自密實混凝土原材料選擇原理
2006-04-18 00:00
長期以來，國內(nèi)外對自密實混凝土的研究大多集中在拌合物的配制方面，其技術(shù)途徑采用普通硅酸鹽水泥+ 活性礦物摻和料+ 超塑化劑+ 細(xì)集料+ 粗集料。
1 水泥
基于目前我國的原材料狀況，水泥的主要問題是與外加劑的相容性、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量和強度問題，水泥與外加劑是否相適應(yīng)，決定著能否配制出某個強度等級的自密實混凝土，因此應(yīng)選用較穩(wěn)定的水泥。
2 摻合料
摻合料是自密實混凝土不可缺少的組成部分之一，一般常用的有粉煤灰、磨細(xì)礦渣、硅粉、礦粉等。利用它們的物理效應(yīng)、填充效應(yīng)和火山灰效應(yīng)，不但能提高新拌混凝土的工作性，而且能增強硬化后混凝土的耐久性。
粉煤灰是自密實混凝土最常用的活性摻合料，具有“活性效應(yīng)”、“界面效應(yīng)”、“微填充效應(yīng)”和“減水效應(yīng)”。在自密實混凝土中，要求充分發(fā)揮這些效應(yīng)，一是要求活性摻合料的顆粒與水泥顆粒在微觀上應(yīng)形成級配體系；二是球形玻璃體含量要求高，因為球形玻璃體摻合料的減水效應(yīng)顯著，需水量比可大大降低。
磨細(xì)礦渣的火山灰效應(yīng)高，因此能改善自密實混凝土硬化后的孔結(jié)構(gòu)和強度；礦渣由于細(xì)度較高，能顯著提高自密實混凝土拌和物的流動速度，改善其流變性能，且對改善自密實混凝土的早期孔結(jié)構(gòu)有一定作用。日本自密實混凝土普遍采用粉煤灰和礦渣復(fù)摻，有時還加上礦粉。
3 細(xì)骨料
砂在混凝土中存在雙重效應(yīng)，一是圓形顆粒的滾動減水效應(yīng)；二是比表面積吸水率高的需水效應(yīng)。這兩種相互矛盾的效應(yīng)，決定了必須根據(jù)水泥、摻合料、外加劑等情況綜合考慮。砂的含泥量和雜質(zhì)，會使水泥漿與骨料的粘結(jié)力下降，需要增加用水量和增加水泥用量，所以砂必須符合規(guī)范技術(shù)要求。
常用于自密實混凝土配制的細(xì)集料通常是中砂，中砂不同于細(xì)砂，中砂的總表面積較細(xì)砂小，砂子的表面需要由水泥漿包裹，砂子的總表面積越小，則需要包裹砂粒表面的膠結(jié)材就越少，一般說用中砂拌制混凝土比用細(xì)砂所需的膠結(jié)材為??；中砂級配優(yōu)于細(xì)砂，空隙率較小，在混凝土中砂粒之間所需膠結(jié)材填充的空隙就越少，即節(jié)約膠結(jié)材又提高了強度，可見控制砂的顆粒級配和粗細(xì)程度有很大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。
4 粗骨料
由于自密實混凝土常常用于鋼筋稠密或薄壁的結(jié)構(gòu)中，因此粗骨料的最大粒徑一般以小于20 mm為宜，盡可能選用圓形且不含或少含針、片狀顆粒的骨料。
5 外加劑
自密實混凝土具備的高流動性、抗離析性、間隙通過性和填充性這四個方面都需要以外加劑的手段來實現(xiàn)，因此對外加劑的主要要求為：a) 與水泥的相容性好：b) 減水率大；c) 緩凝、保塑。高性能減水劑的主要成分幾乎都是聚合物電解質(zhì)類，它們對水泥和混凝土具有高的分散作用，能較好地保持混凝土的坍落度，適宜的減水劑能改善固液兩相之間的摩擦，改善拌合物體系剪切阻力，為使新拌混凝土具有較小的屈服值，主要技術(shù)途徑是采用高效減水劑。摻這類外加劑可以使混凝土拌合物的流動性大大提高，或者在保持相同流動性的情況下大幅度減少混凝土拌合物的用水量，同時可使混凝土具有高耐久性。高性能減水劑可使混凝土的水灰比下降到0.25 以下，而水泥用量仍可保持在500 kgPm3，同時它的坍落度可保持200mm以上。
常用超塑化劑有：萘磺酸鹽系列、磺化三聚氰胺系列、氨基磺酸鹽系列和聚羧酸系列四大類。眾多研究發(fā)現(xiàn)在眾多系列的減水劑中，聚羧酸系減水劑具有很多獨特的優(yōu)點，具有高減水、低坍落度損失、低摻量、不緩凝、不受摻加時間影響等性能。聚羧酸系減水劑減水率高達(dá)30 % ，該減水劑與不同水泥有相對更好的相容性。低摻量(0.2 %～0.5 %)而發(fā)揮高的分散性能；保坍性好，90min 內(nèi)坍落度基本無損失；延緩凝結(jié)時間較少。用不同結(jié)構(gòu)單元共聚羧酸高效減水劑拌制混凝土，28 d 混凝土試塊強度穩(wěn)定甚至提高20 %左右。與其它減水劑例如萘系復(fù)合使用，發(fā)揮其特點，使復(fù)合減水劑呈現(xiàn)超疊加效應(yīng)，綜合性能更優(yōu)異 。
自密實混凝土拌合物中摻加了大量高效減水劑，為使其既不產(chǎn)生泌水又防止顆粒的離析，有時還需摻入粘度改性劑即增粘劑。目前應(yīng)用于自密實混凝土的增粘組分主要有纖維素類聚合物、丙烯酸類聚合物、生物聚合物、乙二醇類聚合物以及無機增粘劑幾大類。
