消泡劑引氣劑對聚羧酸系減水劑混凝土的影響

【摘要】 針對高強鋼纖維混凝土流動性差,不易用于現場澆筑的缺點,從攪拌方法、骨料粒徑以及砂率三方面進行試驗研究;結果表明,采用鋼纖維分兩次加入并適當延長攪拌時間有利于其流動性及強度的保證;隨著骨料粒徑的降低,鋼纖維混凝土強度有所降低,但流動性得到較大幅度的提高,明顯減弱了骨料與鋼纖維形成的"棚架"效應,表現出更好的延性;隨著砂率的提高,高強鋼纖維混凝土流動性有較大的提高,但強度、延性均有所下降;對于高砂率、高流動性的鋼纖維混凝土拌合物成型時需適當減少振動時間。 

引言

在工程結構中采用高強材料，既可滿足現代工程結構向高層和大跨度發展的需求，減小結構構件截面尺寸，節約材料用量；也可提高混凝土結構的耐久性，延長結構使用年限，具有良好的經濟和社會效益。但混凝土的抗壓強度提高后，其抗拉、抗剪強度相對較低，延性降低，因而降低了高強混凝土結構的抗震性能。

將鋼纖維摻入高強混凝土，從而形成高強鋼纖維混凝土，其強度和延性都有較大幅度的提高，然而在高強混凝土中加入鋼纖維后，混凝土流動性有大幅度的降低，嚴重影響其在實際施工中的推廣應用，對于用水量和水灰比相同的鋼纖維混凝土拌和物，其坍落度僅相當于基體混凝土拌和物坍落度的1/3～2/3[1-2]。廖文正[3]在其高流動性鋼纖維混凝土配合比設計中采用高砂率、高膠凝材料使其達到相當好的流動性，并且材料表現出應變硬化的特性；李長永等[2]通過一系列實驗得出對于剪切型鋼纖維增強混凝土同樣存在最佳砂率，并且給出了建議砂率取法；Lionel[4]將骨料粒徑對于骨料咬合、鋼纖維分布及加入鋼纖維后抗彎性能進行了分析，并最終采用10mm的粗骨料粒徑制備高流動性鋼纖維混凝土；趙順波[5]通過對采用不同粗骨料粒徑時鋼纖維混凝土的抗壓強度、抗拉強度、彎曲強度比較，得出采用較小石子粒徑時，其力學性能指標均有所提高。已有研究成果表明，適當提高砂率、適當選取粗骨料粒徑，可以提高鋼纖維混凝土的流動性。本研究通過對高強鋼纖維混凝土的砂率、骨料粒徑及攪拌方法等因素進行分析、試驗，并提出抗壓、抗彎強度具有一定保證率的高流動性高強鋼纖維混凝土制備方法。

1原材料及試驗方法

1.1試驗原材料

水泥：選用寶雞禮泉海螺水泥廠生產的P·O 42.5普通硅酸鹽水泥，3d、28d抗壓強度分別為32.5MPa、56.4MPa。

摻合料:硅粉采用埃肯國際貿易（上海）有限公司生產的微硅粉920U，活性SiO2含量≥87.23%，燒失量≤3.63%；粉煤灰選用韓城大唐盛龍科技有限公司提供的Ⅰ級粉煤灰，礦粉采用西安德龍粉體工程材料有限公司生產的S95礦粉，性能列于表1；

表1礦粉成分及性能

粗骨料：采用藍田石灰石礦生產的5~10mm、5~16mm、5~20mm粒徑的石灰巖碎石，級配連續。

細骨料：西安當地的中粗河砂，最大粒徑5mm，細度模數2.83。

外加劑：西卡公司生產的聚羧酸系高效減水劑。減水劑摻量均按膠凝材料用量的固定比例加入。

鋼纖維：試驗中用到兩種長徑比不同的鋼纖維ZP305、OL13/.20。所有纖維均為比利時Bekaert公司生產的Dramix鋼纖維，鋼纖維的物理及力學性能指標見表2，鋼纖維形貌見圖1.

表2鋼纖維的物理與力學性能

1.2配合比設計

高流動性高強鋼纖維混凝土的配制采用“硅酸鹽水泥+塑化劑+活性超細礦物摻合料＋鋼纖維”這一技術路線，引入大摻量的礦物細集料，來填充混凝土微小孔隙，并有利于抵抗鋼纖維的拔出，提高高強鋼纖維混凝土的延性。本研究中采用的礦物摻合料包括硅灰、粉煤灰、礦粉，以占有膠凝材料的固定比例摻入。已有研究表明粉煤灰的高摻量替代水泥可以改善混凝土的流動性并有利于其發揮“形態效應”“活性效應”“微集料效應”三重效應，粉煤灰配合適量硅粉、礦粉的摻入則能在保證鋼纖維與混凝土基體有相當粘結力的同時擁有較好的延性[6-7]。經前期試配，本次試驗中采用綜合效果較好的ZP305、OL13/.20混合來進行一系列研究。試驗中對砂率變化時，根據細骨料與膠凝材料總量基本成正比，將膠凝材料總量做了相應的調整，以保證混凝土基體的密實性。鋼纖維的摻入必然會降低混凝土基體的流動性，影響增加高效減水劑的用量。

本試驗采用表觀密度法進行配合比設計，混凝土的設計表觀密度為2400kg/m3，為保證大摻量礦物下的強度，盡量取較小水膠比，根據膠凝材料總量不超過650kg/m3的原則確定單位用水量，通過試配，最終確定高強鋼纖維混凝土的配合比如下表3所列。

3結論

1）在相同配合比及較大鋼纖維摻量下，粉末狀集料的一次性加入，先期加入少量水再進行鋼纖維干拌，鋼纖維分批兩階段摻入有利于鋼纖維混凝土達到較高的流動性；

2）粗骨料粒徑對于鋼纖維混凝土的坍落度影響規律并不是單調變化的統一規律，而取決于鋼纖維的種類及摻入方案。對于本次試驗中長短兩種纖維組合時，隨著粗骨料粒徑的減小，拌合物的流動性明顯增大；相同鋼纖維摻量下，隨著粗骨料粒徑的減小，高強鋼纖維混凝土的抗壓強度并無明顯下降，同時其抗折強度有所提高，延性顯著增大，表現為隨著石子粒徑的減小，試件彎曲荷載－撓度曲線趨于飽滿； 

3）相同鋼纖維摻量下，隨著砂率的增加，拌合物流動性增大，但同時鋼纖維混凝土抗壓、抗折強度表現出明顯下降，延性并未得到提高。