2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、新拌混凝土工作性的調整 北京工業大學 陳建奎教授,一.新拌混凝土工作性的涵義二.坍落度及坍落度損失 三.泌水、離析和“滯后泌水”四.新拌混凝土的填充性能五.水泥適應性,一.新拌混凝土工作性的涵義,新拌混凝土的質量取決于和易性和勻質性, 它應滿足混合,輸送,澆筑的要求。工作性能定義為得到完全密實產物所需的功?;炷恋牧髯儗W行為可以用流變學術語:水泥

2、漿的塑性和粘-彈性描述。工作性的情況決定混凝土能否使用?;炷帘匦铦M足所需的工作性要求, 好的工作性混凝土不應該產生過度的泌水或析離。工作性應包括, 流動性,填充性,黏聚性和振實性。影響工作性的因素包括:用水量、漿體和集料用量,水泥漿的塑性,集料的最大尺寸和他們的形狀和表面特性。摻外加劑,如塑化劑和引氣劑可以改善工作性。,工作性的測量方法,(1) 稠度(2) 坍落度和坍落擴散度(3)密實因數試驗 (4)球體貫入試驗 (5) Ve

3、be 試驗 (6)流動度測定儀 (7)漏斗試驗 所有這些工作性試驗, 他們之間沒有可比性。到目前為止沒有理想的試驗工作性的方法。,新拌混凝土工作性要素的分析,FLC和HPC的工作性應滿足現代混凝土施工工藝的要求,即: (1)大坍落度及坍落度損失??; (2)泌水小,抗離析,均勻性好; (3)可泵性好; (4)填充性好。 只有將混凝土配合比設計與CPS配方設計結合才能取得最佳技術效

4、果。 HPC和FLC 新拌混凝土工作性要素的分析可以認為復合超塑化劑CSP)的配方設計時應解決三個主要矛盾: (1) 大坍落度與坍落度損失的矛盾; (2) 變形能力與抗離析性的矛盾; (3) 流動性與粘聚性的矛盾。,新拌混凝土工作性分析及對策,二.新拌混凝土坍落度損失,在配制流態混凝土、商品混凝土、泵送混凝土和高性能混凝土時,為了滿足施工工藝要求必須控制新拌混凝土的坍落度損失。主要控制初始坍落度和入泵前的坍落度,這二者之間

5、是運輸時間或工藝過程的要求。坍落度損失快時不能滿足施工工藝的要求。如果初始坍落度較大(.>20cm),同時要求坍落度不損失,這樣會使混凝土凝結較慢、拌合物長時間保持大流動狀態容易造成泌水和離析或使表面產生干縮裂縫。 因此、對于流態混凝土是根據施工工藝的要求控制坍落度損失,而不是坍落度不損失或損失越慢越好。因為對于泵送和澆筑工藝以坍落度為15cm~18cm更有利?,F將不同類型的混凝土所要求的初始坍落度列入表一1。,各種混凝土所要的坍

6、落度,表- 1 各種混凝土所要的坍落度 影響流態混凝土坍落度損失的因素包括:(1) 水泥的礦物組成;(2) 游離水分的含量;(3) 混合材和礦物細摻料的品種和摻量;(4) 混凝土的配合比和強度等級;(5) 環境因素的影響。,1. 水泥的成分對坍落度損失的影響,水泥礦物組成、特別是C3A和C3S的含量,含堿量,混合材品種和摻量,石膏的形式和摻量,以及水泥粒子的形貌、顆粒分布和比表面積等都會影響坍落度損失的速度。其基

7、本規律是:(1) 含C3A高(> 8%)、堿含量高(> 1%)、比表面高的水泥使坍落度損失速度加快。(2) 摻硬石膏作調凝劑的水泥、或在水泥粉磨過程中使部分二水石膏轉變成半水石膏或無水石膏以及三氧化硫含量不足時,使坍落度損失難以控制或損失較快。(3) 水泥中含活性大或需水量比大的混合材使坍落度損失較快,反之則損失較小(如石灰石粉、礦渣及粉煤灰等)。(4) 水泥的形貌、顆粒組成及分布不合理(指磨機類型和粉磨工藝)使坍落

8、度損失較快。(5) 出廠溫度較高的水泥(指散裝水泥)使坍落度損失較快。,2 游離水分的含量,水泥漿體中存在結合水、吸附水和游離水,游離水的存在使漿體具有一定的流動性。這三種水分的比例在水泥水化過程中是變化的。水泥加水后、C3A C開始水化、消耗大量水分產生化學結合水。隨著初期水化進行產生大量凝膠,使分散體的比表面積大大增加,由于表面吸附作用產生大量吸附水(凝膠水)。結合水和吸附水的產生使游離水減少、漿體的流動性逐漸降低產生流動性經時

