預拌自密實混凝土應用性能的控制

HorstGrube 著宿萬 譯

摘要：自密實混凝土(SVB)特點主要體現在其新拌混凝土的特別的性能。然而自密實混凝土這些特性是通過質量穩定的最優化的原材料以及制造過程達到的。在實際應用時，作為預拌自密實混凝土澆筑時，其必須顯示出所需要的新拌混凝土特性。在混合物混合結束與澆筑開始之間的間隔時間總計可能超過90min，在這較長時間間隔情況下，與在預制工廠應用相比，要求考慮時間和溫度對自密實混凝土(SVB)的實用特性變化的影響。掌握粉體材料應用、含水量和增塑劑作用原理以及其相互影響方面的足夠的知識是必要的?；炷猎牧虾突炷翗嫵蓪炷亮髯冃阅?、混凝土硬化性能和施工性能的影響由試驗室試驗確定。在對預拌混凝土相同原材料和相同配合比的監督檢查應根據在結合實際情況下進行，混凝土的可否運送由試驗室的結果確定。所有被監督檢查的混凝土應符合客戶訂貨確定的硬化混凝土性能要求。

關鍵詞：自密實混凝土；應用；性能；控制

中圖分類號：TU377文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2007）10-0252-06

1介紹

自密實混凝土(SVB)是一種受重力的影響自由流動幾乎可以流平的、能排除空氣完全填充滿鋼筋和模板之間空間的混凝土。根據自密實混凝土(SVB)特別的自密實的效率效能的特性，自密實混凝土(SVB)還是一種高性能的混凝土。與其他高性能混凝土一樣(如高強混凝土，抗酸混凝土)，自密實混凝土與傳統的普通混凝土有著不同的性能，達到這種不同的特性，不僅需要質量穩定的最優的原材料來實現，而且需要穩定的最優化的配合比來實現。粉體顆粒(水泥和粒徑<0.125毫米外摻料)、水和增塑劑之間的相互影響決定了重要的流動性能和SVB的混合物的穩定性能。總篩分曲線的各級顆粒的變化，對混凝土不會被鋼筋卡柱環阻擋的特性帶來影響。

顯然，自密實混凝土獲得所需要的施工性能，不會象振動密實混凝土那樣相對容易地保持那么長時間。當振動密實混凝土施工性能波動時，通過采用大范圍的花費大的強烈振動可使混凝土密實、穩定，但對于SVB是不可能的。因此在初始試驗時必須考慮由于生產和運輸給自密實混凝土施工性能帶來的影響，如預拌的自密實混凝土在混合攪拌好后，混凝土運送時間間隔在預制工廠大約10分鐘到30分鐘，而預拌外運時，時間間隔時間經常需要30分鐘到120分鐘。此外，還要為各種各樣的復雜條件下的工地的大批量構件提供具有通用性和相同施工性能的混凝土拌和物。另外的影響因素還有強烈的變化不定的天氣情況（溫度、水的蒸發率），對此應保證已經存在于建筑構件的混凝土性能與新交付的混凝土一致。因此供應中斷對自密實混凝土來說，比振動密實混凝土可能帶來更加不利的后果。如果被交付的自密實混凝土不滿足訂貨的需求，在建筑工地存在進行調整更正的選擇，這是非常重要的一個問題。在水泥工業研究所現在有一項預拌混凝土聯合研究協會的聯合研究計劃得到金融資助，這項計劃明確的目標就是研究出現有的混凝土原材料和設備條件下預拌混凝土的SVB在混凝土攪拌站的生產技術。

