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浅谈用水量在泵送混凝土配合比设计中的作用

水泥 2006-06-01

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    20世纪80年代初期,大体积混凝土浇筑主要采用三级配,混凝土的单位用水量一般在1 10~130kg。有些地区骨料级配好,混凝土单位用水量可达100kg以下,馄凝土的强度及耐久性均很好。随着混凝土施工技术及外加剂应用技术的不断发展,泵送混凝土及高效减水剂在混凝土施工中普遍被采用,随后商品混凝土也不断被人们接受。 由于泵送混凝土有其特定的工作条件.因而必须使用二级配.石子粒径不得太于4cm,坍落度宜控制在14cm以上。这样,即使使用高教减水剂,混凝土的单位用水量也在不同程度上提高了,一般用到140~150kg/m3。采用普通减水剂,单位用水量最高可达180kg。泵送混凝土的抗冻性能明显低于普通混凝土。1989年在怀柔水库东溢洪道施工中.由于混凝土出机坍落度无法满足泵送要求,为满足施工要求,我们在保持水灰比不变的条件下,同时增加了水及水泥用量。但混凝土的冻融循环仍比原配台比低50~100次。查阅所用规程、规范、规定中都没有提及限制用水量的条文,所有配台比设计均以水灰比为前提,抗渗、抗冻性能的保证只给定了一个允许最大值水灰比。在采用最低用水量时,也只是提到对耐久性有益。
 
    用水量对混凝土强度、耐久性到底有多大影响,是关系到如何进行泵送混凝土设计的一个重要问题。为此,我们针对这个问题安排了两组系列试验,希望通过试验进一步了解用水量的作用,做好泵送混凝土配合比设计。
 
混凝土配合比的选用及结果
 
    混凝土配合比的选用参照SD105-82《水工混凝土试验规程》,按C18D150泵送混凝土进行设计,水灰比不大于0 .50;用水量取值范围125~166kg/m3
    所用材料:矿渣硅酸盐425#水泥,细骨料为中砂,粗骨料为0.5~4.0cm卵石。
 
    (1)采用相同水灰比、相同砂率、相同外加剂,设定不同坍落度的方法,确定泵送的配台比,测其强度及抗冻性,配合比及试验结果见表1。   
 
 
  

    (2)正交设计混凝土配合比及试验结果。为尽可能充分反映混凝土的各影响因素且筒化试验,针对用水量、水灰比、振捣时间等诸因素,我们采用了正交设计法,利用对应的九组抗压强度、抗冻及气泡间距结果进行极差分析。
 
2 结果分析
 
    (1) 在外加剂、水灰比、砂率不变的情况下,馄凝土的强度取决于水灰比.尽管水泥与用水量相应增加,坍落度不断变大.但强度几乎没变化。这是由于水泥用量的增加,弥补了由于坍落度增大、用水量增加所引起的强度降低现象。另外外加剂自始至终没有变化,它对强度的影响没能反映出来。
 
    (2) 混凝土的抗冻性主要取决于单位用水量。在诸多因素没有变化的情况下,只有混凝土的抗冻性发生了明显变化 我们可以直观地看到用水量在其中起了决定作用。水灰比为0.50时,是抗冻150次的允许最大水灰比值。按普通混凝土设计,抗冻指标很容易达到。但当坍落度大于12cm时,情况却发生了变化,1#配合比用水量143kg,水泥用量为286kg,抗冻可达250次.而03#配比用水量160kg(增17k异),水泥用量高达320kg(比01#增加34kg),抗冻却未达到150次 水泥用量的增加不但没有使其达到设计性能,反而降低了混凝土性能 因此在泵送混凝土配台比设计中,应在限定水灰比的同时、针对不同的抗冻要求,限定用水量,使其在满足最低水泥用量时.发挥出最好效果。
 
    (3)用水量在泵进混凝土中对抗压强度、抗冻性能及气泡间距的作用均大于水灰比。
正交设计试验结果表明,用水量小,抗压强度、抗冻性能及气泡间距三个指标都占优势,而水灰比的影响却不明显.其原因有两个:
 
    ①混凝土密实度高:混凝土密实度与混凝土孔隙有关,硬化浆俸存在大量孔隙,而孔隙中又含有水分,孔隙包括较为粗大的毛细孔,遍布于水泥浆体中,水灰比越大,毛细孔越多,毛细孔中的水分是游离水;较微细的孔隙是凝胶孔,水化的纯硅酸盐水泥凝胶孔约占凝胶体积的28%,它是一个常数。凝胶孔中的水分是吸附水.而水泥水化产物中的化学结合水,则是固相的一部分。降低用水量,就是降低了毛孔中的游离水含量.这部分水不参加水化。用水量的降低,毛细孔则相应减少,混凝土的密实度高,因此强度及耐久性好。这种情况在高强混凝土设计中,反映很明显,即使不掺引气剂,由于密实度高,混凝土的抗冻性及抗渗性能均很好。
 
    ②可冻水含量少。混凝土抗冻性能是以混凝土经受冻融循环多少来评定的,它的作用机理是,当混凝土受冻后,混凝土体内孔隙中的水产生冻张力,致使体积膨胀、结构破坏。当混凝土的抗冻性好,同时密实度高,强度也高。
 
3 结束语
 
    对于泵送混凝土单位用水量的作用比水灰比更为重要,这一点已通过试验得到验证,这就要求我们在进行泵送混凝土设计中,同时兼顾用水量及水灰比两个因素: 目前我们只是认识到了其重要性,如何更好地进行泵送混凝土设计,还要靠我们不断探索。
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