9、損失。通過摻復合超塑化劑產生分散作用和控制水化過程可以使結合水和吸附水量減少、而游離水相應增多,因此能減小流動度損失。,3. 礦物細摻料的影響,礦物細摻料對流態混凝土坍落度損失的影響主要在三個方面:(1) 礦物細摻料的需水量比應小于100%,否則坍落度損失較快;(2) 礦物細摻料的活性適中,活性大時使坍落度損失較快;(3) 礦物細摻料的細度應適中,比表面太大使混凝土用水量增大、坍落度損失加快,4. 混凝土配合比及砂率的影響,在配制

10、流態混凝土時合適的砂率能保證好的工作性和強度,必須按公式計算得到最佳砂率。。而傳統配合比設計方法認為砂率越低強度越高,顯然不能滿足流態混凝土對工作性的要求。另外、實驗證明砂率低時流態混凝土保水性差,容易產生泌水、離析和板結。砂率高時坍落度損失較快,不能滿足工作性要求。砂率公式為: 式中:Ves-干砂漿體積(l/ m3 ) Ves=Vc +Vf +Va + Vs Vc. Vf. Va .Vs -

11、分別表示水泥、細摻料、空氣、砂子的體積(l/m ) Ve - 漿體體積(l/m3 ); Ve=W+Vc+Vf+Va; W - 用水量(l/m3 ),砂率的因素影響,由此式可以看到各種因素對砂率的影響:(1) 砂率隨著用水量增加而增大;(2) 砂率隨著漿體體積增加而減小;(3) 砂率隨著石子最大粒徑的增大而減小。,5. 環境溫度的影響,溫度影響水泥水化和硬化速度,隨著溫度

12、增高水泥水化和硬化速度加快。因此環境影響流態混凝土的坍落度損失速度。其表現為:(1) 氣溫低于10℃時流態混凝土坍落度損失較慢或幾乎不損失;(2).氣溫在15℃~25℃時,由于氣溫變化大使坍落度損失難以控制;(3) 氣溫在30℃以上時,水泥的凝結時間并不進一步加快,同時氣溫變化范圍小,因此坍落度損失反而容易控制。,6. 復合超塑化劑的作用,上述各種因素都會影響流態混凝土的坍落度損失速度,但是最終通過摻復合超塑化劑使坍落度損失得到控

13、制。為了滿足這一要求必須針對影響坍落度損失的因素,根據混凝土的組成和配比,以及施工工藝要求實現復合超塑化劑的配方設計。其基本原則是:(1) CSP的相對減水系數(Mt)應滿足流態混凝土的初始坍落度要求;(2) CSP的摻量決定流態混凝土初始坍落度的大小;(3) CSP等效緩凝系數(Nt)決定坍落度損失控制程度。(4) 凝結時間差(Δt=t 2- t1 )決定流態混凝土的硬化速度。,7. 延緩坍落度損失的方法,(1) 增加超塑化

14、劑摻量、提高初始坍落度;(2) 調整CSP中緩凝組分的組成和劑量;(3) 采用木鈣配制泵送劑時其摻量不得超過0.15%,并且同時摻穩泡劑;(4) 采用高效緩凝引氣減水時應同時摻穩泡劑;(5) 發現欠硫化現象時應補充可溶性SO3 ;(6) 能延遲水化誘導期的早強劑也能控制坍落度損失;(7) 適當降低砂率可延緩坍落度損失。 以上延緩坍落度損失的方法可單獨使用或復合使用,但是首先是CSP的等效減水系數和等效緩凝系數必

15、須滿足流態混凝土的工作性要求。,三. 泌水、離析和“滯后泌水”,在新拌混凝土放置時,固相的塑性沉降使水泥漿上浮,非耐久性材料所形成的薄弱層包括沖淡的水泥漿和一些細集料。如果泌水是由于水的滲透引起的,不會產生不好的效果,如此"正常泌水".是無害的。因為水分蒸發使有效的水和水灰比減小,最終使水移向表面層。這即是泌水。在貧水泥的混合物中,水的遷移將一些小粒子帶到表面層。泌水可能引起強度增加。 增加水泥用量和添

