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(qiáng)鋼纖維混凝土流動性差,不易用于現(xiàn)場澆筑的缺點(diǎn),從攪拌方法、骨料粒徑以及砂率三方面進(jìn)行試驗研究;結(jié)果表明,采用鋼纖維分兩次加入并適當(dāng)延長攪拌時間有利于其流動性及強(qiáng)度的保證;隨著骨料粒徑的降低,鋼纖維混凝土強(qiáng)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(yīng),表現(xiàn)出更好的延性;隨著砂率的提高,高強(qiáng)鋼纖維混凝土流動性有較大的提高,但強(qiáng)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(dāng)減少振動時間。 

引言

在工程結(jié)構(gòu)中采用高強(qiáng)材料，既可滿足現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)向高層和大跨度發(fā)展的需求，減小結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸，節(jié)約材料用量；也可提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，延長結(jié)構(gòu)使用年限，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。但混凝土的抗壓強(qiáng)度提高后，其抗拉、抗剪強(qiáng)度相對較低，延性降低，因而降低了高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能。

將鋼纖維摻入高強(qiáng)混凝土，從而形成高強(qiáng)鋼纖維混凝土，其強(qiáng)度和延性都有較大幅度的提高，然而在高強(qiáng)混凝土中加入鋼纖維后，混凝土流動性有大幅度的降低，嚴(yán)重影響其在實際施工中的推廣應(yīng)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(dāng)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(shè)計中采用高砂率、高膠凝材料使其達(dá)到相當(dāng)好的流動性，并且材料表現(xiàn)出應(yīng)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(qiáng)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(jìn)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(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度比較，得出采用較小石子粒徑時，其力學(xué)性能指標(biāo)均有所提高。已有研究成果表明，適當(dāng)提高砂率、適當(dāng)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(qiáng)鋼纖維混凝土的砂率、骨料粒徑及攪拌方法等因素進(jìn)行分析、試驗，并提出抗壓、抗彎強(qiáng)度具有一定保證率的高流動性高強(qiáng)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(chǎn)的P·O 42.5普通硅酸鹽水泥，3d、28d抗壓強(qiáng)度分別為32.5MPa、56.4MPa。

摻合料:硅粉采用埃肯國際貿(mào)易（上海）有限公司生產(chǎn)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(chǎn)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(lán)田石灰石礦生產(chǎn)的5~10mm、5~16mm、5~20mm粒徑的石灰?guī)r碎石，級配連續(xù)。

細(xì)骨料：西安當(dāng)?shù)氐闹写趾由埃畲罅?mm，細(xì)度模數(shù)2.83。

外加劑：西卡公司生產(chǎn)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(chǎn)的Dramix鋼纖維，鋼纖維的物理及力學(xué)性能指標(biāo)見表2，鋼纖維形貌見圖1.

表2鋼纖維的物理與力學(xué)性能

1.2配合比設(shè)計

高流動性高強(qiáng)鋼纖維混凝土的配制采用“硅酸鹽水泥+塑化劑+活性超細(xì)礦物摻合料＋鋼纖維”這一技術(shù)路線，引入大摻量的礦物細(xì)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(qiáng)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(fā)揮“形態(tài)效應(yīng)”“活性效應(yīng)”“微集料效應(yīng)”三重效應(yīng)，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(dāng)粘結(jié)力的同時擁有較好的延性[6-7]。經(jīng)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(jìn)行一系列研究。試驗中對砂率變化時，根據(jù)細(xì)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(yīng)的調(diào)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(jìn)行配合比設(shè)計，混凝土的設(shè)計表觀密度為2400kg/m3，為保證大摻量礦物下的強(qiáng)度，盡量取較小水膠比，根據(jù)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(qiáng)鋼纖維混凝土的配合比如下表3所列。

3結(jié)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(jìn)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(dá)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(guī)律并不是單調(diào)變化的統(tǒng)一規(guī)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(qiáng)鋼纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度并無明顯下降，同時其抗折強(qiáng)度有所提高，延性顯著增大，表現(xiàn)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(qiáng)度表現(xiàn)出明顯下降，延性并未得到提高。