符 瓊

(營口海河水利監(jiān)理有限公司，遼寧 營口 115000)

在水利工程建筑溢流面的混凝土澆筑施工過程中，我國早在20世紀70年代就開始應用滑動模板施工技術(shù)，該技術(shù)和其他常規(guī)施工方法相比，具有施工速度快，機械化程度高等諸多優(yōu)勢[1]。同時，滑膜設施便于拆散和裝配，能夠?qū)崿F(xiàn)重復利用，可以充分體現(xiàn)混凝土綠色環(huán)保與安全文明施工。相關研究表明，在滑膜混凝土施工過程中，混凝土本身必須要有一定的可振動液化性能，在振動器的振搗作用下具有一定的可塑性和流動性[2]。只有如此，才能使混凝土材料在施工過程中能夠完全充滿模板內(nèi)部的空間，從而提高混凝土的整體密實度。在振動能量的作用下，混凝土內(nèi)部阻礙水泥、骨料以及氣泡等質(zhì)點發(fā)生相對運動的摩阻能力，在混凝土力學研究領域被稱為振動黏度系數(shù)[3]。因此，振動黏度系數(shù)研究在滑膜混凝土施工研究領域具有十分重要的作用和意義。顯然，混凝土的配合比是包括振動黏度系數(shù)在內(nèi)的混凝土各種性能的主要影響因素[4]。基于此，此次研究通過室內(nèi)試驗的方式，探討了分析混凝土配合比參數(shù)對振動黏度系數(shù)的影響，以便為工程設計和建設提供必要的支持和借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

水泥是混凝土制作過程中的主要膠凝材料，對混凝土的性能存在直接影響。此次研究選擇的是遼寧省大連小野田水泥有限公司生產(chǎn)的P·O42.5普通硅酸鹽水泥。對水泥材料進行取樣檢測，其各項指標均滿足相關施工規(guī)范的要求，可以用于此次試驗研究。

粉煤灰是水工混凝土制作過程中最重要的摻合料，可以有效改善混凝土的性能。此次試驗研究選擇的是遼寧省大連北海頭熱電廠生產(chǎn)的電廠一級粉煤灰。

試驗用粗骨料為粒徑5～25 mm的人工碎石，產(chǎn)于大連周邊的石灰石礦尾料。經(jīng)測定，其表觀密度為2.70 g/cm3，堆積密度為1.43 g/cm3，孔隙率為47.5%，級配良好。試驗用細骨料為表觀密度2.66 g/cm3的天然河沙，其細度模數(shù)為2.55，為中砂。

試驗用外加劑為上海華聯(lián)建筑材料有限公司出品的SN-Ⅱ高效減水劑，其推薦摻量為混凝土膠凝材料用量的1.2%，試驗用水為普通自來水。

1.2 試驗方法

試驗過程中以水工滑膜混凝土施工中常用的C30混凝土為例，結(jié)合相關施工規(guī)范設計出基礎配合比，在具體試驗過程中，根據(jù)不同影響因素的研究對配合比進行適當調(diào)整。按照試驗方案設計的配合比稱量好材料，然后，將粗骨料和細骨料倒入攪拌機攪拌30 s，再加入水泥和粉煤灰繼續(xù)攪拌60 s，最后加入水和減水劑攪拌120 s。

對制作完畢的水工滑膜混凝土進行振動黏度系數(shù)測試[5]。測試的理論依據(jù)為斯托克斯黏度定律。在試驗研究中對該定律的使用范圍進行必要拓展，將原來的落球式改為氣泡振動自動上浮式[6]。具體來看，在新拌制的混凝土中加入半徑為R的氣泡(試驗中利用乒乓球代替)，由于氣泡的密度明顯小于混凝土的密度，在混凝土振動作用下，氣泡(乒乓球)將穿過混凝土勻速上浮[7]。因此，其受到的浮力和混凝土的黏性阻力為平衡力，振動黏度系數(shù)的計算公式如式(1)：

(1)

式中：η為水工滑膜混凝土的振動黏度系數(shù)，N·s/m2；g為重力加速度，取10 m/s2；T為試驗中氣泡的上浮時間，s；R為氣泡的半徑，這里為乒乓球的半徑，取18.96 mm；ρc為混凝土的密度，kg/m3；ρb為乒乓球的密度，kg/m3；H為氣泡上浮的高度，m。

在試驗過程中，將容器底部預留放置振動棒的小孔，將連接乒乓球的細線通過小孔固定在容器底部，防止乒乓球位移。將制作好的混凝土倒入容器并抹平，將振動棒插入混凝土中振搗，并記錄好相應的時間和乒乓球位移數(shù)據(jù)，然后，根據(jù)上述公式計算獲取混凝土的振動黏度系數(shù)[8]。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 水泥用量

