免振捣自密实混凝土是借助于高效减水剂、流化剂、增塑剂以及掺加粉煤灰、矿渣等粉粒制成的流动性大的混凝土,不必振捣,依靠混凝土自重流动密实.免振捣自密实混凝土自问世以来,虽在国内外一些混凝土工程中得到应用,但仍处于研究开发利用阶段,对于相同配比的混凝土,有关免振捣自密实混凝土与振捣混凝土的性质对比的研究还末见报道.弄清相同配比的免振混凝土与振捣混凝土对比性质的影响因素,尤其是对强度的影响,使得配制的免振捣自密实混凝土接近或达到振捣混凝土的强度, 从而充分发挥免振捣自密实混凝土承受荷载潜能,降低材料成本,提高经济效益.
1 试验用原材料
水泥选用重庆水泥厂硅酸盐水泥,标号525.砂选用重庆特细砂,细度模数0.66,堆积密度1 277 kg/m3,空隙率52.5%.石子选用重庆5～20 mm卵石,连续级配,表观密度2 700 kgm3.减水剂选用广东湛江外加剂厂fdn,掺量0.7 %.
2 试验方法
试验选择混凝土坍落度为(24±1)cm.将相同配比的混凝土拌合物成型二个三联试模．第一个三联试模在振动台上成型,振动时间15 s;第二个三联试模的成型是将混凝土从20 cm高处自由落下,流实填充试模.测混凝土拌合物的湿表观密度和试件标准养护28 d的抗压强度，分析免振捣自密实混凝土与振捣混凝土的湿表观密度之比和强度之比.
考虑到单位体积用水量对混凝土流动性的影响,水泥用量对混凝土强度和耐久性的影响,砂率对混凝土粘聚性和流动性的影响,试验选择用水量、水泥用量和砂率三个因素,设计正交试验,表1为试验因素水平表,选用l9(34)正交表(表2).
表1因素水平表
| 水平 | 因 素 |
a.用水量
kg/m3 | b.水泥用量
kg/m3 | c.砂率
% |
| 1 | 180 | 450 | 23 |
| 2 | 185 | 410 | 26 |
| 3 | 190 | 370 | 29 |
表2 l9(34)试验方案与试验结果
试
验 | 因 素 | 强度比
% | 表观
密度比
% |
| a | b | c | d |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| 1 | 1(180) | 1(450) | 1(23) | 1 | 105 | 90 |
| 2 | 1(180) | 2(410) | 2(26) | 2 | 91 | 89 |
| 3 | 1(180) | 3(370) | 3(39) | 3 | 81 | 97 |
| 4 | 2(185) | 1(450) | 2(26) | 3 | 85 | 97 |
| 5 | 2(185) | 2(410) | 1(23) | 1 | 76 | 100 |
| 6 | 2(185) | 3(370) | 3(39) | 2 | 97 | 98 |
| 7 | 3(190) | 1(450) | 3(39) | 2 | 96 | 99 |
| 8 | 3(190) | 2(410) | 2(26) | 3 | 88 | 97 |
| 9 | 3(190) | 3(370) | 1(23) | 1 | 83 | 99 |
3 试验结果与分析
3.1 影响强度比的因素
极差r大小反映各因素影响程度(表3).从影响强度比的因素来看,极差r的排序是砂率>;水泥用量>;用水量,即在影响免振捣自密实混凝土与振捣混凝土的强度比的三个因素中,影响程度由强到弱的顺序是砂率、水泥用量和用水量.
根据混凝土固定用水量法则,混凝土的用水量表征流动性,则流动性对免振捣自密实混凝土与振捣混凝土的强度比影响不如水泥用量和砂率影响程度大.考虑到试验选择混凝土坍落度保持在(24±1) cm, 因此,在混凝土流动性满足要求的前提下,影响强度比因素还与混凝土的配合比有关.因特细砂微粉量(<0.315 mm)较多,水泥用量和砂率的影响程度较大,实质上说明水泥用量和微粉量总和的影响较大.按混凝土流变学理论,新拌水泥砂浆和混凝土属宾汉姆体,流变方程为 τ=τ0+ηυ，式中，τ为剪应力,τ0为屈服应力,η为塑性粘度,υ为剪切速率． τ0是阻止塑性变形的最大应力,在外力作用下混凝土拌合物内部产生的剪应力τ≥τ0时,混凝土产生流动;η是混凝土拌合物内部阻止其流动的一种性能, η越小,在相同外力作用下流动速度越快,由此可见,τ0和η是反映混凝土拌合物和易性的二个主要的流变参数.
