高強自密實細石混凝土。
2)提高降粘增強劑摻量，可節省減水劑用量，同時提高混凝土坍落擴展度與28d抗壓強度，降低倒置坍落度筒排空時間和T500。
3)水膠比越低，降粘增強劑對混凝土拌合物(wù)降粘作用越明顯。水膠比過低時，較低的降粘增強劑摻量對混凝土強度提升作用不明顯，需要增大(dà)降粘增強劑摻量才能顯著提升混凝土強度。
4)碎石最大(dà)粒徑由9.5mm增加至16mm，可進一(yī)步提高混凝土的坍落擴展度及28d抗壓強度，降低混凝土的倒置坍落度筒排空時間與T500。采用最大(dà)粒徑爲10mm的碎石配制高強自密實混凝土的難度更大(dà)。
參考文獻
[1] OKAMURA Hajime,OUCHI Masahiro. Self-compacting concrete: development, present use and future[A]. In: SKARENDAHL A, PETERSSON O eds. Proceedings of 1st International RILEMSymposium on Self-Compacting Concrete [C]. Paris: RILEM Publication SARL,1999.3–14.
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