本報告研究探討以下問題：

水的劑量的少許偏差對混凝土最后流動性能的影響的研究；

水的劑量和增塑劑的劑量對混凝土硬化性能的影響的研究；

在工地，通過增加增塑劑或水，通過調整更正而獲得令人滿意的穩定性混凝土的可行性研究。

2流變特征和測試方法

包括水泥、混凝土外摻料、加入的水和增塑劑的粉體懸浮體的流變特征取決于水固比關系和增塑劑含量。因為加入的水是規定的最少的飽和含水量，為了潤濕固體顆粒表面和填充粉體顆粒間的空隙這些水是必需的。在能量作用下，顆粒與懸浮體之間的過渡顯示出來，顆粒表面的凝聚丟失，并且顆?；旌衔镩_始流動，見圖1。自加水起，由水和增塑劑組成的懸浮體特征是可控制的。圖2通過圖示展示了水和增塑劑含量對粉體顆粒膠合懸浮特征的影響，通過許多研究，圖示闡明證實了水泥或粉體顆粒懸浮體的流變特性，這一流變特性符合Bingham流體特性，可用Bingham模型來描述。水泥漿或粉體顆粒懸浮體的流變特性可用建筑材料流變儀（如同粘度儀NT）測試確定，并用流變曲線的形式來描述。在試驗中用不同的旋轉的速度N(1/min)旋轉，伴隨懸浮體的傳遞引起的剪切阻力被測量和描繪出來。由于Bingham模型的有效性，相對流動界限極點g和相對動力粘度h可根據測點按公式T=g+h·N求得。水含量和增塑劑的數量不同程度對參數g和h產生影響：增塑劑的數量上升導致相對流動界限極點g的降低，而水的數量的上升導致相對流動界限極點g和相對動力粘度h的減少(見圖2)。

當確定混凝土流變性能的測量規程一定時，流動度sm和相對漏斗速度R證明是令人滿意的。當流動度主要受相對流動界限極點g影響時，相對漏斗速度主要地取決于動力粘度h。

評估混凝土流變性能適合采用圖3中二個測試參數的表示法。對流動度sm和相對漏斗速度R的實用性范圍是有限的，根據經驗此范圍混凝土施工性能，或者說SVB流動能力和抗離析能力是令人滿意的。

在此范圍外，混凝土構成偏向離析沉積，或者說混凝土排空性和流動性（沉滯）不令人滿意。通過許多研究表明，第四個角落區域是完全沒有可能存在的的。

在圖中通過sm(流動度)和R(相對漏斗速度)大小測量的情況（圖3），水和增塑劑含量方面的變化是可以判斷的，這樣最終就可以決定是否有針對性去進行必要的調整修正。

SVB離析的可能性可以用垂度棍檢查出來。SVB通過鋼筋阻攔圓環，其流動行為被阻攔，可以用這阻攔圓環或箱形測試流動度方法，準確地測定混凝土的性能。

3試驗室檢驗

3.1混凝土技術要求

被檢驗的混凝土應滿足客戶訂貨的需求，而客戶訂貨的需求也應符合DINEN206-1和DIN1045-2規定的XC1/XC2分類等級的要求。涉及到粉體顆粒類的混凝土中粉體顆粒含量大約為550kg/m³。

試驗室檢驗的規定目標通常適用以下條件:流動度sm在60cm和75cm之間，相對漏斗速度R在0，45s-1和1.0s-1之間。在箱形試驗時測試上升的高度必須至少達到32cm。SVB必須在拌和完后的至少2h時間內保有能夠有充足的時間進行運輸和澆筑的性能。

在實際中，檢驗是通過在試驗室針對性的充分的初始試驗和通過混凝土生產過程中日常的檢查結合

在在一起進行的。

3.2混凝土原材料

3.2.1水泥和混凝土外摻料

粉體顆?；旌衔锏臉嫵砂凑誅IN1045-2最小水泥用量和允許的最大水灰比進行調整，按照DIN1045-2中的XC1/XC2等級規定，粉體顆?；炷练垠w顆粒含量大約為550kg/m³。因而得到水泥用量240kg/m³和粉煤灰用量310kg/m³。

根據DINEN450，使用了CEMIII/A32.5N水泥，使用了粉煤灰作為混凝土外摻料。水泥的需水量為30.5%，粉煤灰的需水量為31.5%。195min時水泥開始凝固。

