林明新,任鳳鳴,彭健鋒,陳沛棋,王 慶,熊子豪
(1、大建建筑集團(tuán)有限公司 廣州 511430;2、廣州大學(xué)土木工程學(xué)院 廣州 510006)
自密實(shí)混凝土(Self-Compacting Concrete,簡(jiǎn)稱SCC)是一種具有良好流動(dòng)性和抗偏析性能好的高性能混凝土,它在澆筑過程中可以流過并填充模具每一處鋼筋之間的間隙和角落[1-2]。自密實(shí)混凝土于1986年在日本首次開發(fā)出來,憑借其良好的性能可以大大提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的可靠性和耐久性[3]。與傳統(tǒng)混凝土相比,自密實(shí)混凝土能縮短工期,降低結(jié)構(gòu)壽命周期成本,同時(shí)摻加粉煤灰等工業(yè)廢料后能降低生產(chǎn)過程中二氧化碳的排放從而帶來社會(huì)效益[4]。粉煤灰作為自密實(shí)混凝土中常用的輔助性膠凝材料之一[5],粒徑要小于水泥且呈球形顆粒,不僅有利于提高混凝土的流動(dòng)性,還能起到填充作用從而降低混凝土中的孔隙率[6],提高新拌混凝土的穩(wěn)定性[7]。為探究粉煤灰摻量對(duì)自密實(shí)混凝土間隙通過性的影響作用,本研究通過采用10%到40%粉煤灰等體積替代水泥,系統(tǒng)地測(cè)試粉煤灰摻量對(duì)自密實(shí)混凝土間隙通過性的影響。
本研究水泥為42.5R型普通硅酸鹽水泥,表觀密度為3.10 g/cm3,比表面積為1 295.9 m2/kg。粉煤灰為I級(jí)粉煤灰,表觀密度2.42 g/cm3,比表面積為1 534.0 m2/kg,主要晶相為石英(SiO2)和莫來石(Al6Si2O13)。水泥與粉煤灰的氧化物分析結(jié)果如表1所示,粒徑分布曲線如圖1所示。粗骨料為破碎花崗巖,最大粒徑為26.5 mm,表觀密度為2.73 g/cm3。砂為天然河砂,表觀密度為2.61 g/cm3,細(xì)度模數(shù)2.2。外加劑采用減水率為28%的聚羧酸系高效減水劑。
表1 原材料氧化物分析(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))Tab.1 Chemical Compositions of Cementitious Materials(wt.%)
圖1 水泥與粉煤灰的粒徑分布曲線Fig.1 Particle Size Distributions of Cement and Fly Ash
為研究不同粉煤灰摻量對(duì)SCC 間隙通過性的影響,將試驗(yàn)分為5 組,粉煤灰體積替代率分別為0,10%,20%,30%和40%,參照《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程:JGJ/T 283—2012》[8]進(jìn)行自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì),具體如表2所示。根據(jù)規(guī)范EN 12350[9],開展了J 型環(huán)試驗(yàn)和L 型流動(dòng)度試驗(yàn)來評(píng)價(jià)自密實(shí)混凝土的間隙通過性。
表2 試驗(yàn)所用配合比Tab.2 Mix Proportions (kg/m3)
試驗(yàn)過程中首先將擴(kuò)展度板找平,清洗并潤(rùn)濕擴(kuò)展度板和坍落度桶,坍落度桶放置于擴(kuò)展度板中央位置并保持位置,確保混凝土不會(huì)從坍落度桶下方泄漏。將J形環(huán)放在擴(kuò)展度板上,集中圍繞著坍落度桶。按住坍落度桶,在30 s 內(nèi)填滿坍落度桶,不進(jìn)行任何人工振搗或機(jī)械壓實(shí),并清除坍落度桶頂部多余部分混凝土。在此期間,清除底板上溢出的混凝土,確保底板全部潮濕,但沒有任何多余的水。在不影響混凝土流動(dòng)的情況下,1~3 s 內(nèi)一次性垂直提起坍落度桶,待混凝土流動(dòng)穩(wěn)定后,測(cè)量混凝土拌合物的最大直徑d1和垂直于d1的直徑并記錄為d2。把直尺放在J 型環(huán)的頂端,在中心位置和J 型環(huán)外的4 個(gè)位置測(cè)量直尺下邊與混凝土表面之間的相對(duì)高度差,在x方向測(cè)量?jī)蓚€(gè)量度單位,在y方向測(cè)量?jī)蓚€(gè)量度單位(垂直于x),分別表示為h0,hx1,hx2,hy1,hy2,如圖2?所示。
圖2 J型環(huán)試驗(yàn)裝置示意圖Fig.2 Schematic Diagram of J-Ring Test Device (mm)