1 水泥
基于目前我國的原材料狀況，水泥的主要問題是與外加劑的相容性、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量和強度問題，水泥與外加劑是否相適應(yīng)，決定著能否配制出某個強度等級的自密實混凝土，因此應(yīng)選用較穩(wěn)定的水泥。
2 摻合料
摻合料是自密實混凝土不可缺少的組成部分之一，一般常用的有粉煤灰、磨細(xì)礦渣、硅粉、礦粉等。利用它們的物理效應(yīng)、填充效應(yīng)和火山灰效應(yīng)，不但能提高新拌混凝土的工作性，而且能增強硬化后混凝土的耐久性。
粉煤灰是自密實混凝土最常用的活性摻合料，具有“活性效應(yīng)”、“界面效應(yīng)”、“微填充效應(yīng)”和“減水效應(yīng)”。在自密實混凝土中，要求充分發(fā)揮這些效應(yīng)，一是要求活性摻合料的顆粒與水泥顆粒在微觀上應(yīng)形成級配體系；二是球形玻璃體含量要求高，因為球形玻璃體摻合料的減水效應(yīng)顯著，需水量比可大大降低。
磨細(xì)礦渣的火山灰效應(yīng)高，因此能改善自密實混凝土硬化后的孔結(jié)構(gòu)和強度；礦渣由于細(xì)度較高，能顯著提高自密實混凝土拌和物的流動速度，改善其流變性能，且對改善自密實混凝土的早期孔結(jié)構(gòu)有一定作用。日本自密實混凝土普遍采用粉煤灰和礦渣復(fù)摻，有時還加上礦粉。
3 細(xì)骨料
砂在混凝土中存在雙重效應(yīng)，一是圓形顆粒的滾動減水效應(yīng)；二是比表面積吸水率高的需水效應(yīng)。這兩種相互矛盾的效應(yīng)，決定了必須根據(jù)水泥、摻合料、外加劑等情況綜合考慮。砂的含泥量和雜質(zhì)，會使水泥漿與骨料的粘結(jié)力下降，需要增加用水量和增加水泥用量，所以砂必須符合規(guī)范技術(shù)要求。
常用于自密實混凝土配制的細(xì)集料通常是中砂，中砂不同于細(xì)砂，中砂的總表面積較細(xì)砂小，砂子的表面需要由水泥漿包裹，砂子的總表面積越小，則需要包裹砂粒表面的膠結(jié)材就越少，一般說用中砂拌制混凝土比用細(xì)砂所需的膠結(jié)材為??；中砂級配優(yōu)于細(xì)砂，空隙率較小，在混凝土中砂粒之間所需膠結(jié)材填充的空隙就越少，即節(jié)約膠結(jié)材又提高了強度，可見控制砂的顆粒級配和粗細(xì)程度有很大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。
4 粗骨料
由于自密實混凝土常常用于鋼筋稠密或薄壁的結(jié)構(gòu)中，因此粗骨料的最大粒徑一般以小于20 mm為宜，盡可能選用圓形且不含或少含針、片狀顆粒的骨料。
5 外加劑
自密實混凝土具備的高流動性、抗離析性、間隙通過性和填充性這四個方面都需要以外加劑的手段來實現(xiàn)，因此對外加劑的主要要求為：a) 與水泥的相容性好：b) 減水率大；c) 緩凝、保塑。高性能減水劑的主要成分幾乎都是聚合物電解質(zhì)類，它們對水泥和混凝土具有高的分散作用，能較好地保持混凝土的坍落度，適宜的減水劑能改善固液兩相之間的摩擦，改善拌合物體系剪切阻力，為使新拌混凝土具有較小的屈服值，主要技術(shù)途徑是采用高效減水劑。摻這類外加劑可以使混凝土拌合物的流動性大大提高，或者在保持相同流動性的情況下大幅度減少混凝土拌合物的用水量，同時可使混凝土具有高耐久性。高性能減水劑可使混凝土的水灰比下降到0.25 以下，而水泥用量仍可保持在500 kgPm3，同時它的坍落度可保持200mm以上。
常用超塑化劑有：萘磺酸鹽系列、磺化三聚氰胺系列、氨基磺酸鹽系列和聚羧酸系列四大類。眾多研究發(fā)現(xiàn)在眾多系列的減水劑中，聚羧酸系減水劑具有很多獨特的優(yōu)點，具有高減水、低坍落度損失、低摻量、不緩凝、不受摻加時間影響等性能。聚羧酸系減水劑減水率高達(dá)30 % ，該減水劑與不同水泥有相對更好的相容性。低摻量(0.2 %～0.5 %)而發(fā)揮高的分散性能；保坍性好，90min 內(nèi)坍落度基本無損失；延緩凝結(jié)時間較少。用不同結(jié)構(gòu)單元共聚羧酸高效減水劑拌制混凝土，28 d 混凝土試塊強度穩(wěn)定甚至提高20 %左右。與其它減水劑例如萘系復(fù)合使用，發(fā)揮其特點，使復(fù)合減水劑呈現(xiàn)超疊加效應(yīng)，綜合性能更優(yōu)異 。
自密實混凝土拌合物中摻加了大量高效減水劑，為使其既不產(chǎn)生泌水又防止顆粒的離析，有時還需摻入粘度改性劑即增粘劑。目前應(yīng)用于自密實混凝土的增粘組分主要有纖維素類聚合物、丙烯酸類聚合物、生物聚合物、乙二醇類聚合物以及無機增粘劑幾大類。
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