礦物摻合料對輕集料混凝土工作性能的影響
摘要：為了改善輕集料混凝土的工作性能、力學(xué)性能和耐久性能，需要在配合比設(shè)計(jì)中摻入適量的礦物摻和料以改善其性能。本文針對輕集料易上浮導(dǎo)致混凝土分層的問題，研究礦物摻和料對新拌輕集料混凝土工作性能的影響。結(jié)果表明，礦物摻和料的摻量存在一個(gè)最優(yōu)值：摻入15%的粉煤灰可以增大混凝土的坍落度和擴(kuò)展度，減小混凝土的分層度；摻入15%的礦粉可以增大混凝土的粘度，防止輕集料上浮，改善混凝土的勻質(zhì)性，提高輕集料混凝土的工作性能。
關(guān)鍵詞：輕集料混凝土；礦物摻和料；分層度；勻質(zhì)性
引言
輕集料混凝土是一種具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、保溫、隔熱、耐火、抗震等性能優(yōu)良的新型建筑材料。由于其具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，近年來在大跨度橋梁、高層建筑、海上石油平臺及復(fù)雜結(jié)構(gòu)工程中廣泛應(yīng)用。但是，輕集料混凝土工作性能差且輕集料容易上浮，導(dǎo)致新拌混凝土分層，離析和泌水。因此，控制輕集料上浮是實(shí)現(xiàn)輕集料混凝土結(jié)構(gòu)與功能一體化的必要措施。
從集料的顆粒運(yùn)動方程來看，控制輕集料的最大粒徑，控制水泥漿體與輕集料顆粒的密度差、提高混凝土的粘度將有利于控制輕集料上浮，改善輕集料混凝土的勻質(zhì)性能。本文重點(diǎn)研究在選定輕集料粒徑為5-16mm的條件下，礦物摻和料對輕集料混凝土工作性能的影響。
1 原材料
水泥：廣州珠江水泥廠生產(chǎn)的粵秀牌P.O42.5水泥
粉煤灰：I級灰，45μm方孔篩篩余10.8%,需水量比94%
礦粉：S95級，密度2.90g/cm3,比表面積450m2/kg
粗集料：湖北宜昌光大碎石型頁巖陶粒，密度等級為800級，粒徑5-16mm,其具體參數(shù)見表1.
細(xì)集料：普通河砂，細(xì)度模數(shù)2.60,Ⅱ區(qū)中砂，級配良好
外加劑：聚羧酸高效緩凝減水劑（固含量30%），減水率27%
2 試驗(yàn)方法
2.1 試驗(yàn)設(shè)備與操作
通過測定坍落度、擴(kuò)展度和分層度來綜合評價(jià)新拌輕集料混凝土的工作性能。坍落度、擴(kuò)展度的測定方法按照GB/T 50080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行；輕集料上浮的程度用分層度大小來評價(jià)。分層度采用自行制作的分層度儀，該儀器由3個(gè)薄壁圓柱筒組成，每個(gè)尺寸為φ120mmX200mm（如圖1所示）。分層度試驗(yàn)參考王志偉的試驗(yàn)操作方法。
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2.2 數(shù)據(jù)處理
在分層移取上、中、下三層混凝土拌合物時(shí)，不同操作者會影響每層混凝土和陶粒的質(zhì)量。為了減小試驗(yàn)所造成的誤差，按以下公式計(jì)算混凝土分層度：
3 試驗(yàn)結(jié)果與分析
3.1 試驗(yàn)配合比
試驗(yàn)基準(zhǔn)配合比采用有效W/B=0.28,膠凝材料總量為480kg/m3,選用聚羧酸高效減水劑，摻量為0.9%,體積砂率40%,其具體參數(shù)詳見表2.
