零坍落度混凝土工作性能評價(jià)研究

熊澤佳

（廣東交科檢測有限公司，廣東 廣州 510550）

0 引言

工程實(shí)踐表明，具有良好工作性的混凝土不僅易于施工，且在后期使用過程中，抗水侵蝕、抗酸堿腐蝕等耐久性能也較普通水泥混凝土更好。因此，國內(nèi)外很多學(xué)者通過材料改進(jìn)及施工工藝創(chuàng)新等方法，提高混凝土的工作性。當(dāng)前，國內(nèi)多采用低坍落度大型滑模攤鋪施工工藝。為適應(yīng)滑模施工工藝，傅智[1]提出了新拌混凝土振動(dòng)黏度系數(shù)這一動(dòng)態(tài)指標(biāo)，但仍不能完全解決麻面和塌邊的問題。

滑模攤鋪施工是指在不裝固定模的條件下，滑模攤鋪機(jī)自動(dòng)振搗密實(shí)、自動(dòng)抹面找平，使混凝土一體成型，大大提高混凝土的施工速度和施工質(zhì)量。為達(dá)到上述效果，要求混凝土具有良好的黏聚性和流動(dòng)性，否則難以振搗密實(shí)，會(huì)影響混凝土的使用性能[2]。

大型滑模攤鋪施工對混凝土本身的性能要求比較高，為適應(yīng)混凝土路面滑模攤鋪施工，研制出了零坍落度混凝土。所謂零坍落度，是指配制出來的混凝土坍落度指標(biāo)為0，由于在混凝土外加劑中添加引氣劑成分，在特定振搗頻率下，引氣劑會(huì)變成微米級小氣泡，提高混凝土的整體流動(dòng)性，使混凝土具備較好的工作性能。基于此，文章結(jié)合相關(guān)試驗(yàn)，對零坍落度混凝土工作性能評價(jià)進(jìn)行研究。

1 試驗(yàn)原材料質(zhì)量要求

試驗(yàn)選用海螺牌P·O 42.5 水泥，4.75～26.5mm碎石，西江中砂。相關(guān)指標(biāo)如表1、表2、表3 所示。外加劑采用萘系高效復(fù)合減水劑。

表1 水泥物理性能檢測結(jié)果

表2 粗集料檢測結(jié)果

表3 砂的檢測結(jié)果

2 檢測方法

2.1 出漿量檢測

混凝土液化指的是混凝在外來力的作用下，孔隙內(nèi)部的水壓力逐漸增大，當(dāng)壓力超過漿體自身的黏結(jié)力時(shí)，混凝土整體會(huì)由塑性體變?yōu)橐夯鲃?dòng)狀態(tài)。此次檢測采用《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（JTG 3420—2020）中《水泥混凝土拌合物振動(dòng)出漿量及松鋪系數(shù)試驗(yàn)方法》（T 0535—2020）條款進(jìn)行測試，主要設(shè)備為振動(dòng)出漿儀、維勃稠度儀容量筒。

檢測原理是在裝有16kg 混凝土的出漿量筒中，向混凝土表面施加11.45kg 的壓力，并在工作頻率為50Hz±3Hz，空載（含筒）振幅為0.5mm±0.1mm 的振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)20s，然后測量振動(dòng)前后出漿量筒中混凝土的質(zhì)量差值，作為評價(jià)混凝土在振動(dòng)條件下液化情況的依據(jù)。具體步驟如下：

首先，均勻稱取16kg 新拌和混凝土m0，將其分兩次裝入出漿量筒內(nèi)，并在每層均勻插搗25 下，用橡皮錘輕輕沿出漿量筒外壁敲打5～10 次，使混凝土處于密實(shí)狀態(tài)；其次，將裝有混凝土的出漿量筒放在振動(dòng)臺(tái)上并固定，在混凝土表面施加規(guī)定的配重；最后，啟動(dòng)振動(dòng)臺(tái)，振動(dòng)20s 后，用抹布擦干凈出漿量筒外壁流出的漿體，稱量剩余混凝土的重量m1，則出漿量值Mv=m0-m1，根據(jù)Mv 值大小確定混凝土的工作性能。

2.2 混凝土振動(dòng)擴(kuò)展度檢測

振動(dòng)擴(kuò)展度既能充分反映混凝土在振動(dòng)作用下的液化情況，也能反映出混凝土的可流動(dòng)性和黏聚性，是一種綜合評價(jià)混凝土工作性能的重要參數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，混凝土在振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)時(shí)間為20s 時(shí)是混凝土振動(dòng)液化的“敏感期”，故此次試驗(yàn)選擇振動(dòng)時(shí)間為20s，以該方法測得的擴(kuò)展度值作為評價(jià)混凝土振動(dòng)液化性能的依據(jù)。試驗(yàn)步驟如下：