用βp參數程序評估水泥和粉煤灰以及粉體顆?；旌衔锏念w?；潭?，確定混凝土混合物飽和含水量，混凝土混合物飽和含水量符合以下規定：水與固體材料體積比，對于水泥為1.05，對于粉煤灰為0.65，對粉體顆?；旌衔餅?.9。最終含水量滿足能使水與固體材料的質量比達到約為0.35。根據βp參數程序試驗求得的飽和含水量比SVB所需要的含水量要高，比混凝土初始含水量減少10%，因而應進一步進行研究優化。

3.2.2增塑劑

初始試驗按照一般建筑管理允許的含有高活性物質PCE的有效成份選取四種增塑劑，根據制造商的預拌混凝土的使用說明是符合要求的。固體含量根據EN480-8由增塑劑蒸發測得。被檢驗的增塑劑的中固體重量大約為35%。根據紅外光譜圖顯示，四種增塑劑的有效成份是不一樣的。用粘度計NT對飽和曲線的研究提供了一個幾乎相同飽和劑量，大約0.25%，與水泥的數量相關的增塑劑輕微的偏離會帶來剪切阻力的波動。

作為預拌混凝土自密實混凝土的生產，獲得長時間具有令人滿意的施工性能是十分重要的。各增塑劑的作用時間按標準混凝土構成(水泥=300kg/m³;粉煤灰=250kg/m³;加水量=175l/m³)通過預先試驗求得確定。用不同的增塑劑配置的標準混凝土通過阻攔圓環的初始流動度為75cm。之后每隔30min用阻攔圓環對流動度重復檢驗一次。試驗研究顯示增塑劑有關的液化、劑量和作用時間是特別的合適的。

因此采用這些增塑劑，主要試驗研究獲得了成功。

3.2.3骨料

用萊茵河石渣和萊茵河粒化巖石作為骨料。為降低被阻攔，篩分曲線執行

參考文獻并改變各級篩余。阻攔的行為和施工性能的檢驗可用箱形方法進行測試，阻攔圓環用于測定混凝土的流動度?；覞{體積和級配粗骨料的選擇確保在任何的情況下混凝土流動不被阻攔。圖4展示的分級的曲線SL2的骨料，用于主要試驗研究。

3.2.4混凝土配比、生產和檢驗

初步試驗研究用來優選預拌混凝的自密實混凝土。大約±7l/m³含水量的波動會給試驗帶來流動度、漏斗速度和箱形測試的上升高度發生變化。

接下來進行由于增塑劑的劑量引起混凝土施工性能變動的試驗研究。混凝土構成在圖1中已進行了描述。

混凝土原材料依次按骨料、水泥和粉煤灰、2/3加水量和帶增塑劑的1/3加水量，加入在200升試驗室固定的強制攪拌機，加入之后混合攪拌3min后，檢驗以下性能：流動度、SVB流動為直徑500毫米時所需時間t500、R相對漏斗速度、箱形測試的上升的高度、加阻攔圓環測試的流動度smR、SVB通過阻攔圓環流動為直徑500毫米時所需時間t500R、必要時垂度棍浸沒深度。

每30分鐘在短暫混合以后重復進行檢驗。流動度sm<60cm被指定為流動能力的界限。如果混凝土到達了這個界限，每次向攪拌器增加0.2%增塑劑混合攪拌90s，接下來對新比例增塑劑的SVB新拌混凝土的進行重復檢驗，按原先模式辦法繼續檢驗。

4檢驗結果

4.1試驗室用混凝土

4.1.1含水量的變化

圖5到7顯示的是對SVB1，SVB2a和SVB3在相應的流動度情況下所測得的相對漏斗流出速度的變化曲線。這些混凝土不同之處是，在同樣配合比情況下其加水量在最佳含水量175l/m³附近有±7l/m³的波動(見表1)。只有當顯示出具有充足的流動性（流動度>60cm）時，所有混凝土才能滿足有關施工性的箱形試驗測試和阻攔圓環的檢驗方面的客戶需求。特別要對混凝土離析傾向的性能進行檢驗。流動度為75cm和相對漏斗流出速度1，0s-1時，被檢驗的含有粉體顆粒550kg/m³混凝土的混合物穩定性不再穩定。表2是被檢驗混凝土流動度和相應的相對漏斗流出速度測量值的一個匯總。