3.2 粉煤灰對輕集料混凝土工作性能的影響
由表3和圖2可見，隨著粉煤灰摻量的增大，新拌輕集料混凝土的坍落度和擴(kuò)展度都增大，且混凝土坍落度損失也有所改善。當(dāng)粉煤灰摻量由0增大到15%時(shí)，雖然混凝土的坍落度和擴(kuò)展度增大并不是很明顯，但是1h后混凝土的坍落度損失卻由原來的9cm降至2.5cm,混凝土分層度由原來的5.9%降至3.1%;當(dāng)粉煤灰摻量由15%增大到25%時(shí)，混凝土坍落度和擴(kuò)展度反彈增大，1h坍落度損失在3cm左右，混凝土分層度隨著粉煤灰摻量的增大而增大。
粉煤灰對輕集料混凝土的工作性能有很大的影響。首先，I級粉煤灰在某種意義上就是一種礦物減水劑，表面光滑且為球形顆粒，具有良好的“滾珠效應(yīng)”,能有效降低粉體顆粒之間的摩擦阻力，同時(shí)將混凝土中的自由水釋放出來。所以，隨著粉煤灰摻量的增大，自由水量的增多降低了混凝土的粘度，輕集料在重力作用下克服漿體的阻力降低，增強(qiáng)了混凝土的流動性能。
其次，粉煤灰顆粒的活性比較低，有效地降低了水泥的水化進(jìn)程，同時(shí)延緩了水化反應(yīng)對減水劑的消耗，使得混凝土坍落度損失隨著粉煤灰摻量的增大而減小。[Page]
最后，粉煤灰顆粒密度比水泥顆粒密度要小得多，粉煤灰等量替代部分水泥后使得水泥漿體與輕集料顆粒之間的密度差值變小，減小了輕集料上浮的現(xiàn)象，降低了混凝土的分層度，提高了混凝土的勻質(zhì)性能；但當(dāng)粉煤灰摻量超過15%后，混凝土的分層度又開始反彈變大。根據(jù)集料速度運(yùn)動公式ν=2R2Δρg/9η可知，輕集料的運(yùn)動速率與混凝土的粘度成反比。當(dāng)粉煤灰的摻量超過一定值時(shí)，輕集料的顆粒密度與水泥漿體的差值Δρ和水泥漿體的粘度η都在減小，但是Δρ比刀下降得慢，使得Δρ/η值變大，增大了混凝土的分層度。因此，只有摻入適量的粉煤灰，才有利于改善輕集料混凝土的工作性能。
3.3 礦粉對輕集料混凝土的工作性能影響
由表4和圖3可見，隨著礦粉摻量的增大，新拌輕集料混凝土的坍落度和擴(kuò)展度都有所降低，但混凝土坍落度損失和分層度卻有所改善。摻礦粉的輕集料混凝土初始坍落度比未摻礦粉的小15%~30%,但1h后摻入礦粉的混凝土坍落度損失平均只有2cm,而未摻礦粉的混凝土坍落度損失卻有9cm;輕集料混凝土分層度隨著礦粉摻量的增大出現(xiàn)先減小而后增大的現(xiàn)象，當(dāng)?shù)V粉摻量超過15%后，混凝土分層度急劇上升。
雖然礦粉對混凝土的和易性貢獻(xiàn)不如粉煤灰大，但適量的摻入礦粉可以改善混凝土的坍落度損失和降低混凝土分層度。這是由于礦粉顆粒表面粗糙，比表面積和需水量比較大，粉體單位面積上需要的水分子和減水劑增多，使得摻礦粉的混凝土流動性能比未摻礦粉的混凝土流動性能小；摻入適量的礦粉，用其替代水泥將可以減緩水泥的水化速度，從而延緩鈣礬石的生成，減少混凝土坍落度損失；而且礦粉的摻入將增大水泥漿體的粘度η，降低集料的運(yùn)動速率，減小混凝土的分層度。因此，適量的摻入礦粉可以改善混凝土坍落度損失，增大混凝土的粘度，防止輕集料上浮，降低混凝土的分層度，提高混凝土的勻質(zhì)性。
4 結(jié)論
（1）礦粉對輕集料混凝土的流動性能不如粉煤灰好。粉煤灰的摻入增大了混凝土的坍落度和擴(kuò)展度，而礦粉的摻入減小了混凝土的坍落度和擴(kuò)展度；但用兩者替代部分的水泥用量，均延緩了膠凝體系的凝聚速率，減少了混凝土坍落度損失，使1h混凝土坍落度損失控制在10%以內(nèi)。
（2）粉煤灰的摻量存在一個(gè)最優(yōu)值15%.當(dāng)粉煤灰摻量由0增大到15%時(shí)，輕集料混凝土的分層度由原來的5.9%降至3.1%;但當(dāng)粉煤灰摻量超過15%后，混凝土的分層度將反彈增大，輕集料上浮明顯，混凝土的勻質(zhì)性能變差。
?。?）輕集料混凝土分層度隨著礦粉摻量的增大出現(xiàn)先減小而后增大的現(xiàn)象，但當(dāng)?shù)V粉摻量超過15%后，混凝土分層度急劇上升。
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