第一，將新拌混凝土分三次裝入圓柱形試模中，每層插搗25 下，使混凝土處于密實(shí)狀態(tài)。

第二，稱量試模中混凝土的重量，根據(jù)試模的體積和混凝土的重量計(jì)算容重。

第三，將試樣在振動(dòng)臺(tái)上脫模，振動(dòng)20s 后，用鋼直尺分別量取兩個(gè)垂直方向的混凝土擴(kuò)展直徑，當(dāng)兩個(gè)測量值相差不超過5cm 時(shí)，取兩個(gè)測量值的平均值作為此次檢測的結(jié)果。

3 試驗(yàn)方案

3.1 水膠比對混凝土性能影響分析

根據(jù)預(yù)定的混凝土水膠比（0.40、0.42、0.44、0.46），設(shè)計(jì)四個(gè)不同的試驗(yàn)配合比。由于不同的砂率對混凝土性能影響極大，為確保檢測結(jié)果具有可比性，此次檢測采用相同砂率，通過控制液化劑的摻量保證混凝土的坍落度為零，混凝土每立方米配合比數(shù)據(jù)匯總?cè)绫? 所示。

表4 不同水膠比混凝土配合比

3.1.1 水膠比對混凝土出漿量性能的影響

對表4 中不同水膠比情況下的混凝土出漿量進(jìn)行檢測，結(jié)果如圖1、圖2 所示。

圖1 混凝土出漿量對比

圖2 混凝土工作性對比

經(jīng)過反復(fù)多次檢測以及考慮混凝土振動(dòng)液化漿體富集程度，認(rèn)為零坍落度混凝土出漿量大于1kg時(shí)，混凝土的振搗成型效果最佳，使混凝土具有良好的工作性和密實(shí)性。從圖1 可以看出，隨著水膠比增加，混凝土出漿量呈現(xiàn)先增加后減少的情況。其中水膠比小于0.42 時(shí)，由于混凝土內(nèi)部水泥砂漿含量較少，出漿量均小于1kg，混凝土整體和易性較差，難以滿足施工要求。水膠比為0.44 時(shí)，出漿量達(dá)到最大值1.82kg。而當(dāng)水膠比從0.44 增加到0.46 時(shí)，出漿量反而變少，主要是因?yàn)樵诖_保坍落度為零的情況下，水膠比為0.44 時(shí)混凝土每立方米的外加劑用量更大。

3.1.2 水膠比對混凝土振動(dòng)擴(kuò)展度的影響

從圖2 可以看出，在相同砂率、不同水膠比的前提下，混凝土振動(dòng)擴(kuò)展度與維勃稠度之間存在明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，隨著水膠比的增大，振動(dòng)擴(kuò)展度先增大后減小，而維勃稠度先減小后增大。其主要原因是：維勃稠度是用于檢驗(yàn)混凝土振動(dòng)液化性能的一個(gè)指標(biāo)，是記錄混凝土在受到振動(dòng)下，水泥砂漿填充表面玻璃板所需的時(shí)間。維勃稠度小，說明混凝土受到振動(dòng)時(shí)液化性能較好，能夠快速液化。進(jìn)行振動(dòng)擴(kuò)展度試驗(yàn)時(shí)，混凝土維勃稠度逐漸減小，混凝土體會(huì)具備更好的擴(kuò)展流動(dòng)性，振動(dòng)擴(kuò)展度表現(xiàn)出逐漸增加趨勢。同時(shí)，從圖2 可以看到，混凝土水膠比為0.44 時(shí)，其振動(dòng)擴(kuò)展度出現(xiàn)峰值，表現(xiàn)出較好的混凝土液化性能。

3.1.3 水膠比對混凝土其他性能的影響

為驗(yàn)證不同水膠比條件下混凝土的其他性能，同時(shí)成型多組試件進(jìn)行混凝土抗壓抗折強(qiáng)度、耐磨耗性能和凍融循環(huán)試驗(yàn)，結(jié)果如表5 所示。

