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新拌混凝土要素大起底

发布者:master
发布时间:2020-07-01 14:22:00
新拌混凝土的坍落度
新拌混凝土的坍落度是判断新拌混凝土和易性的一项综合性定量指标,是新拌混凝土内在质量的外在表现,能定性地反映出新拌混凝土的保水性、流动性和粘聚性。
坍落度测试:用上口直径为100mm、下口直径为200mm、高度为300mm的喇叭状坍落度桶,灌入混凝土捣实,拔起桶,混凝土自重产生塌落现象。用桶高(300mm)减塌落混凝土最高点高度,差值称为坍落度。如差值为10mm,则坍落度为10。

新拌混凝土的坍落度应根据构筑物的结构断面、钢筋密度、运输距离、运输方式、浇筑方式、振捣方式和气候条件等确定,在满足上述条件的基础上,宜采用尽可能小的坍落度。

影响坍落度的因素包括:
1、新拌混凝土的用水量。
2、新拌混凝土的水灰比。
3、新拌混凝土的砂率。
4、新拌混凝土所用水泥的品种。
5、新拌混凝土所用的骨料品种。
6、新拌混凝土所用的外加剂品种。
7、施工时间和环境温度。

坍落度损失是坍落度控制的主要任务,其不仅直接影响到外加剂的使用效果,还大大制约了搅拌站的服务半径及泵送高度和距离,处理不当回使卸料困难甚至泵送时发生堵管。另外,坍落度损失过大还会造成浇筑困难,导致硬化混凝土中产生蜂窝、孔洞等病害。


新拌混凝土的泌水与沉降
混凝土拌合物经浇筑、振捣之后,在凝结、硬化的过程中,伴随着粒状材料的下沉所出现的部分拌合水上浮至混凝土表面的现象,叫做泌水。
泌水量的多少受水泥与骨料的性质、环境温度等因素的影响。一般来说,水灰比和坍落度越大,粗骨料越多,砂子越粗,泌水量越多。在混凝土中掺入引气剂或减水剂,可以减少泌水量。同一配比的混凝土,浇筑高度越高,泌水量越多。
泌水量多的混凝土,其沉降量也大,容易在混凝土内部导致沉降裂缝,在粗骨料或水平钢筋的下部产生间隙,对混凝土密实性不利。同时上浮的水使表层混凝土的水灰比增大,产生薄弱层,导致表层起皮、起砂,影响混凝土强度和耐久性。如果抹平作业时表面泌水过多,可能在表层下产生水囊或空隙,严重影响表层混凝土强度。
适量的泌水有利于控制表面的塑性收缩开裂,有利于表面的抹平作业。
随着泌水的蒸发,硬化混凝土表面会比刚刚浇筑时的表面有所下降,称之为沉降收缩。
对于有承重、水密等要求的混凝土,应尽量减少泌水量,避免出现薄弱层和空隙。
衡量泌水的指标有泌水量和泌水率两个指标。ASTM-C232中有关于测量泌水量的试验方法。采用金属制圆筒中状容器,容器的内径为25cm,内高为28.5cm。往容器注入要检测的混凝土,是混凝土表面比容器上口边缘低3±0.3pm,并用抹刀将混凝土表面抹平。抹平后立即记录时间,作为时间的起点,然后保持试样和容器不受震动,将其放置在水平的台面上,盖上合适的盖子。之后,每隔一定时间吸取渗出的水,直到认为不再泌水为止。测量吸出的总水量。
泌水量==吸出的全部水量/混凝土的上表面积(cm3/cm2)
泌水率==(吸出的全部水量/混凝土的拌合水量)*100%

新拌混凝土的屈服值与塑性粘性
新拌混凝土是塑性的或半流态材料,可以在模具中浇筑成型。在新拌混凝土中,所有的砂石骨料都被水泥浆包裹并悬浮在浆体中,在运输过程中,不能出现离析现象。在浇筑过程中,新拌混凝土应能缓慢地流动而不产生离析。硬化后,所有组成部分都应均匀分布。
在分析新拌混凝土的流变特性时,有两个参数至关重要。第一个是屈服值,第二个是塑性黏度。
屈服值是使材料发生变形所需的最小应力。塌落度越小,说明新拌混凝土的屈服值越大,在较小的应力作用下,越不容易变形。而塌落度大的新拌混凝土不能支持自身的重量,为了分散由重力所产生的应力,则发生塌落、流动,形状变的扁平,直到剪切应力值小于其屈服值,才停止塌落流动。
影响新拌混凝土屈服值的主要因素有用水量和化学外加剂,一般来说,混凝土的单方用水量越大,屈服值越小。掺入减水剂也会是屈服值降低。
塑性黏度反应的是作用应力与流动速度之间的关系。塑性黏度影响新拌混凝土的流动变形速度,对于不同的两批新拌混凝土,如果塌落度相同,但从提起塌落度筒到新拌混凝土停止塌落,达到稳定的时间不同,说明它们的塑性黏度不同。新拌混凝土的塑性黏度越大,变形时间就越长,也就越不容易流动。
一般来说,水泥用量多的新拌混凝土,其塑性粘度有增大的倾向。使用减水剂而减少单位用水量的新拌混凝土,与不用减水剂但塌落度相同的新拌混凝土相比,塑性黏度要大很多。
在泵送施工时,塌落度相同但塑性黏度不同的新拌混凝土,塑性黏度大的压力损失也大。

