姚毓佳

(黑龍江寶清縣新盛元建筑有限責(zé)任公司,黑龍江 寶清 155600)

0 引 言

上世紀(jì)80年代初,日本國(guó)內(nèi)一些混凝土專家想要培養(yǎng)出能夠配置耐久性高的混凝土的專業(yè)技術(shù)人員,于是提出了自密實(shí)混凝土這一概念。經(jīng)過(guò)不斷研究試驗(yàn)直到80 年代中期,團(tuán)隊(duì)成員首次用普通的混凝土材料配制出了高耐久性的混凝土,稱其為自密實(shí)混凝土。自此之后世界上越來(lái)越多的國(guó)家發(fā)現(xiàn)自密實(shí)混凝土的優(yōu)點(diǎn),也陸續(xù)開(kāi)始研制自密實(shí)混凝土并將其應(yīng)用到各個(gè)建筑領(lǐng)域。進(jìn)入20世紀(jì)90 年代,我國(guó)的科研院校和建筑企業(yè)也著手研究自密實(shí)混凝土,這一研究主要適應(yīng)建筑領(lǐng)域的超高層,和大跨徑的梁體的發(fā)展。

一些超級(jí)工程通常結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜和配筋多且密,自重大,使用普通混凝土往往因振搗困難或振搗不密實(shí)而很難達(dá)到要求的耐久性難以保證工程質(zhì)量;另外,綠色環(huán)保的施工也越來(lái)越重視,傳統(tǒng)的振搗方式即難達(dá)到耐久性的要求,振搗引起的噪聲也不符合環(huán)保要求,這成為需要解決的關(guān)鍵性問(wèn)題,因此研究并應(yīng)用自密實(shí)混凝土成了建筑行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。至90年代以來(lái),國(guó)內(nèi)自密實(shí)混凝土的研究領(lǐng)域涉及房屋建筑工程、水利工程、橋梁工程等,應(yīng)用廣泛。而在建筑結(jié)構(gòu)方面,一些配筋密集、薄壁和體型復(fù)雜等振搗困難的工程一直致力于自密實(shí)混凝土的應(yīng)用研究,尤其是鋼管混凝土中應(yīng)用甚多。

1 自密實(shí)混凝土的工作機(jī)理

如何具有良好的工作性能,混凝土拌和物的制備是關(guān)鍵。工作機(jī)理是自密實(shí)混凝土的主要性能,工作機(jī)理的影響因數(shù)有流動(dòng)性性能、密實(shí)度、抗離析性能。自密實(shí)抗凍融混凝土,其具有和易性好,不易泌水、離析,且抗凍融性能強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。自密實(shí)混凝土的這些諸多優(yōu)點(diǎn)、良好的工作機(jī)理才能在施工中廣泛使用。

1.1 流動(dòng)性機(jī)理

混凝土一般用坍落度來(lái)判定其流動(dòng)性,流動(dòng)性可以從原來(lái)料的選取,配合比,水膠比,外加劑等來(lái)確定。

高效減水劑可以提高混凝土的流動(dòng)能力。一旦加入高效減水劑,減水劑中作為界面活性劑的分子形成雙電位層,吸附在水泥粒子的表面,這些雙電位層產(chǎn)生會(huì)斥力,使水泥顆粒之間互相排斥,會(huì)斥力防止水泥顆粒之間的凝聚。

減水劑分子和水分子可以結(jié)合形成溶劑化膜層,促使水泥顆粒的滑動(dòng)能力活躍。在減水劑降低表面張力的作用下,水分子向水泥顆粒移動(dòng),水分子潤(rùn)濕水泥顆粒。這使得具有相同坍落度的情況下,減水劑的加入在較少拌合用水量的情況下,增加混凝土的流動(dòng)性。

合適的原材料、配合比使得自密實(shí)混凝土在拌制過(guò)程中,調(diào)整其屈服應(yīng)力值和粘度形成相對(duì)平衡,這樣混凝土就能夠具有良好的流動(dòng)性,既能到達(dá)符合要求的坍落度,又能夠獲得較好的勻質(zhì)性,這樣就可以提高耐久性。所以自密實(shí)混凝土對(duì)原材料要求比普通混凝土要高。

