硅灰掺量对水下自密实不分散混凝土性能的影响_黄文彬.pdf

d o i:1 0.3 9 6 3/j.i s s n.1 6 7 4-6 0 6 6.2 0 2 3.0 1.0 0 2硅灰掺量对水下自密实不分散混凝土性能的影响黄文彬(南平市交通运输综合执法支队,南平3 5 3 0 0 4)摘 要:试验研究了硅灰掺量对所制水下不分散混凝土性能的影响。结果表明:硅灰的掺入可以提高水下不分散混凝土的抗分散性能及力学性能。当硅灰掺量为1 2%时,所制试样3d、2 8d抗压强度可达5 9.8MP a、8 3.1MP a。关键词:水下不分散混凝土;硅灰;自密实;力学性能E f f e c t o fS i l i c aF u m eC o n t e n t o nP r o p e r t i e so fU n d e r w a t e rS e l f-c o m p a c t i n gN o n-d i s p e r s i b l eC o n c r e t eHU ANG W e n-b i n(N a n p i n gT r a n s p o r t a t i o nC o m p r e h e n s i v eL a wE n f o r c e m e n tD e t a c h m e n t,N a n p i n g3 5 3 0 0 4,C h i n a)A b s t r a c t:T h ee f f e c to f s i l i c a f u m ec o n t e n to nt h ep e r f o r m a n c eo fu n d e r w a t e rn o nd i s p e r s i b l ec o n c r e t ew a ss t u d i e d.T h er e s u l t ss h o w e dt h a t t h ea d d i t i o no f s i l i c a f u m ec a n i m p r o v et h ed i s p e r s i o nr e s i s t a n c ea n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fu n d e r w a t e rn o nd i s p e r s i b l ec o n c r e t e.W h e nt h ec o n t e n to fs i l i c af u m e i s1 2%,t h ec o m p r e s s i v es t r e n g t ho f t h es a m p l e sc a nr e a c h5 9.8MP aa n d8 3.1MP aa t 3da n d2 8d.K e yw o r d s:u n d e r w a t e rn o nd i s p e r s i b l ec o n c r e t e;s i l i c a f u m e;s e l f c o m p a c t i n g;m e c h a n i c a l p r o p e r t y收稿日期:2 0 2 2-0 9-1 9.作者简介:黄文彬(1 9 6 8-),高级工程师.E-m a i l:1 8 9 6 0 6 1 8 5 5 61 6 3.c o m随着国家对基础设施投资的逐渐加大,混凝土水下浇筑结构也逐渐增多。由于水下直接浇筑混凝土易造成浆集分离1、胶材流失大、强度降低幅度大2、污染大等问题,因此近年来水下不分散混凝土应用技术得到不断发展3-5,并在国内外一些重点工程得到较好应用。水下不分散混凝土是指在普通混凝土中引入抗分散剂,使混凝土在具有较优工作性能的前提下,仍具有较优异抗分散性能的一种新型混凝土。与国外水下不分散混凝土研究应用技术相比,我国的水下不分散混凝土研发及工程应用技术还存在较大差距,如混凝土自密实条件下,强度损失仍较大,整体强度低;混凝土保坍性能差,易造成施工不便;混凝土强度增长慢、早期强度较低、延长施工工期等。