低膠材在C30自密實微膨脹混凝土的應(yīng)用研究

馬雙平，周芬，朱華雄,2，楊華,2

（1.武漢蘇博新型建材有限公司，湖北　武漢　430082；2.武漢青山武鋼實業(yè)浩源化工有限公司，湖北　武漢　430082； 3.武漢理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖北　武漢　430070）

低膠材在C30自密實微膨脹混凝土的應(yīng)用研究

馬雙平1,2,3，周芬1，朱華雄1,2，楊華1,2

（1.武漢蘇博新型建材有限公司，湖北武漢430082；2.武漢青山武鋼實業(yè)浩源化工有限公司，湖北武漢430082； 3.武漢理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖北武漢430070）

使武漢陽邏港頭樁基，參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)將一定比例的聚羧酸母液及緩凝、保塑成份混合后再分別復(fù)配優(yōu)選的 4 種抗離析材料進(jìn)行 C30 普通低膠材自密實混凝土試驗，依據(jù)試驗結(jié)果及抗離析材料的成本選擇了一種性價比最優(yōu)的配比試配了 C30 低膠材自密實微膨脹鋼管混凝土，各項性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計施工要求，成功應(yīng)用于混凝土工程。

低膠凝材料用量；自密實混凝土；抗離析材料

0　前言

自密實混凝土（Self-Consolidation Concrete, SCC）具有良好的施工性能，常采用較多的膠材配制，當(dāng)配制低強(qiáng)度等級自密實混凝土（也稱智能動力混凝土[1]）時，過高的膠材用量雖然滿足了粘聚、保水性能，但會導(dǎo)致混凝土成本過高[2]。因而，使用較少的膠材用量配制低強(qiáng)度等級自密實混凝土?xí)r，一般需要加入性能優(yōu)異的抗離析材料[3]。

聚羧酸系高性能減水劑較傳統(tǒng)的萘系及脂肪族等高效減水劑具有更高的減水率。使用其配制的混凝土拌合物的黏滯阻力小，工作性好且收縮率低，可以彌補(bǔ)自密實混凝土收縮大的缺陷。

基于上述分析，通過大量的試驗，使用優(yōu)選的抗離析材料與聚羧酸系減水劑復(fù)配，配制了低膠材自密實微膨脹混凝土，成功應(yīng)用于陽邏港碼頭樁基結(jié)構(gòu)工程。

1　工程概況

武漢陽邏港碼頭是國家一類開放口岸的重點建設(shè)工程，其下部樁基結(jié)構(gòu)采用大直徑 (1.8m)、薄壁 (14mm) 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)填 C30 自密實微膨脹混凝土（見圖 1）。混凝土技術(shù)指標(biāo)除了滿足常規(guī)自密實混凝土的要求外，還要滿足鋼管混凝土的性能要求，設(shè)計要求密閉環(huán)境下混凝土 28d 自由膨脹率為 1.0～3.0×10-4。王煥剛等人[4-5]對 C50 鋼管混凝土的含氣量的研究成果表明，混凝土的含氣量對其膨脹率影響較大，考慮到含氣量可能對膨脹性能造成不利影響及高、低強(qiáng)度等級混凝土的粘聚性能的差異，設(shè)計要求拌合物含氣量小于 3.0%

圖1　武漢陽邏港碼頭工程

2　原材料及試驗方法

2.1原材料

水泥為P?O 42.5級水泥；細(xì)集料為天然砂，表觀密度2636kg/m3，堆積密度 1629kg/m3，細(xì)度模數(shù) 2.26；粗集料為普通碎石，5～31.5mm 連續(xù)級配，最大粒徑 26.8mm，表觀密度 2743kg/m3，堆積密度 1580kg/m3；UEA 型膨脹劑；Ⅱ 級粉煤灰；自來水；自制醚類聚羧酸系減水劑。其中，水泥及膨脹劑的性能指標(biāo)見表 1 和表 2。

表1　水泥主要性能指標(biāo)

表2　膨脹劑性能指標(biāo)

2.2試驗方法

參照 GB/T 50080－2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法》、GB/T 50081－2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法》、GB/T 50082－2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相關(guān)試驗。

2.3混凝土配合比

參照 JGJ 55－2011《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》和JGJ/T 283－2012《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》相關(guān)規(guī)定，先計算出 C30 低膠材自密實微膨脹混凝土理論配合比，再通過試驗驗證，最終確定混凝土配合比如表 3 所示。

表3　混凝土配合比　　kg/m3

3　結(jié)果與討論

3.1抗離析材料的溶解性

優(yōu)選了 4 種能溶于聚羧酸減水劑的抗離析材料進(jìn)行溶解性試驗，常溫下分別將其溶于水及 20% 聚羧酸減水劑溶液中，觀察其溶解性。其中，易溶于水的抗離析材料先配制成水溶液后再加入到 20% 聚羧酸減水劑溶液中，難溶于水的則直接加入。結(jié)果如表 4 所示。

表4　抗離析材料的溶解性

M1、M2 兩種材料在常溫下的溶解度略高于表 4 中列出的數(shù)值，M3、M4 均易溶于兩種溶劑，復(fù)配使用非常方便。從表 4 中列出的數(shù)值可以看出，4 種抗離析材料在水中及20% 聚羧酸減水劑溶液中的溶解性不一致。M1 難溶于水，但能溶于聚羧酸減水劑溶液；后 3 種在兩種溶劑中的溶解性均較好。