表3 正交试验极差分析 %
| 强 度 比 | 表观密度比 |
| k1 | k2 | k3 | k4 | k1 | k2 | k3 | r |
| 92 | 86 | 89 | 6 | 92 | 98 | 98 | 6 |
| 95 | 85 | 87 | 8 | 96 | 95 | 98 | 3 |
| 95 | 88 | 84 | 11 | 96 | 94 | 99 | 5 |
| 88 | 95 | 85 | 10 | 96 | 95 | 97 | 2 |
普通混凝土采用机械振捣时,因能使τ0大幅度减少,与振动区内的混凝土液化而流动并密实成型的道理相似．制备免振捣自密实混凝土的原理是通过合理的混凝土配合比设计,使τ0减少到适宜范围,同时又具有足够的η,保持骨料悬浮于水泥浆中,不出现离析泌水,能自由流淌充分填充模板空隙形成均匀密实的结构.
3.2 砂率对免振捣自密实混凝土的影响
免振捣自密实混凝土中的细集料使得混凝土拌合物具有粘聚性以抵抗分层离析.免振捣自密实混凝土在模板内能顺利流动,是由于砂浆润滑粗骨料和粗骨料悬浮在灰浆中的缘故，细骨料量过低过高都不利.当水灰比和水泥用量一定时,如砂率太低,没有足够的砂粒对石子起润滑作用,混凝土的流动性降低,使得水泥砂浆的粘聚性降低,混凝土产生离析,砂浆从粗骨料中流出,剩下呈米花糖状的无砂混凝土.但砂浆量也不可过大,否则会因水泥量相应增大导致混凝土的干缩增大,出现干缩裂缝.特细砂混凝土的砂率从24%增至31%,砂率每增加1%,水泥用量增加3～6 kg/m3,半年期和一年期混凝土干缩随砂率提高而增大.
特细砂砂率与混凝土流动性关系见表4.对于一定级配的粗集料和水泥用量一定的混凝土拌合料,存在最佳砂率,使得满足自密实要求条件下用水量最少.表5列出了用525号矿渣水泥配制坍落度5～7 cm的特细砂混凝土配比,从中可见特细砂混凝土的低砂率和高水泥用量.免振捣自密实混凝土的最佳含砂率宜在普通混凝土的最佳含砂率基础上提高3%～5%.从表2可见,单位体积用水量为180 kg/m3和185 kg/m3时,随着砂率的降低,免振捣自密实混凝土与振捣混凝土的强度比增加.考虑到特细砂混凝土配比的低砂率和高水泥用量的特点,特细砂免振捣自密实混凝土的最大砂率不宜超过23%.
表4 特细砂砂率与混凝土流动性关系
| 编号 | 水泥用量kg/m3 | 用水量kg/m3 | 水灰比 | 砂率% | 坍落度cm |
| 1 | 450 | 210 | 0.47 | 23 | 24.0 |
| 2 | 450 | 210 | 0.47 | 26 | 22.5 |
| 3 | 450 | 210 | 0.47 | 29 | 19.5 |
| 4 | 450 | 210 | 0.47 | 32 | 1.5 |
| 5 | 370 | 210 | 0.57 | 23 | 22.5 |
| 6 | 370 | 210 | 0.57 | 26 | 21.5 |
| 7 | 370 | 210 | 0.57 | 29 | 20.5 |
| 8 | 370 | 210 | 0.57 | 32 | 18.5 |
表5525号矿渣水泥特细砂混凝土配比
| 水泥标号 | 配 比c∶s∶g∶w | ckg/m3 | wkg/m3 | 砂率% |
| c35 | 1∶0.54∶3.27∶0.38 | 471 | 179 | 14 |
| c30 | 1∶0.69∶3.61∶0.42 | 426 | 179 | 16 |
| c25 | 1∶0.88∶4.04∶0.47 | 381 | 179 | 18 |
| c20 | 1∶1.19∶4.74∶0.55 | 325 | 179 | 20 |
