新拌混凝土泌水与早期开裂规律范文研究

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论文字数:44542 论文编号:sb2021030110455634758 日期:2021-03-17 来源:硕博论文网
本文主要结论如下:(1)细化了泌水类型划分参数,即早快型(t0<8.5、k≥0.01)、早慢型(t0<8.5、k<0.01)、晚快型(t0≥8.5、k≥0.01)、晚慢型(t0≥8.5、k<0.01);新拌混凝土 240min 泌水率随坍落度的增大而增大,并且 C20 混凝土各个坍落度下的 240min 泌水率明显高于C30 及 C40 混凝土;在 C20 及 C30 设计强度下,k(与泌水快慢相关的系数)值随坍落度的增大逐渐减小,在 C40 设计强度下 k 值随坍落度的变化不明显;新拌混凝土泌水潜伏时间随坍落度的增大逐渐变短,即随着坍落度的增大混凝土泌水类型由晚型泌水向早型泌水变化,并拟合出了各个试验条件下泌水潜伏时间与坍落度的关系式。在实际工程中应尽量使用高强度低坍落度混凝土,以控制泌水类型为晚慢型。

1 绪论

1.1 研究背景及意义
自 20 世纪至今,世界各国的基础建设得到了良好的发展,尤其是我国在近 20 年更是飞速发展。因此随着建筑领域的蓬勃发展,各种新兴及固有的建筑材料被广泛研究并应用于各种实际工程,混凝土因其具有廉价、易得、优良的可塑性及抗水性等优点,成为了建筑领域应用最广泛的建筑材料。但其自身也存在自重大、早期强度及抗拉强度低等缺点,因此世界各国许多学者致力于研究和解决这些问题,并且在一些方面取得了极大的进展,得以使混凝土的各方面性能能够针对性改善,使混凝土的应用更加广泛,但新拌混凝土泌水和早期开裂一直是个难题。
高质量的新拌混凝土各组分(包括粗细集料、胶凝材料,水、外加剂、掺合料等)及气泡呈均匀分布的稳定状态。在混凝土成型过程中,若出现浆体上浮、骨料沉底或者骨料上浮、浆体沉底这两种现象会造成混凝土各组分宏观分布不均匀,即离析;若出现水分上浮则会造成混凝土各组分在其表面及内部分布不均匀,即泌水。在混凝土的生产过程中影响其泌水情况的因素有很多,而且这些因素相互关联、错综复杂,目前的研究未能将泌水与影响因素定量的表征。其中影响混凝土泌水情况的主要因素有配合比;水泥颗粒形貌、细度及矿物组成;掺合料种类、品质及掺入量;外加剂种类、品质及掺入量;施工及养护方法。新拌混凝土一定程度的泌水有利于其工作性的发挥,但是泌水会导致混凝土表面沉降从而引起混凝土塑性收缩而产生裂纹,裂纹的产生会对混凝土的强度、抗渗性、抗冻性产生不利影响,在钢筋混凝土结构中也影响对钢筋的握裹力。图 1-1与 1-2 为两种常见的由泌水引起的危害。
图 1-1 泌水造成的表面起砂 图 1-2 泌水形成的“砂条”
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1.2 国内外研究现状
新拌混凝土泌水与早期开裂规律的研究主要分为三部分,第一部分是泌水量化指标、泌水类型分类及泌水规律方面的研究,第二部分是早期开裂规律及泌水对早期开裂的影响规律方面的研究,第三部分是各影响因素对泌水与早期开裂的影响规律方面的研究。目前国内外对于泌水与开裂方面的研究主要集中在四个方面:(1)新拌混凝土泌水的分类参数及影响因素;(2)泌水对混凝土性能的影响;(3)改善新拌混凝土泌水的方法;(4)混凝土早期开裂的影响因素。
1.2.1 新拌混凝土泌水分类参数及影响因素
混凝土泌水是指新拌混凝土在凝结、硬化过程中,受粒状材料重力挤压作用影响下出现部分粒状颗粒下沉伴随着部分拌合水上浮到混凝土表面的现象。水分从混凝土内部上浮至混凝土表面时会产生泌水通道,且水分上升到粗集料或钢筋的侧面及下方时会产生水囊[1]。
(2) 水泥对泌水的影响
水泥作为混凝土组成中最为重要的胶凝材料,其颗粒分布、细度、比表面积、凝结时间等物理特性都会影响混凝土的泌水。另外水泥的矿物组成对水泥的水化起着关键作用,因此其矿物组成对混凝土泌水也有很大影响。Morris P H 等[3-6]的研究表明:①混凝土凝结时间随其组成成分水泥凝结时间变长而增加,水泥凝结时间越短,混凝土泌水越不易;②水泥的细粒含量越多、比表面积越大、细度越细越有利于水泥的早期水化,水泥的水化产物能够阻断混凝土内部的毛细孔,从而阻断水分的上浮通道,则混凝土泌水越不利于发生;③水泥中的碱和 CA3含量较高,且二者都有良好的保水性,不利于混凝土泌水的发生;④粉煤灰需水量较小,用其做混合材时混凝土泌水较快;⑤矿渣保水性差,用其做混合材时混凝土泌水较多,易在混凝土内部形成较多的毛细孔。
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2 新拌混凝土泌水分类参数