该研究在优选抗分散剂的基础上,采用专用高性能聚羧酸减水剂以提高所制混凝土工作性能、保坍性能及早期强度,研究了不同掺量硅灰对水下自密实不分散混凝土性能的影响,以进一步提高水下不分散混凝土整体强度及施工便捷性。1 试 验1.1 原材料1)水泥:采用娲石水泥集团有限公司生产的5 2.5级普通硅酸盐水泥,3d抗折强度7.4MP a,3d抗压强度3 8.5MP a,2 8d抗折强度1 0.7MP a,2 8d抗压强度6 0.8MP a。2)硅灰:由北京正源益清新材料技术有限公司生产,比表面积1 92 2 0m2/k g。3)粉煤灰:由巩义市欧尚耐材有限公司生产,粒径2 0 0目。4)机制砂:由南平市江南建材有限公司生产,I I区中砂,细度模数2.8,石粉含量5.3%。5)碎石:由南平市江南建材有限公司生产,粒径为52 0mm连续级配碎石,压碎值7.4%。6)聚羧酸减水剂:由中交二航武汉港湾新材料有限公司生产,减水率3 7%的液体减水剂。5建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第1期7)抗分散剂:由中交二航武汉港湾新材料有限公司生产的纤维素醚类抗分散剂。8)拌合水:普通自来水。1.2 方法该研究旨在制备出具备优良抗分散性、自密实性、早强高强性能的水下不分散混凝土,选定表1配比为基准配合比,总胶材用量、粉煤灰用量分别为6 8 0k g/m3、6 8k g/m3,硅灰分别取代水泥0、6%、1 2%、1 8%进行试验。表1 水下不分散混凝土基准配合比/(k gm-3)水泥硅灰粉煤灰机制砂52 0mm碎石絮凝剂水减水剂6 1 2-6 86 8 09 5 20.21 0 81 1.2 根据配合比,将称量好的水泥、相应取代量硅灰、粉煤灰、絮凝剂、机制砂、碎石,倒入搅拌锅中预混1m i n,再将称量好的减水剂和水倒入搅拌锅中,继续搅拌6m i n,最后将搅拌好的混凝土按D L/T5 1 1 72 0 2 1 水下不分散混凝土试验规程 进行扩展度、不分散性(该研究主要测试胶材流失量、悬浊物含量)试验。水下不分散混凝土试样包含水、陆两种类型,成型试件尺寸均为1 5 0mm1 5 0mm1 5 0mm,试样按D L/T5 1 1 72 0 2 1 水下不分散混凝土试验规程 成型并养护至相应龄期,进行力学性能测试。2 结果与讨论2.1 硅灰掺量对水下不分散混凝土工作性能和抗分散性能的影响该研究旨在制备出C 6 0自密实水下不分散早强型混凝土,因此,对于所制混凝土扩展度,要求大于6 0 0mm;对于其抗分散性评价,要求胶材流失量小于1.5%,悬浊物含量小于1 0 0m g/L;对于其抗压强度,要求3d水陆强度比大于7 0%,2 8d水陆强度比大于9 0%。表2为不同硅灰掺量对所制水下不分散混凝土工作性能及抗分散性能影响的试验结果。由表2可知,随硅灰掺量的增加,所制备的水下不分散混凝土扩展度由7 0 0mm降低至5 8 0mm,且所制备的水下不分散混凝土粘度逐渐增大,这是由于硅灰的比表面积大、需水量高造成的;掺量为6%和1 2%硅灰的配比具有较优异的工作性能,扩展度分别为6 8 0mm、6 5 0mm;掺量为1 8%硅灰的配比已不能满足自密实性能,因此硅灰取代水泥的用量不宜大于1 8%。由表2可知,所制备的水下不分散混凝土具有优异的保坍性能,2h扩展度基本无损失。表2 不同硅灰掺量的水下不分散混凝土工作性能及抗分散性能硅灰掺量/%扩展度/mm2h扩展度/mm流失量/%悬浊物含量/(m gL-1)07 0 06 9 81.09 466 8 06 8 00.87 31 26 5 06 4 70.56 81 85 8 05 7 60.46 5 在普通混凝土体系中,胶凝材料和水拌合后,会产生一系列物理化学反应,形成微小聚集基团,分散于水介质中,此类形成的凝聚体抗分散性很差,而抗分散剂是一种高分子水溶性聚合物,可以吸附于胶凝颗粒表面,并将胶凝颗粒连接成团,形成絮凝基团,因此抗分散剂的引入可以改善水下混凝土的抗分散性能。