1.2 自密實(shí)機(jī)理

自身重力的作用下流平且密實(shí),自密實(shí)混凝土之所以能夠做到這一點(diǎn),主要是因?yàn)槟z結(jié)料漿體具有塑性粘度。漿體可以減少集料之間接觸應(yīng)力,漿體包裹集料,防止其堆集在一起,減少了離析現(xiàn)象。

在拌和混凝土的過(guò)程中,混凝土內(nèi)部會(huì)存有一部分氣體,這些氣體分散在混凝土內(nèi)部,形成大小不一的氣泡,而在澆筑過(guò)程中,相鄰的氣泡會(huì)不可避免有聚集在一起的趨勢(shì),一旦氣泡聚合在一起后,氣體體積變大所受到浮力會(huì)加大,氣泡會(huì)慢慢的浮出表面使混凝土內(nèi)部更密實(shí)。高效減水劑的加入使得自密實(shí)混凝土的表面張力降低,促使氣泡更容易聚合在一起加速上浮,提高混凝土的密實(shí)性能。

低水膠比使得摻合料細(xì)顆粒能充滿粗顆粒之間的空隙,起到物理填充作用。這樣能夠得到更大的密實(shí)度從而使得的空隙率最小,從而有效提高自密實(shí)混凝土的密實(shí)度和粘聚性。

2 自密實(shí)抗凍融混凝土的制作

2.1 自密實(shí)抗凍融混凝土的原材料

自密實(shí)抗凍融混凝土由水泥、外加劑、礦物摻合料、細(xì)骨料、粗骨料、粉煤灰、水、減水劑、粘合劑、木質(zhì)素纖維等材料組成(重量份見(jiàn)表1)。其中粗骨料包括粒徑為5mm-10mm 和粒徑為10mm-20mm 的兩種碎石,細(xì)骨料為中砂,外加劑為防凍劑、引氣劑和膨脹劑;礦物摻合料包括石粉、磨細(xì)礦渣和硅灰;減水劑為脂肪族羥基磺酸鹽高效減水劑和萘系減水劑。

表1 密實(shí)抗凍融混凝土原材料重量份

橡膠粉的粒徑為0.25mm-0.35mm,表觀密度為1300kg/m3- 1400kg/m3,堆積密度為650kg/m3-680kg/m3。引氣劑為十二烷基硫酸鈉、三萜皂甙、脂肪醇聚氧乙烯磺酸鈉中的一種或幾種的混合物。膨脹劑為氧化鎂、硫酸鈣、氧化鈣、硫鋁酸鈣中的一種或兩種的混合物。粘合劑為SBS改性瀝青、不飽和聚酯樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂如表2。

表2 防凍劑所含物質(zhì)及重量份

2.2 制備自密實(shí)抗凍融混凝土步驟

2.2.1 防凍劑的制備步驟

(1)將水、聚乙烯醇、甲酸鈉、硫氰化鉀、硫代硫酸鈉依次加入反應(yīng)釜中,將反應(yīng)器的溫度控制為95-100℃,攪拌60-80min;

(2)再把溫度降至60-65℃,依次加入乙二醇、醋酸鉀和硝酸鈉,攪拌100-120min;

(3)最后加入依次加入橡膠粉、鋼纖維和水鎂石纖維,攪拌40-60min。

2.2.2 操作過(guò)程

首先對(duì)甲酸鈉、硫氰化鉀和聚乙烯醇進(jìn)行溶解,在加入乙二醇、醋酸鉀和硝酸鈉進(jìn)行混合,最后加入橡膠粉、鋼纖維和水鎂石纖維,使得防凍劑混合均勻,性能較佳。制備第一混合物:將相應(yīng)重量份數(shù)的水泥、礦物摻合料、粉煤灰、粗骨料和細(xì)骨料混合均勻,得到第一混合物;

制備第二混合物:將外加劑、減水劑、木質(zhì)素纖維和粘合劑加入到水中,攪拌均勻,形成第二混合物;

