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实用技术

C50特细砂大吸水率碎石泵送混凝土的配制及其性能研究

时间:2018-2-11 9:13:37 来源: 点击次数:2404

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徐俊东1,孟晓鹏1,宋普涛2,夏京亮2,王晶2

(1中国路桥工程有限责任公司,北京100011;2中国建筑科学研究院,北京100013)

摘要:研究了复掺机制砂、碎石预处理及外加剂的优化措施对C50特细砂大吸水率碎石泵送混凝土拌合物性能、抗压强度的影响。研究结果表明,采用复掺机制砂、碎石预处理及外加剂优化措施,可显著降低混凝土坍落度经时损失,降低混凝土泌水率,提高28d抗压强度,从而配制出性能满足要求的C50泵送混凝土。

关键词:配制技术,特细砂,预处理,大吸水率碎石,外加剂优化措施

1.引言

蒙内铁路是肯尼亚近百年来新建的第一条铁路,是东非铁路网的“喉咙”,也是第一条采用中国标准建造的海外铁路工程,中国总理李克强与肯尼亚总统肯雅塔共同见证了中肯关于蒙-内铁路相关合作协议的签署,具有里程碑式的意义。肯尼亚属典型热带草原气候,干热少雨,河流稀少,几乎无河砂资源,当地天然砂多以细度模数很低的特细砂为主。铁路沿线山体母岩以高火成岩为主,岩体密度较大、孔隙含量大、孔隙率高。特细砂高密度大吸水率碎石配制梁板混凝土过程中存在以下技术问题:1)特细砂细粉量多、级配差,混凝土容易泌水、离析。2)碎石密度大、吸水率高,混凝土拌合物坍落度损失快,易泌水、离析。如何利用特细砂、大吸水率碎石配制C50泵送混凝土是项目研究的重点和难点。

本文针通过特细砂掺配机制砂、碎石预处理及外加剂优化措施,解决了特细砂、大吸水率碎石的原材料性能缺陷引起的混凝土拌合物坍落度损失快,泌水率高,抗压强度低的问题,配制出性能满足要求的C50泵送混凝土。

2.原材料及试验方法

2.1原材料

1)水泥:水泥采用当地水泥生产的CEM I 42.5水泥,水泥28d抗压强度53.2MPa,水泥化学成分分析见表1。

2)粉煤灰:粉煤灰采用国内某电厂生产的I级粉煤灰,粉煤灰细度9%,需水量比94%,粉煤灰化学成分分析见表2。

2.2试验方法

1)混凝土拌合物坍落度与1h坍落度、含气量、泌水率试验参照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T50080)进行。

2)混凝土抗压强度试验参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081)进行。

3. 试验结果与分析

3.1 C50泵送混凝土性能要求

1)7d抗压强度达50MPa,28d抗压强度不小于59MPa。

2)初期坍落度不小于200mm,1h坍落度损失量不大于20mm。

3)混凝土初期含气量2%~4%。

3.2与机制砂复掺

不同特细砂与机制砂掺配比例的混凝土配合比见表3,混凝土拌合物性能及抗压强度试验结果见表4,随机制砂掺配比例的增加,砂率相应提高,外加剂掺量略有提高。

由表4试验结果可知:

1)随着机制砂掺入比例的增加,混凝土初期坍落度先增大、后减少,特细砂与机制砂按5/5比例复掺后混凝土初期坍落度最大,特细砂与机制砂按5/5和3/7比例掺配时,混凝土初期坍落度满足设计要求;2)各掺配比例的混凝土1h坍落度均不满足设计要求;3)随机制砂掺入比例的增加,混凝土泌水率降低,机制砂掺入比例达50%时,混凝土泌水率最小;4)混凝土含气量随机制砂掺入比例的增加增大,特细砂与机制砂按5/5和3/7比例掺配时,混凝土含气量均能满足设计要求;5)混凝土抗压强度随机制砂掺入比例的增加略有提高,机制砂掺入比例达50%时,混凝土抗压强度最高。

总体而言,特细砂掺配河砂可提高混凝土的初期坍落度、降低泌水、提高含气量和抗压强度,特细砂掺配河砂对混凝土1h坍落度影响不大。

机制砂与特细砂掺配,使混凝土用砂级配得到优化,混凝土体系中碎石填充、支撑构架趋于合理,碎石体系整体孔隙率降低,用于填充孔隙砂浆数量降低,用于包裹、推动碎石的砂浆数量相对增加,混凝土包裹性和匀质性提高,碎石堆积现象改善,坍落度增加,泌水率降低、含气量提高。但机制砂比例增大到一定程度后,机制砂相对粗糙的颗粒表面形貌使浆体塑性流动的阻力快速增加,混凝土流动度减小,坍落度降低。机制砂与特细砂混掺,优化了混凝土体系内部骨料填充架构,混凝土更密实,抗压强度提高[1];机制砂相对粗糙的表面形貌增加了浆骨界面粘结力以及骨料间的“咬合力”,混凝土抗压强度也得到一定程度提高[2]。