由表2可知,在高工作性能条件下,所制备的水下不分散混凝土均具有较优异的抗分散性能,胶材流失量均小于1.5%,悬浊物含量均小于1 0 0m g/L。随硅灰掺量的增加,所制备的水下不分散混凝土胶材流失量和悬浊物含量逐渐降低,说明硅灰的引入能够提高所制水下不分散混凝土抗分散性能,此是由于硅灰具有高比表面积,易被高分子链包裹吸附,减少了抗分散剂分子链上空白点,从而增加颗粒间相互吸引作用,形成粗相分散体凝聚体,增大了浆体粘度,且进一步缩短的各分子链间间距使颗粒间吸引力继续增大,长链结构相互搭接形成絮状网络结构,把水泥和各矿物掺合料进行包裹,从而降低因外界水分子的冲洗而使得结构分散的风险,混凝土浆体的保水性能和抗分散性能得到改善。掺量为1 2%和1 8%硅灰的配比具有优异的抗分散性能。6建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第1期2.2 硅灰掺量对水下不分散混凝土力学性能的影响表3为不同硅灰掺量对所制水下不分散混凝土力学性能的影响试验结果。由表3可知,所制备的水下不分散混凝土初凝时间在1 31 4h,终凝时间在1 51 7h之间,且所制备的水下不分散混凝土3d抗压强度均不小于5 1.9MP a,说明所制备混凝土满足早强特性,可以较好地解决传统水下不分散混凝土存在的凝结时间长、早期强度低、施工周期长等问题。表3 不同硅灰掺量的水下不分散混凝土力学性能硅灰掺量/%凝结时间/h初凝终凝3d抗压强度/MP a空气成型水下成型2 8d抗压强度/MP a空气成型水下成型水陆强度比/%7d2 8d01 41 6.55 1.94 5.37 6.97 0.58 79 261 41 6.06 0.15 6.68 5.28 1.89 49 61 21 31 5.56 5.75 9.88 8.48 3.19 19 41 81 31 5.56 1.95 4.68 1.87 7.78 89 5 由表3可知,所制备的水下不分散混凝土2 8d抗压强度均不小于7 0.5MP a,满足C 6 0混凝土强度要求,且7d水陆强度比均大于8 5%,2 8d水陆强度比均大于9 0%,满足设计要求。由表3可知,不掺加硅灰的水下不分散混凝土试样3d、2 8d抗压强度(水下)分别为4 5.3 MP a、7 0.5MP a,3d、2 8d水陆强度比分别为8 7%、9 2%,具有较优异的力学性能。随着硅灰掺量的增加,所制水下不分散混凝土强度先增加后降低,原因在于硅灰粒径较小,可以填充于水泥颗粒之中,降低孔隙率,提高基体密实度,从而提高混凝土强度,但当硅灰掺量较大时,由于其比表面积大,增大了浆体粘度使得所制混凝土密实度降低,从而使得混凝土强度出现降低。硅灰掺量为1 2%时所制水下不分散混凝土性能最优,其3d、2 8d抗压强度(水下)分别为5 9.8MP a、8 3.1MP a,3d、2 8d水陆强度比分别为9 1%、9 4%,较不掺加硅灰试验,3d、2 8d抗压强度分别提高1 4.5MP a、1 2.6MP a。当硅灰掺量为1 8%时,所制试样强度有所降低,但较不掺硅灰试样,强度仍有所提升,其3d、2 8d抗压强度(水下)分别为5 4.6MP a、7 7.7MP a,3d、2 8d水陆强度比分别为8 8%、9 5%。3 结 论a.研究制备出了抗分散性能优异、保坍性能良好、早期强度较高的自密实早强型C 6 0水下不分散混凝土。b.硅灰的掺入可以提高水下不分散混凝土的抗分散性能,但会降低水下不分散混凝土的工作性能。c.适当的引入硅灰能够提高水下不分散混凝土的力学性能,该研究中当硅灰掺量为1 2%时,所制水下不分散混凝土力学性能最优,抗分散性指标及水陆强度比均满足规范要求。参考文献1 孙国文,张 营,闫 娜,等.水下不分散混凝土的抗分散性能设计及其表征研究进展J.材料导报,2 0 2 2,3 6(1):8 7-9 7.2 孙国文,王朋硕,张 营