16、加外加劑 , 如火山灰或引氣劑可使泌水的總量適當減少??捎脺y量泌水率和泌水量表示泌水特性, 在混凝土的表面產生泌水時會引起 "塑性收縮"。.在混合物運送時候可能使一些粗集料從混合物中分離出來,造成混凝土質量不均勻。這即是離析。在一些例證中發現,離析可能導致產品的缺陷和蜂巢狀開放孔產生。離析可能產生在輸送、振搗或澆筑操作過程中。離析的主要因素是混合物中顆粒尺度和比重不同。用提高坍落度、減少水泥用量或增加集料的最大粒徑和

17、數量將增加離析的趨向。組成物正確的級配和操作可以使這一問題得到控制。,泌水、離析和板結,混凝土是多相聚集體,新拌混凝土的工作性很大程度上取決于混合物的均勻性和穩定性。如果混合物產生相分離,就會使材料組成不均勻,最終導致材料結構缺陷或結構破壞。如果新拌混凝土的保水性、粘聚性和穩定性不足以抵抗重力和其它外力(如振動、泵壓等)的作用,就會產生泌水、離析和板結。 圖-1 混合物產生離析狀態圖,(一) 流

18、態混凝土的泌水和離析,1. 流態混凝土產生離析的主要原因 配制流態混凝土時流動性與粘聚性失去平衡,當粘聚性低時混合物在重力或其它外力作用下產生相分離,破壞了材料組成的均勻性和穩定性,因而導致離析。通常泌水是離析的前奏,離析必然導致分層(板結),在此情況下存在堵泵的危險性。但是少量泌水對防止混凝土表面裂縫產生有利,特別是夏季施工時。流態混凝土產生離析的主要原因:(1) 砂率偏低使混合物保水性降低,或砂中含>5mm豆石使

19、實際砂率降低;(2) 水泥用量少于250kg/ m3 ,或 <0.25mm的粉料少于350kg/m3使漿體體積少 于310L/m3 ;(3) 石子級配不好,或采用單一粒級石子;(4) 用水量偏大使混合物粘聚性降低;(5) CSP減水率高,并含易泌水組分。 查明混凝土產生泌水和離析的原因后,通過調整混凝土配合比和CSP的摻量和成分完全可以解決這一問題。,2. FLC的Ve、Ves和SP 與抗離析性的關系,以

20、石子最大粒經25mm為例:(1) Ve >330L ,Ves≥430L 時,拌合物具有好的工作性 ;(2) Ve <330L,Ves>430L 時,不泌水、但粘聚性小、和易性較差 ;(3) Ve =330L , Ves< 430L時,保水性差、易泌水 ;(4) Ve <330L,Ves <430L 時,嚴重泌水、離析、分層(板結)。,3. “泌水-離析-分層”現象的產生和解決方法(見下圖-2)以石子最大粒經25mm為例,4.

21、膠凝材料、砂、石的體積與抗離析性的關系,由表-1和表-2中的數據可以看出,這種C30防滲混凝土的配合比不合理,由于用水量太少,使漿體體積不夠,因此拌合物和易性差,容易產生泌水和離析。 表-1 C30 防滲混凝土,,從表-2的體積分析可以看出: 編號No 1:Ve =295 << 330 L ; Ves =398 << 430L ,因此必然產生泌水。編號No 4:Ve =295

22、<<330 L Ves =437 >430 L ,因此不泌水。但實際是泌水。其原因是采用了單一粒級的碎石,在此情況下必須提高砂率。,對于№4:,考慮采用單一粒級的因素,其砂率至少為42%(No 3)。,5.防止泌水和離析的措施,(1) 石子級配合理,單一粒級的石子應提高砂率3%~5%。(2) 引氣可減小泌水,特別是用卵石配制低標號混凝土時。(3) 摻增稠劑可提高拌合物的粘聚性和保水性,防止泌水和離析。(4) 合理的砂率能保證好的

23、工作性和強度,流態混凝土的砂率應在40%~50% 。產生泌水的主要原因是砂率偏低。(5) 摻FA,特別是配制低標號FLC時FA摻量可大于20%,從而提高其保水性。(6) 減少用水量或CSP的摻量,從而減小游離水量,提高拌合物的粘聚性。以上措施應針對具體情況分析產生泌水的原因,采取一種或綜合方法。,(二) “滯后泌水”現象,流態混凝土試配試驗時混合物工作性沒問題,即初始坍落度、坍落度損失的控制、泌水率比和抗離析性等都符合要求。但是,