3.3碎石预处理

以碎石预湿,预裹水泥浆的方式改善碎石吸水率。碎石预湿处理是将碎石提前用水打湿,并在混凝土拌制前扣除碎石含水率的处理方式。碎石预处理方式及其对吸水率试验结果见表5。采用FEI Quanta250环境扫描电镜观察对比碎石裹浆前后微观表面质构,未处理碎石微观形貌见图3所示,经裹浆处理的F5组碎石微观表面形貌见图4所示。混凝土试验配合比采用表3中S3组配合比,混凝土试验结果见表6。

表5不同预处理方式与碎石吸水率

由表6试验结果可知:

1)碎石预湿大幅提高了混凝土1h坍落度,减少了1h坍落度损失,碎石预裹浆进一步降低了混凝土1h坍落度损失,相比而言裹浆浆体水胶比0.8时混凝土1h坍落度损失最小;3)碎石预湿对混凝土泌水率影响不大,碎石预裹浆使混凝土泌水率略有降低;4)碎石预湿对混凝土含气量影响不大,碎石预裹浆提高了混凝土含气量,且含气量随裹浆浆体水胶比的降低而提高,碎石预裹浆中硅灰的掺入对混凝土含气量影响不大;5)碎石预湿处理后混凝土7d及28d抗压强度略有增加,碎石预裹浆使混凝土7d和28d抗压强度增加,相对而言裹浆浆体水胶比0.8,裹浆胶凝材料中硅灰掺入10%时,混凝土抗压强度最高。

预湿后碎石中孔隙提前被水分填充,减少了混凝土加水拌合后因碎石孔隙吸水导致的混凝土坍落度损失。碎石预裹浆后硬化浆体对碎石孔隙的填充和包裹,降低了碎石吸水率,减少了混凝土拌合物坍落度损失。预裹浆后碎石的吸水率与预裹浆硬化浆体的厚度和密实程度有关,预裹浆后碎石的吸水率与混凝土坍落度损失正相关。碎石预湿处理对混凝土泌水率和含气量影响不大,碎石预裹浆使混凝土含气量增加、泌水率略有降低,碎石预湿处理仅改善了碎石的吸水过程,并未改变碎石表面形貌,对混凝土泌水率和含气量影响不大,预裹浆处理后碎石表面形貌改善,吸水率降低,从而影响了混凝土的泌水率与含气量。碎石预湿处理对孔隙水的预蓄积形成的“内养护”作用提升了混凝土的抗压强度[3]。预裹浆的填充作用降低了碎石表面的孔隙率,增大了碎石与砂浆间的接触面积,使混凝土抗压强度提高。

3.4外加剂优化措施

分别通过优选KL-4高缓释型聚羧酸减水剂母液及超掺KL-3类标准型减水剂同时复配适量CMC类增稠剂的复配措施改善混凝土的坍落度损失。混凝土试验配合比采用表3中S3组配合比,碎石采用表5中F5组预裹浆处理碎石,不同外加剂优化措施的混凝土拌合物性能与力学性能试验结果见表7。

4.小结

1)特细砂掺配河砂可提高混凝土的初期坍落度、降低泌水、提高含气量和抗压强度,特细砂掺配河砂对混凝土1h坍落度影响不大。

2)碎石预湿处理可进一步减少混凝土拌合物坍落度损失,但对混凝土泌水率和含气量影响不大,碎石预湿处理提高了混凝土的抗压强度。

3)碎石预裹浆处理,可降低碎石吸水率,吸水率与预裹浆浆体水胶比和浆体组成有关,浆体水胶比为0.8时,胶凝材料中水泥、粉煤灰与硅灰分别占胶凝材料质量分数的70%、20%与10%时预裹浆后碎石吸水率最低。

4)碎石预裹浆处理后混凝土坍落度损失减小,含气量增加、泌水率略有降低,抗压强度提高。

5)缓释型减水剂KL-4取代标准型减水剂KL-3可大幅降低混凝土1h坍落度损失,适当的提高外加剂用量,同时加入适量CMC类增稠剂也可大幅降低混凝土坍落度损失。

6)通过特细砂掺配机制砂、碎石预处理及外加剂优化措施可解决混凝土坍落度损失快,泌水率高,抗压强度低的问题,能够配制出性能满足要求的C50泵送混凝土。

参考文献

[1]郭威,刘娟红.新疆沙漠细砂混凝土配合比及混凝土性能研究[J].粉煤灰综合利用,2014(4):28-31.

[2]王稷良.机制砂特性对混凝土性能的影响及机理研究[D].武汉理工大学,2008.

[3]陈瑜,邓怡帆,唐旗等.预湿轻骨料内养护功能及其对混凝土的影响[J].长沙理工大学学报,2015,9(3):01-06.

[4]盛喜忧,王万金等.缓释型聚羧酸系高效减水剂的研发与应用[J].混凝土,2010(6):68-70.

[5]张彬,贺红珠,钟世云.纤维素醚在水泥砂浆中的作用机理及影响因素[J].上海建材,2008(3):32-34.

[6]苏雷.薄层纤维素醚改性水泥浆体水化历程和微观结构研究[D].武汉理工大学,2013.

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