制備成品:邊攪拌邊將第二混合物加入到第一混合物中,混合均勻,制得自密實(shí)抗凍融混凝土。

通過(guò)采用上述技術(shù)方案,首先將水泥、礦物摻合料、粉煤灰、粗骨料和細(xì)骨料進(jìn)行干拌,便于拌合均勻,在將外加劑和減水劑、木質(zhì)素纖維加入水中,進(jìn)行溶解,減水劑也便于分散纖維素和水鎂石纖維,使得纖維素和水鎂石纖維在混凝土中具有良好的穩(wěn)定性和界面粘接性,從而提高混凝土的強(qiáng)度和韌性,最后將第一混合物和第二混合物進(jìn)行混合,制得自密實(shí)抗凍融混凝土。

按表3中制備四種試件的配比。

表3 四種試件的配比

四種試件的組成性質(zhì)及配比如表4。

表4 四種試件的組成性質(zhì)及配比

3 自密實(shí)抗凍融混凝土的試驗(yàn)檢測(cè)

3.1 自密實(shí)抗凍融混凝土的性能檢測(cè)

按照上述方法制備自密實(shí)抗凍融混凝土漿體,將混凝土漿體倒入相同規(guī)模的成型模具中,將成型模具放置在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下靜置養(yǎng)護(hù)24h,然后拆模,將混凝土塊移動(dòng)至標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室,置于室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下養(yǎng)護(hù)28d或者56d,按照GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)試常溫(20℃)下相應(yīng)的混凝土的性能:坍落度和擴(kuò)展度、豎向膨脹率、含氣量、勻質(zhì)系數(shù)、泌水率、56d抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、56d抗折強(qiáng)度試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 自密實(shí)混凝土性能檢測(cè)

從表可以看出自密實(shí)混凝土試件的漿體,具有較高的坍落度和擴(kuò)展度,且四個(gè)試件的擴(kuò)展度均大于700mm 以上,且勻質(zhì)性較好,含氣量高,豎向膨脹率低,且泌水率小,說(shuō)明試驗(yàn)制備的自密實(shí)抗凍融混凝土具有不離析泌水的優(yōu)點(diǎn)。說(shuō)明防凍劑、引氣劑和膨脹劑的質(zhì)量比為合理時(shí),能夠使混凝土的和易性和勻質(zhì)性較好,提高混凝土抗離析泌水效果。

3.2 自密實(shí)抗凍融混凝土的抗凍融性能檢測(cè)

自密實(shí)抗凍融混凝土的抗凍融性能測(cè)試:按照實(shí)施例1-6和對(duì)比例1-6中的方法制備自密實(shí)抗凍融混凝土,將混凝土漿體倒入相同規(guī)模的成型模具中,將成型模具放置在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下靜置養(yǎng)護(hù)24h,然后拆模,將混凝土塊移動(dòng)至標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室,置于室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下養(yǎng)護(hù)56d,將混凝土塊按照ASTM/C《混凝土快速凍融能力的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》測(cè)試混凝土的抗凍融能力,按照FB50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》測(cè)試混凝土的冰凍疲勞,測(cè)試結(jié)果如表6所示。

表6 自密實(shí)抗凍融混凝土的抗凍融性能檢測(cè)

由表6中數(shù)據(jù)可以看出,按照上述方法制備的自密實(shí)抗凍融混凝土具有良好的抗凍性能,在300次凍融循環(huán)后,抗壓強(qiáng)度、動(dòng)彈模量和質(zhì)量損失率均較小,10萬(wàn)次冰凍疲勞下的抗折強(qiáng)度損失率也較小,說(shuō)明按照上述方法制備的自密實(shí)抗凍融混凝土具有良好的抗凍融效果.

4 結(jié) 語(yǔ)

自密實(shí)混凝土不僅有良好的耐久性,還有較高流動(dòng)性和自填充性能,在截面復(fù)雜的工程結(jié)構(gòu)中采用自密實(shí)混凝土,能夠保證復(fù)雜結(jié)構(gòu)填充密實(shí)、不會(huì)產(chǎn)生離析和泌水的現(xiàn)象,可以獲得很好的均質(zhì)性。自密實(shí)混凝土的抗凍性是一項(xiàng)薄弱環(huán)節(jié),通過(guò)對(duì)原材料、配合比、外加劑的選取,配置的試件抗凍性能、工作性能都能符合要求。