24、在施工時混凝土澆筑后,當時不泌水,而經過1h~2h后產生大面積泌水。這是目前資料中沒有發現和論述過的問題,因此稱這種現象為“滯后泌水”,并進行了深入研究。產生滯后泌水的原因可能與礦物細摻料的吸水平衡有關(圖-3): W2= W — W1 式中:W — 細摻料的初始吸水量 W1 — 細摻料的平衡吸水量 W2 — 吸水平

25、衡后放出的水量,圖-3 粒子吸水平衡示意圖,通常礦物細摻料為多孔性粒子(吸水率高),混合物加水攪拌時粒子開始大量吸水 (過飽和吸水w),放置一定時間(1h~2h)逐漸達到吸水平衡(W1),同時釋放出自由水(W2)。,在此情況下W2的作用:,(1) 若拌合物的保水性差,釋放出的自由水w2將導致混凝土滯后泌水; (2) 若拌合物的保水性好,釋放出的自由水w2將使拌合物的坍落度提高1cm~2cm。當粉煤灰摻量大于18%配制流

26、態混凝土時,有時發生經時(60分鐘)坍落度大于初始坍落度(1cm~2cm)的情況。 流態混凝土滯后泌水并不是普遍現象,是在一定條件下產生的。除了上述吸水平衡的原因之外,由于csp緩凝作用過強使拌合物長時間保持大流動狀態也是造成滯后泌水的原因。如果產生了滯后泌水,其解決方法是適當提高砂率和減小粉煤灰摻量。實例1.C30流態混凝土泌水問題(一建攪拌站) P389實例2. C25流態混凝土產生“滯后泌水”的原因分析 (天津電建攪

27、拌站)P390,產生滯后泌水的原因和對策,產生滯后泌水不是普遍現象,只是以上不利因素湊在一起時才有可能出現。出現滯后泌水時,首先用配比全計算設計法進行配合比驗證,找出其原因,針對具體情況加以解決。,四. 新拌混凝土的填充性能,新拌混凝土的填充能力是評價混凝土工作性的一項指標。它不僅評價流動中混凝土的變形能力,而且也是評價抗離析性的重要依據。 通常變形能力與抗離析性是相互矛盾的。變形能力的提高導致抗離析能力減小。近年來外加劑

28、的研究帶來了新型混凝土。如HPC、自密實混凝土和水下混凝土,它們具有與普通混凝土不同的特性,即具有很好的填充能力。 新拌混凝土在流動中沒有障礙物的條件下,可以用坍落度和坍落流動值表示混凝土的工作度,但是在模板中有復雜鋼筋的條件下澆注混凝土(要求不振搗自流平)時,坍落度和流動值就不能直接表示工作度。這樣,必須用填充性這一指標來定量評價混凝土的工作性。,圖11-7坍落度與工作度之間的關系,新拌混凝土的填充能力取決于其變形能力和

29、抗離析性。在低坍落度時,新拌混凝土的填充能力主要由變形能力控制;而高坍落度時主要由抗離析性控制,圖11-7表示坍落度與工作度之間的關系,說明變形能力與抗離析性是相互矛盾的,特別在大坍落度時更是如此。,外加劑的作用,摻高效減水劑和緩凝劑復合的外加劑雖然能提高變形能力,解決大流動性混凝土坍落度損失問題,但是抗離析性沒有改善,無法解決變形能力與抗離析性之間的矛盾。要解決這一矛盾,提高工作性,必須摻用增稠劑(或稱穩定劑)。 增稠劑是

30、一類能顯著增加水的粘度的物質,它們是天然和合成的水溶性高分子化合物,如纖維素衍生物、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、藻朊酸鈉等。例如,只要有3%的甲基纖維素就可以將水的粘度增加1萬倍。使用增稠劑的目的在于提高分散介質的粘度,增加分散體系的穩定性,減少分層和離析。,增稠劑的作用,增稠劑作為外加劑摻人混凝土中,提高了水的粘度,從而影響新拌混凝土的流變性質。通過礦渣漿剪切實驗,研究抗剪力與纖維素增稠劑摻量之間的關系表明,少量增稠劑能減小抗剪

31、力,但摻量大時抗剪力反而提高(見圖11-8 )。增稠劑的摻量為礦渣粉重量0.2%時,抗剪力為最小。,自密實高性能混凝土,在配制自密實高性能混凝土時,由于無需振搗,因此要拌合物具有好的填充性能。只有拌合物的流動性(或變形能力)與抗離析性處于平衡時填充性能最好。圖11-9表示,混凝土拌合物的流動性和抗離析與配合比因素之間的關系。當用水量、外加劑摻量增大時,流動性增大,而抗離析性降低。通過調整用水量、砂率以及CSP的組成和摻量使流動性與抗離析