用水量為175l/m³混凝土SVB2a，生產出來后很稀軟，流動度81cm，相對漏斗流出速度的1.13s-1，有發生沉降趨勢。在60分鐘內施工性下降了到了施工性邊界之下，可混凝土在混合物混合后20分鐘和40分鐘之間擁有最佳的自密實特性。在摻入0，2%增塑劑60分鐘以后幾乎可再回到混凝土最初的流動性。在一個短暫過渡周期約15個分鐘以后混凝土到達最佳的自密實特性，然后保持大約70分鐘。(見圖8)。SVB1和SVB3顯示了同樣硬化強度。少加了7l/m³少量水的SVB1顯示其施工性能比SVB2a下降的更加快速。微粒彼此間(更小的水膜厚度)更小的距離和水泥最初的水化反應新形成的表面，限制了增塑劑作用的持續。

后摻入增塑劑30分鐘以后能重新分散粉體顆粒。由于增加到了182l/m³的含水量，所以SVB3顯示了高流動性。因此混凝土混合結束30分鐘內澆筑肯定不會產生離析。之后它一直保持著最佳的自密實新拌混凝土特性。摻入0.2%增塑劑后120分鐘內，這段時間同樣可以重新回到混凝土最初的流動性，并可保持2h的施工性能。就和預計的一樣，加水量的波動不僅對流動度產生影響，而且對相對漏斗流出速度產生影響。

4.1.2增塑劑摻量的變化

圖6、圖9和圖10顯示的是摻有不同摻量的增塑劑混凝土SVB2a在相應的流動度情況下所測得的相對漏斗速度的變化曲線。這些混凝土不同之處是，在最佳含水量175l/m³和相同配合比情況下，混凝土增塑劑的摻量不同(見表1)。只有混凝土具有令人滿意的流動性（流動度sm>60cm），混凝土在箱形測試上升高度和通過阻攔圓環的流動度方面才能符合客戶訂貨需求。只有混凝土流動度sm<75cm和漏斗速度R<1s-1，混凝土混合物才能穩定。

圖9和圖10說明了增塑劑數量對流動性能和施工性能保持時間的影響。顯然提高增塑劑劑量可明顯延長施工性能保持時間。更高的增塑劑摻量的混凝土SVB2b和SVB2c由于最初有離析傾向，晚一些時候澆筑混凝土（SVB2b大約晚30分鐘，SVB2c大約晚45分鐘），可顯現其令人滿意的、施工性能保持時間長的特性。在晚些時候摻入更高劑量的增塑劑也將是可能的?；炷岭x析趨向在圖10里截面圖清楚地顯現。較高增塑劑摻量20%的SVB2c混凝土在混合以后呈現立即沉積傾向(右截面圖)。然而在60分鐘以后顯示令人滿意的穩定性(左截面圖)。這性能由垂度棍試驗對新拌混凝土進行測試是可辨別的。

4.2預拌混凝土站生產的SVB新拌混凝土性能的檢驗

為了審查從試驗室得來的結果，需要檢驗混凝土預拌站根據SVB2b配合比生產的自密實混凝土SVBP1新拌混凝土性能和硬化混凝土性能。特別要注意，骨料本身含有1%到5%的含水量。一方面得到準確的含水量很困難，另一方面骨料通常是水飽和的，不會因為吸收帶來水的損失。SVB的生產選擇下面的操作方法進行。為了避免混凝土比實際需要增加更多水，考慮到骨料本身含水量，應根據計劃每m³混凝土少稱10升水。沒有增塑劑的SVB最初稠度顯然要通過加水量來調整。按計劃數量的90%加入增塑劑混合的混凝土令人滿意。隨后，檢驗代表流動性和SVB的粘度的對應的流動度和t500-時間。如果必須，在最初計劃的劑量基礎上進一步增加增塑劑投到混凝土攪拌機里。裝料量共計在每次1.5m³。之后30分鐘和60分鐘檢驗流動度和對應的t500-時間、漏斗流動時間和箱形測試的上升的高度。