3.2混凝土性能

先將一定量的緩凝、保塑成份與 20% 含量的聚羧酸母液復(fù)配，再與優(yōu)選的 4 種抗離析材料分別按一定比例復(fù)配。為了降低摻量的敏感性，將減水劑稀釋到 10% 含量。按表 3 列出的配合比進(jìn)行了五組對比試驗，結(jié)果如表 5 所示。其中，SC-1 所用的減水劑未添加抗離析材料，其余四組依次添加了4 種抗離析材料，M1～M4 添加用量分別為 0.04%，0.04%，0.6%，2.0%。

圖2　拌合物工作性能

表 5　混凝土性能

由表 5 及圖 2 可知，除未使用抗離析材料的混凝土拌合物 SC-1 的離析率不能滿足要求外，其余幾組加入了抗離析材料的離析率均較低。未加入抗離析材料的混凝土拌合物 SC-1及加入 M1 和 M2 兩種抗離析材料的混凝土拌合物SC-2 和 SC-3 的坍落擴(kuò)展度與 J 環(huán)擴(kuò)展度的差值均達(dá)不到設(shè)計要求，加入抗離析材料 M3 和 M4 兩種抗離析材料的混凝土拌合物 SC-4 和 SC-5 的工作性能得到明顯改善，兩組試驗的各項性能指標(biāo)均能滿足設(shè)計要求，各項性能指標(biāo)均滿足JGJ/T 283－2012《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》SF1/VS1/ PA1/SR2 技術(shù)要求，所有拌合物的含氣量均小于 3.0%。其中，SC-4 工作性能最好，選定該組試驗所用的聚羧酸系減水劑 PC100-R-4# 在工程上應(yīng)用。

4　工程應(yīng)用

使用前述試驗確定的聚羧酸系減水劑 PC100-R-4#，按表 3 列出的 C30 自密實微膨脹混凝土配合比進(jìn)行生產(chǎn)，配制的 C30 自密實微膨脹鋼管樁基混凝土含氣量低，補(bǔ)償收縮性能良好，各項工作性能和力學(xué)性能指標(biāo)均能滿足設(shè)計施工要求。在陽邏港碼頭樁基結(jié)構(gòu)工程實踐中一次澆筑成功（見圖3）。

圖3　混凝土施工圖

5　結(jié)論

（1）通過試驗優(yōu)選了與聚羧酸減水劑相容性好的抗離析材料并成功配制了低膠材 C30 自密實微膨脹混凝土。

（2）配制的低膠材 C30 自密實微膨脹鋼管樁基混凝土實際施工中各項性能指標(biāo)均滿足 JGJ/T 283－2012《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》SF1/VS1/PA1/SR2 技術(shù)要求，含氣量滿足設(shè)計要求，成功應(yīng)用于武漢陽邏港碼頭工程。

[1] 閻培渝，阿茹罕，趙昕南．低膠凝材料用量的自密實混凝土[J]．混凝土，2011(1)：1-4.

[2] 楊健英，Dr.Bruce Christensen，李林，等．智能動力混凝土——低強(qiáng)度等級普通混凝土高性能化的探索與實踐（二）[J]．混凝土，2009(12)；11-14.

[3] 楊健英，吳慧華，Dr.Bruce Christensen，等．智能動力混凝土——低強(qiáng)度等級自密實混凝土的探索與實踐[J]．福建建筑，2009(12)；20-22．

[4] 王煥剛，張志剛，陳久恒．含氣量對自密實微膨脹鋼管混凝土的性能影響研究[J]．混凝土低碳技術(shù)與高性能混凝土——混凝土低碳技術(shù)國際學(xué)術(shù)研討會暨第九屆全國高性能混凝土學(xué)術(shù)研討會論文選編，2010.

[5] 武金良，劉崇亮，彭艷周，等．混凝土含氣量對 C50 自密實鋼管砼膨脹性能的影響[J]．國外建材科技，2007(2)：21-23.

［通訊地址］湖北省武漢市青山區(qū)工人村都市工業(yè)園 B 區(qū) 8號（430082）

Study on the low binder content C30 self-compacting and micro-expansive concrete

Ma Shuangping1,2,3, Zhou Fen1, Zhu Huaxiong1,2, Yang Hua1,2
(1.Wuhan Super new building materials Co., Ltd.,Wuhan430082; 2.Wuhan iron & steel Industrial Haoyuan chemical Co., Ltd.,Wuhan430082; 3.School of materials science and engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan430070)

Two kinds of mix proportion of self-compacting with low binder content concrete which had been designed according to the relevant standards and determined by experiment. All kinds of raw materials were taken from pile foundation of Wuhan Yangluo pier. A certain percentage of polycarboxylate superplasticizer, retarder and plastic retaining agent had been mixed first, then the compound mixing with four kinds of anti-segregation materials separately were carried out the C30 self-compacting with low binder content concrete test. The optimal ratio of a cost-effective solution according to the results had been chosen to test preparation the C30 self-compacting and micro-expansion with low binder content concrete filled steel tube in which every performance indicator reached the designs and construction requirements. It was applied successfully in the project.

low content of cementitious materials; self-compacting concrete; anti-segregation materials

馬雙平（1975－），男，工程師，博士在讀，主要從事混凝土外加劑與水泥基材料的研究。