L 型流動(dòng)度試驗(yàn)裝置如圖3 所示。試驗(yàn)前應(yīng)在水平基礎(chǔ)上放置L 型儀,并使用水平儀檢查水平度。潤(rùn)濕L 型儀所有內(nèi)表面,但不要沾染過多的水分,關(guān)閉垂直部分和水平部分之間的閘門。將混凝土從容器內(nèi)倒入L 型儀的儲(chǔ)箱中,無須進(jìn)行任何人工振搗或機(jī)械壓實(shí),然后刮去L 型儀頂部多余混凝土,使混凝土與L 型儀垂直部分的頂部平齊。以平滑、連續(xù)的動(dòng)作完全打開滑動(dòng)閘門,讓混凝土流入水平部分。當(dāng)流動(dòng)停止后,測(cè)量混凝土△H1(1#、2#、3#、4#)的4 個(gè)高度和△H2(1#、2#、3#)的3個(gè)高度?;炷?土H1的平均高度是L 型儀垂直部分的高度與△H1的4 個(gè)高度的平均值之間的高度差。混凝土H2的平均高度是L 型儀水平部分的高度與△H2的3個(gè)高度的平均值之間的高度差。
圖3 L型流動(dòng)度試驗(yàn)裝置示意圖Fig.3 Schematic Diagram of L-Box Test Device (mm)
不同粉煤灰摻量自密實(shí)混凝土的J型環(huán)間隙通過性結(jié)果如表3所示。
表3 J型環(huán)試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Results of J-Ring Tests (mm)
基于上述數(shù)據(jù),可以計(jì)算出評(píng)價(jià)自密實(shí)混凝土的J型環(huán)間隙通過性指標(biāo)PJ,具體計(jì)算如式⑴所示:
其中,△Hx1、△Hx2、△Hy1和△Hy2分別是x、y方向上混凝土頂部到J 型環(huán)外頂部的4 個(gè)高度差(mm);△H0是中心位置混凝土頂部到J型環(huán)內(nèi)頂部的高度差(mm)。PJ 的物理意義是J 型環(huán)內(nèi)外障礙高度差。PJ 的數(shù)值越小,代表J型環(huán)內(nèi)外新拌混凝土的高度越接近,新拌混凝土的間隙通過性越好,反之則越差。不同組別的J 型環(huán)間隙通過性如圖4 所示,可以看出,隨著粉煤灰摻量的增加,自密實(shí)混凝土的J 型環(huán)間隙通過性呈先降低后增加的趨勢(shì)發(fā)展。當(dāng)粉煤灰摻量達(dá)到30%以上時(shí),自密實(shí)混凝土的J型環(huán)間隙通過性優(yōu)于對(duì)照組。這說明粉煤灰超過一定含量會(huì)改善自密實(shí)混凝土的間隙通過性能[10]。
圖4 J型環(huán)試驗(yàn)結(jié)果Fig.4 Result of J-Ring Tests
不同粉煤灰摻量自密實(shí)混凝土的L 型儀間隙通過性結(jié)果如表4所示。
表4 L型儀試驗(yàn)結(jié)果Tab.4 Results of L-Box Tests (mm)
同樣地,自密實(shí)混凝土的L型儀間隙通過性PL可以通過式⑵計(jì)算出來:
L型儀通過率(PL)=△Y/△X⑵
其中,△Y為L(zhǎng)型儀垂直部分(Y方向)的混凝土的平均深度(mm);△X為L(zhǎng) 型儀水平段末端(X方向)混凝土的平均深度(mm)。PL 表示L 型儀混凝土通過率,PL的數(shù)值越大,表示新拌混凝土穿越鋼筋的能力越好,反之則越差。不同組別的間L 型儀間隙通過性如圖5所示,可以看出,隨著粉煤灰摻量的增加,自密實(shí)混凝土的L 型儀間隙通過性呈先增加后降低的趨勢(shì)發(fā)展。總的來說,摻入粉煤灰后,自密實(shí)混凝土的間隙通過性都有所改善。這是因?yàn)榉勖夯业那蛐晤w粒形狀,減少了顆粒之間以及漿體與鋼筋之間的摩擦力[11],有效改善自密實(shí)混凝土的間隙通過性[12]。當(dāng)粉煤灰摻量達(dá)到20%時(shí),自密實(shí)混凝土的L 型儀間隙通過性達(dá)到最佳。
圖5 L型流動(dòng)度試驗(yàn)結(jié)果Fig.5 Result of L-Box Tests
本研究采用粉煤灰等體積替代自密實(shí)混凝土中的水泥,開展了一系列自密實(shí)混凝土工作性能的試驗(yàn),通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果分析得知:
⑴粉煤灰具有形態(tài)效應(yīng),能改變新拌混凝土的需水量和流變性質(zhì),使混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)降低粘度。當(dāng)粉煤灰摻量超過20%時(shí),能顯著改善自密實(shí)混凝土的間隙通過性能。
⑵粉煤灰的顆粒形狀為球形,能起到滾珠效應(yīng),減少顆粒間的摩擦力,有效改善自密實(shí)混凝土的間隙通過性。