圖11顯示SVBP1流動曲線和與對應的試驗室混凝土的比較。通過更大的混合數量和混凝土攪拌機轉鼓內不斷的的運動，SVBP1在30min.以后顯示出一條流動性稍微更加有利的曲線。圖12個顯示了作為反映動力粘度特征和混合物構成的t500-時間曲線。因而這里就性能而言，實際應用的混凝土也列入到了試驗室混凝土。

4.2硬化混凝土產品

所有被檢驗的混凝土應具有依照訂貨要求的硬化混凝土性能：抗壓強度48±3N/mm²，拉伸分裂強度3.8±0.2N/mm²，彈性模量約28000N/mm²，收縮率90天齡期共計0.40±0.03mm/m，碳化深度在90天齡期為9±2毫米。

5總結

試驗研究的目標是確定自密實預拌的混凝土的配比波動對施工性能影響，在所需要的性能發生損失時，推定最終的必需的調整辦法。自密實預拌的混凝土檢驗的目的是，根據DIN1045-2(等效水灰比約0.65)確定內部混凝土是否滿足的客戶需求，在預拌混凝土站大規模的生產時，此混凝土配比是否具有代表性。這些的結果的提出，僅限制于粉體顆粒含量550kg/m³，含水量175l/m³和膠結灰漿體積約36%，膠結灰漿的水膠比約0，32的混凝土。自密實施工性能應通過試驗室的不加阻攔圓環的流動度檢驗、相對漏斗速度檢驗和箱形試驗的上升高度檢驗測定，還應對根據實際條件下預拌混凝土站生產出來的混凝土的進行檢驗。水泥為符合DINEN197-1CEMIII/A32.5，混凝土外摻料為符合DINEN450的粉煤灰。依據標準混凝土的配比檢驗不同的增塑劑對流動度變化曲線的影響。增塑劑根據PCE的有效成份作為基準被證明特別有效。所以增塑劑僅在主要檢驗時去使用。與初始試驗固定的混凝土配比相比，混凝土組成中加水量變化了±7l/m³。作為調整的應急措施，后加入0.2%增塑劑的混凝土施工性能，經檢驗不再令人滿意。所有被檢驗的混凝土都具有客戶訂貨需要的硬化混凝土性能。

自密實混凝土施工性能的變化的描述由流動度和相對漏斗流出速度代表。在這樣圖示里可劃定一個范圍，一個按照試驗得出的施工性能足夠好的混凝土范圍，也就是說，提供一個令人滿意的流動性、排氣和混合物穩定性、自密實性的混凝土。

結果可以總結如下：

◆目標混凝土配比的獲得，必須采用以后要使用的粉體顆粒材料和骨料組成的混凝土進行的初始試驗為基準。

◆根據經驗證明，流動度在60cm～75cm之間和相對漏斗流出速度在0.45s-1～1.0s-1之間的混凝土具有令人滿意的施工性能。

◆考慮實際配比時，應特別注意總用水量的波動對流動度的影響。正常的波動范圍根據初始試驗確定。

◆加水量±7l/m³的偏差對流動性和混合物穩定性的改變是十分明顯的。

◆在混合以后，流動度沒有增加多少?；蛘哒f，由于被檢混凝土變硬，特別在較短的時間內變硬，在混合以后相對漏斗流出速度減低。

◆當流動度和漏斗速度不再令人滿意時，通過后摻入增塑劑，可以將較長運輸時間或存放時間的混凝土重新調整為令人滿意的施工性能的混凝土。

◆為了在一個充足的時間里保持混凝土的令人滿意的自密實性能，應通過有關基準混凝土的初始試驗，檢驗粉體顆粒和增塑劑的相互作用對流動度的影響。

這些測試結果強調了在預拌SVB混凝土加工和生產時，仔細地有計劃的進行初試以及首次檢驗和監督檢驗的重要性。

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本篇譯自于BETON-DUSSELDORF.2002，VOL52;PART4，pages217-223．CountryofpublicationGermany.（宿萬譯）

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”