表5 混凝土性能試驗(yàn)對比

根據(jù)表5 可知，混凝土性能與水膠比之間存在一定關(guān)系，結(jié)合上述混凝土出漿量試驗(yàn)結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：具有較大出漿量的混凝土，由于施工和易性更好，成型后的混凝土體更加均勻和密實(shí)，能夠表現(xiàn)出更好的力學(xué)性能、耐磨耗及抗腐蝕性能。綜合對比四組不同配合比混凝土可以發(fā)現(xiàn)，在混凝土水膠比為0.44 時(shí)，其各方面的性能最佳。

3.2 砂率對混凝土性能影響分析

在配合比設(shè)計(jì)過程中砂率對混凝土性能有較大的影響，主要是因?yàn)榧?xì)集料的比表面積關(guān)系到每立方米混凝土中水泥與水的用量。為了分析不同砂率對混凝土性能的影響程度，此次試驗(yàn)采取單因素控制，在相同水膠比0.44 的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整砂率的大小（30%、35%、40%、45%），得出不同砂率對混凝土性能的影響程度。混凝土每立方米配合比如表6 所示。

表6 不同砂率下混凝土每立方米配合比

3.2.1 砂率對混凝土出漿量性能的影響

在水膠比相同的前提下，根據(jù)不同配合比分別進(jìn)行拌和物性能檢測，檢測結(jié)果如圖3、圖4 所示。

圖4 混凝土工作性對比

從圖3 可以看出，當(dāng)砂率為35%時(shí)，出漿量最小，為0.88kg；當(dāng)砂率為40%時(shí)，出漿量最大，為1.92kg。檢測結(jié)果表明，在坍落度為零的前提下，砂率為40%時(shí)混凝土工作性最佳，混凝土的振動(dòng)液化效果最理想。

3.2.2 砂率對混凝土振動(dòng)擴(kuò)展度的影響

從圖4 可以看出，在相同水膠比條件下，隨著混凝土砂率的變化，混凝土維勃稠度與振動(dòng)擴(kuò)展度之間也存在明顯的負(fù)相關(guān)，這一結(jié)果與水膠比對混凝土流動(dòng)性的影響是類似的，證明將振動(dòng)擴(kuò)展度作為混凝土性能評價(jià)指標(biāo)有一定的適用性。

3.2.3 砂率對混凝土其他性能的影響

為驗(yàn)證不同砂率條件下混凝土的其他性能，同時(shí)成型多組試件進(jìn)行混凝土抗壓抗折強(qiáng)度、耐磨耗性能和凍融循環(huán)試驗(yàn)，結(jié)果如表7 所示。

表7 混凝土性能試驗(yàn)對比

根據(jù)表7 可知，在固定水膠比條件下，混凝土性能與砂率之間存在一定的關(guān)系，結(jié)合上述混凝土出漿量試驗(yàn)結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：具有較大出漿量的混凝土，由于工作性更佳，成型后的混凝土體更加均勻和密實(shí)，能夠表現(xiàn)出更好的力學(xué)性能、耐磨耗及抗腐蝕性能。對比混凝土性能最差的配比5 與性能最佳的配比7 可以發(fā)現(xiàn)，其磨損量相差33.6%；剝落量相差32.5%。主要原因如下：當(dāng)含砂率小于40%時(shí)，混凝土中粗細(xì)集料級配變差，集料之間的孔隙變多，混凝土中的細(xì)集料不足以填充其孔隙，使得混凝土內(nèi)部不密實(shí)。

綜合對比以上8 組零坍落度混凝土性能可以發(fā)現(xiàn)，在混凝土水膠比為0.44，砂率為40%時(shí)，其各方面性能最佳。

4 結(jié)論

文章通過不同水灰比梯度試驗(yàn)和不同砂率梯度試驗(yàn)，并采用出漿量和振動(dòng)擴(kuò)展度等新的評價(jià)方法，對零坍落度混凝土性能進(jìn)行探究，得到如下結(jié)論：

第一，隨著水灰比和砂率的增加，維勃稠度先減小后增加而振動(dòng)擴(kuò)展度先增加后減小。

第二，具有較大出漿量和振動(dòng)擴(kuò)展度的混凝土，由于施工和易性更優(yōu)良，成型后的混凝土體更加均勻和密實(shí)，在混凝土性能方面，能夠表現(xiàn)出更好的力學(xué)性能、耐磨耗及抗腐蝕性能。

第三，針對零坍落度混凝土，傳統(tǒng)的施工和易性評價(jià)方法可能已經(jīng)不再適用，可參考文章所述的混凝土出漿量和振動(dòng)擴(kuò)展度等試驗(yàn)方法對其進(jìn)行評價(jià)。