水泥是水工混凝土性能的關鍵性影響因素，為了研究不同水泥用量對水工混凝土振動黏度系數(shù)的影響，試驗中保持0.40的水膠比不變，設置單方混凝土水泥用量分別為215 kg、235 kg、255 kg、275 kg、295 kg、315 kg 6種不同的水泥用量水平，利用氣球法測定混凝土的振動黏度系數(shù)，結(jié)果如表1所示。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，繪制出振動黏度系數(shù)隨水泥用量的變化曲線，結(jié)果如圖1所示。由表1和圖1可以看出，在水膠比等其余參數(shù)保持不變的情況下，混凝土的振動黏度系數(shù)隨著水泥用量的增加而逐漸減小，并表現(xiàn)出比較顯著的線性變化特征。原因是增加水泥用量會造成混凝土中砂漿增加，從而加強了混凝土顆粒之間的潤滑作用。由此可見，在滑膜混凝土施工過程中，可以通過提高水泥用量的方式加速混凝土的振動液化狀態(tài)。當然，過量的水泥會顯著增加水化熱且不利于工程的經(jīng)濟性，因此，需要結(jié)合工程實際合理設計。

圖1 振動黏度系數(shù)隨水泥用量變化曲線

表1 不同水泥用量振動黏度系數(shù)試驗結(jié)果

2.2 粉煤灰摻量

為了研究粉煤灰摻量的影響，研究中保持水膠比為0.40，單方水泥用量為275 kg不變，設置10%、15%、20%、25%、30%和35%等6種不同的粉煤灰摻量進行試驗，利用氣球法測定混凝土的振動黏度系數(shù)，結(jié)果如表2所示。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，繪制出振動黏度系數(shù)隨粉煤灰摻量的變化曲線，結(jié)果如圖2所示。由表2和圖2可以看出，在其余參數(shù)不變的情況下，隨著混凝土中粉煤灰摻量的增加，其振動黏度系數(shù)呈現(xiàn)出先減小后趨于穩(wěn)定的變化趨勢，當粉煤灰的摻量超過25%之后，再增加粉煤灰的摻量，混凝土的振動黏度系數(shù)不再發(fā)生明顯的變化。究其原因，主要是粉煤灰中70%左右的顆粒為內(nèi)部致密、表面光滑的玻璃微珠，可以起到良好的潤滑作用，能夠有效分散混凝土聚集的水泥顆粒，從而減小混凝土內(nèi)部固體顆粒之間的摩擦力。但是，粉煤灰摻量增加到一定程度之后，所需的表層水量會迅速增大，因此，振動黏度系數(shù)不再繼續(xù)減小。從試驗結(jié)果來看，粉煤灰摻量的臨界值為25%。

圖2 振動黏度系數(shù)隨粉煤灰摻量變化曲線

表2 不同粉煤灰摻量振動黏度系數(shù)試驗結(jié)果

2.3 水膠比

為了研究水膠比對混凝土振動黏度系數(shù)的影響，試驗中保持其余參數(shù)不變，設置了0.36、0.38、0.40、0.42、0.44、0.46 6種不同的水膠比試驗方案，利用氣球法對不同水膠比混凝土的振動黏度系數(shù)，結(jié)果如表3所示。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)繪制出振動黏度系數(shù)隨水膠比的變化曲線，結(jié)果如圖3所示。由表3和圖3可以看出，混凝土的振動黏度系數(shù)隨著水膠比的增大而減小，且兩者之間存在比較顯著的線性關系。顯然，水膠比的增大意味著單位體積用水量的增大，在振搗過程中混凝土骨料之間的黏聚力以及嵌擠力明顯減小，因此，振動黏度系數(shù)也會減小。因此，在實際工程設計中可以通過調(diào)節(jié)水膠比達到最佳振動液化狀態(tài)。

圖3 振動黏度系數(shù)隨水膠比變化曲線

表3 不同水膠比振動黏度系數(shù)試驗結(jié)果

3 結(jié) 論

(1)混凝土的水泥用量、粉煤灰用量和水膠比對混凝土振動黏度系數(shù)存在較為明顯的影響。

(2)隨著水泥用量和水膠比的增大，振動黏度系數(shù)呈現(xiàn)出線性減小的變化特點。

(3)隨著粉煤灰摻量的增大，振動黏度系數(shù)呈現(xiàn)出現(xiàn)線性減小后趨于穩(wěn)定的變化特點。

(4)在具體的工程建設過程中，應該根據(jù)工程實際，選擇合適的配合比參數(shù)，使混凝土達到最佳的振動液化狀態(tài)。