新拌混凝土的硬化与水化
硅酸盐水泥中含有多种化合物,其中占90%以上(重量比)的最主要的4种化合物是C3S(硅酸三钙)、C2S(硅酸二钙)、C3A(铝酸三钙)和C4AF(铁铝酸四钙)。除了这几种主要的化合物外,其他的成分在水泥水化过程中也起到重要的作用。

在显微镜下观察硅酸盐水泥熟料,大部分化合物都能够被分辨出来,但也有一些非常细小的颗粒无法辨认。硅酸盐水泥颗粒的平均直径约为15μm,如果所有的颗粒都是平均直径的话,每公斤硅酸盐水泥大约含有3000亿个颗粒,但实际上,每公斤硅酸盐水泥中含有大约16万亿个颗粒!每公斤硅酸盐水泥颗粒的表面积大约为400平方米。
硅酸盐水泥水化后生成两种主要的水化物,水化硅酸钙和氢氧化钙。水化硅酸钙是混凝土中最重要的成分,决定着混凝土的工程性能,包括凝结与硬化、强度、体积稳定性等。
水化硅酸钙的主要化学成为是氧化钙(石灰)和二氧化硅,大致的比例是3:2。在硬化的水泥浆中,水化硅酸钙把骨料、未水化的水泥颗粒等粘结在一起,形成致密的凝结体。
混凝土硬化过程中,其体积基本不变,但内部会形成一些充满水或空气的微孔隙,这些孔隙是没有强度的。水泥浆的孔隙越少,混凝土的强度越高。因此,在拌合时,要尽可能减少拌合水的使用量,只要能满足水泥水化需要和和易性要求就行。但即使这样,所用的拌合水也多过水泥完全水化所需的用水量,因此混凝土中的孔隙是难以避免的。
水泥的水化反应是一个放热反应,放出的热量称为水化热。在寒冷季节,水化热有利于保护混凝土不受冻害影响。但在炎热季节或大体积混凝土施工时,水化热是非常有害的,可能产生严重的温度裂缝。
硅酸盐水泥的水化速度也是十分重要的指标,初期的水化反应一定要足够的慢,使得有充足的时间来运输和施工。一旦混凝土施工完毕,则要求反应速度要快,能够尽快达到所需的强度。硅酸盐水泥中都加有石膏,其目的就是来调节硅酸盐水泥的初凝时间。
影响硅酸盐水泥水化速度的其他因素还包括水泥的细度、外加剂、拌合水量和拌合时环境的温度。一般来说,温度越高,水化速度越快,初终凝时间越短。

新拌混凝土的振捣
新拌混凝土入模后,经过适当的振捣,可以排出新拌混凝土内的气泡、水泡,使混凝土的组成材料分布均匀、密实,在模板内填充良好,棱角完整,内实外光。
振捣时要避免过振,过振会导致混凝土内水泥浆上浮,粗骨料下沉,出现分层离析现象。

振捣设备分为:
1、内部振捣器(插入式振捣器):插入混凝土内直接振捣。适合大体积混凝土、基础、柱、墙、梁及厚度较大的板。
2、表面振捣器(平板式振捣器):在钢或木制平板上,安装带有偏心块的电机,振动力通过平板传给混凝土,振动作用的深度较小。适用于表面积大而平整的混凝土结构。混凝土的坍落度不宜过大。
3、外部振捣器:利用螺栓或钳形夹具,将振捣器固定在模板外侧,通过模板将振动力作用于混凝土上,其作用影响的深度有限。适用于不能使用内部振捣器的结构,但要求模板能承受直接作用的振动力。
4、振动台:振动器挂在台面下方,台面用弹簧支承在下支架上,振动时台面发生上下振动,台面上有固定模板的卡具。适用于预制构件振捣,为固定式振动设备。
振捣作业要点:振捣手握住振捣棒上端的软轴胶管,快速插入砼内部。振捣时,振动棒上下略为抽动,振捣时间为20~30秒,但以砼面不再出现气泡、不再显著下沉、表面泛浆和表面形成水平面为准。使用插入式振动器应做到快插慢拔,插点要均匀排列,逐点移动,按顺序进行,不得遗漏,做到均匀振实。移动间距不大于振动棒作用半径的1.5倍(一般为300~400mm),靠近模板距离不应小于200mm。振捣上一层时应插入下层混凝土面50~100mm,以消除两层间的接缝。平板振动器的移动间距应能保证振动器的平板覆盖已振实部分边缘。

新拌混凝土的气穴分析
检测新拌混凝土空气含量的常规办法,如压力检测法等只能检测混凝土中的空气总含量,不能提供有关气穴系统质量的各种参数。这些参数,如气穴的大小、数量、间距等,只能等混凝土硬化后才能取样检测,不能在混凝土生产和施工过程中进行,因此也就不能及时发现问题进行调整。
为了及时检测这些参数,可以用一种简单的称为“气穴分析仪”的设备进行分析。该设备可以检测气穴的体积和大小的分布,并用来推算气穴的间距参数、比表面积和总含气量。
检测时,从新拌混凝土中取的样品被放置在仪器中,样品中的气泡通过粘性液体进入装满水的圆柱中,气泡不断上升,被一个浮力记录仪接收。粘性液体可以保证原始气泡的体积不变,体积较大的气泡上升速度较快,体积较小的上升速度较慢,而浮力记录仪记录的数据可以与不同体积的气泡数量建立起一个函数关系,从而推断出相关参数。
新拌混凝土的样品可以在搅拌站取样,也可以在工作现场取样,这样就可以判断混凝土的运输、浇筑和振捣等对气穴系统的影响,从而及时对混凝土进行调整。
尽管这种方法的精度并不是太高,但其检测结果还是具有很大的参考价值的。
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