32、性達到平衡,在此情況下拌合物的填充性最佳(曲線3的斜線范圍)。,新拌混凝土填充性的調整,新拌混凝土的填充性是采用增粘劑和高效減水劑的摻量調整的,圖11-9中的斜線區是具有好的填充性范圍。它們主要用于下幾個方面。1.改善集料在水泥漿中的懸浮性,提高建筑物整體的填充能力。產生穩定和均勻的力學性能,減少在嵌入鋼筋下的結構缺陷,增加對鋼筋握裹力,減少深層建筑的頂筋效應。加強水化水泥漿和集料的結合,以提高混凝土的抗滲性。2.得到具有抗沖蝕性的

33、流動性混凝土。增加水下混凝土的施工能力,降低混濁度,確保施工要求的力學性能。3. 用于噴射混凝土,修補被破壞的建筑物,增加混凝土的抗下沉能力,便于厚樓層施工。這種特殊水泥灌漿料的流變性能適合于水下封堵大壩、海岸建筑物、大的基礎或巖石的裂縫??捎糜跐沧⒑髲埩?,這種構件要求具有高抵抗沉降和泌水,確保鋼筋應力。,五.高效減水劑對水泥的適應性,1.高效減水劑對水泥的適應性 高效減水劑對水泥的適應性是通過坍落度損失程度判

34、斷的。高效減水劑在低水灰比的混凝土中一個突出的問題是不同程度上存在坍落度損失快:而在另一些情況下,水泥和水接觸后,在開始60~90分鐘內,大坍落度仍能保持,沒有離析和泌水現象。前者,外加劑和水泥是不適應的,后者是適應的。適應性取決于水泥礦物組成(主要是C3A 、 C3S)、可溶SO3和堿含量。(1)適應性好(充分兼容):高可溶SO3和高堿量水泥;(2)適應性稍差(兼容稍差):中等可溶性硫酸鹽和堿含量的水泥;(3) 不適應(不兼容

35、):可溶性硫酸鹽少和低堿水泥。最佳可溶性堿量為0.4%—0.6%,2. 外加劑對水泥早期水化放熱過程的影響,摻外加劑能控制水泥早期水化過程(預誘導期和誘導期),使誘導期延長,這樣就能減小坍落度損失。根據這一觀點能延長水化誘導期的不僅是緩凝劑,而且可以是早強劑和特殊高分子化合物。,3.坍落度損失與“欠硫化”現象的關系,某些硅酸鹽水泥配制流態混凝土時,用調整復合超塑化劑中緩凝劑的摻量和品種的方法不能控制坍落度損失,即使緩凝組分超劑量摻用坍落

36、度損失仍然較快,我們將此種情況稱為“欠硫化”現象。產生“欠硫化”現象的原因是由于水泥中可溶性SO3的含量不足,或外部因素使石膏溶解度降低,破壞了SO3與C3A和堿含量的平衡,使水泥凝結較快, 漿體很快失去流動性。產生這種“欠硫化”現象的原因是:(1) CSP降低了石膏的溶解度,使SO3不足;(2)最佳石膏量是在W/C=0.50時經強度和干縮試驗確定的,而摻CSP配制FLC時水膠比一般小于0.50,因此使SO3總量減小;(3) 摻含

37、堿量高的外加劑改變了石膏與C3A的平衡。 采用高濃萘系高效減水劑配制CSP,使坍落度損失加快,而改用低濃萘系高效減水劑配制的CSP,坍落度損失減小。因為低濃萘系高效減水劑中硫酸鈉含量高(20%左右),補充SO3的不足。另外,CSP中含增加石膏溶解度或代替石膏作用的輔助劑,也可以減小坍落度損失。因此為了避免欠硫化現象的產生,CSP應由高效減水劑、緩凝劑和輔助劑組成。,4.三乙醇胺的作用在CSP中三乙醇胺的作用是早強、降低

38、粘聚性和延長水化誘導期。由圖2中的鋁酸鹽水泥水化放熱曲線可以看出摻三乙醇胺使初水化減慢、峰值降低,因此能降低拌合物的流動度損失。 圖3 三乙醇胺的作用 圖3表明,由于三乙醇胺促進鈣礬石(AFt)的形成使C3S的水化受到阻礙,因此延長水泥水化誘導期,使流動度損失減慢。,,結論,1.新拌混凝土的工作性不僅決定混凝土能否使用,而且直影響硬化混凝土的性能。2.工作性不

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