2.1 试验原材料
2.1.1 水泥
试验用水泥为 P·O42.5 普通硅酸盐水泥,其主要物理力学性能指标见表 2-1。
表 2-1 水泥物理力学性能指标
2.1.2 集料
细集料选用机制砂,因含泥量较高先进行水洗并烘干,按照规范标准对细集料进行筛分试验和含泥量试验,经计算得出细度模数为 2.90,属于级配良好的中砂,且含泥量为 2.87%,符合规范含泥量低于 3%的要求,具体筛分数据及级配曲线见表 2-2、图 2-1。
粗集料选择碎石,筛选出 5-20mm 范围粒径作为试验材料,按照规范标准对粗集料进行筛分试验,该碎石为 5-20mm 连续级配,具体筛分数据及级配曲线见表 2-3、图 2-2。
表 2-2 砂的累计筛余百分率
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2.2 试验方案及试验方法
2.2.1 试验方案
为研究泌水的分类参数及其分类方法,设计 C20、C30、C40 三个强度,50mm、100mm、150mm、200mm 四个坍落度,按照《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ 55-2011)[48]要求设计配合比得到 12 组配合比方案,并将每组砂率降低 5%,共得到共 24 组平行试验方案。按照设计配合比拌制混凝土,直接观察其泌水情况、离析程度及粘聚性,并分别进行坍落度试验、泌水试验、混凝土 7d 和 28d 抗压强度试验。具体试验配合比方案见表 2-4。
表 2-4 试验配合比方案
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3 新拌混凝土泌水对早期开裂的影响......................... 29
3.1 试验方案及试验方法............................. 29
3.1.1 试验方案................................... 29
3.1.2 试验方法............................. 29
4 泌水与早期开裂的影响因素............................... 43
4.1 水灰比对泌水与早期开裂的影响规律............................... 43
4.1.1 试验方案.............................. 43
4.1.2 水灰比对泌水的影响规律........................... 43
5 结论与展望.............................. 69
5.1 结论............................... 69
5.2 展望............................ 70

4 泌水与早期开裂的影响因素

4.1 水灰比对泌水与早期开裂的影响规律
4.1.1 试验方案
水灰比作为设计混凝土配合比时的一个重要参数,其大小对混凝土的各项性能都有很大的影响。为研究水灰比对泌水与早期开裂的影响规律,设计 0.76、0.66、0.56、0.46四种水灰比,并控制其它条件都不变,试验材料使用与第 2 章相同的原材料,具体试验方案见表 4-1。
表 4-1 试验配合比
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5 结论与展望

5.1 结论
通过一系列的泌水试验、早期开裂试验、坍落度试验及抗压强度试验,并对试验结果及数据进行处理分析,对新拌混凝土的泌水规律、混凝土早期开裂规律、泌水对早期开裂的影响规律以及多个影响因素对泌水与早期开裂的影响规律进行了研究,主要结论如下:
(1)细化了泌水类型划分参数,即早快型(t0<8.5、k≥0.01)、早慢型(t0<8.5、k<0.01)、晚快型(t0≥8.5、k≥0.01)、晚慢型(t0≥8.5、k<0.01);新拌混凝土 240min 泌水率随坍落度的增大而增大,并且 C20 混凝土各个坍落度下的 240min 泌水率明显高于C30 及 C40 混凝土;在 C20 及 C30 设计强度下,k(与泌水快慢相关的系数)值随坍落度的增大逐渐减小,在 C40 设计强度下 k 值随坍落度的变化不明显;新拌混凝土泌水潜伏时间随坍落度的增大逐渐变短,即随着坍落度的增大混凝土泌水类型由晚型泌水向早型泌水变化,并拟合出了各个试验条件下泌水潜伏时间与坍落度的关系式。在实际工程中应尽量使用高强度低坍落度混凝土,以控制泌水类型为晚慢型。
(2)混凝土单位面积总开裂面积随时间的增加逐渐增大,根据裂缝发展速度将早期开裂过程划分为快速增长期(初裂时间-8h)、平稳增长期(8h-20h)及缓慢增长期(20h-24h)三个阶段;混凝土第一条裂缝出现的时间主要集中在 5h-8h 之间,混凝土初裂时间及单位面积总开裂面积随坍落度的增大逐渐变长或增大;混凝土单位面积总开裂面积随初裂时间的变长逐渐增大,二者呈正相关;从整体来看混凝土单位面积总开裂面积随裂缝总数的增大逐渐增大,二者大致呈现正相关趋势;混凝土单位面积总开裂面积与最大裂缝宽度无明显规律。
(3)混凝土初裂时间及单位面积总开裂面积随 240min 泌水率的增大逐渐变长或增大;四种泌水类型混凝土的初裂时间平均值及单位面积总开裂面积平均值从小到大依次为晚慢型、晚快型、早慢型、早快型。晚慢型泌水混凝土的抗裂效果最好,早快型泌水混凝土的抗裂效果最差,晚型泌水混凝土的抗裂效果优于早型泌水,慢型泌水混凝土的抗裂效果优于快型泌水。因此在实际工程中,为避免或减少裂缝出现,应尽量控制混凝土泌水类型为晚慢型。
参考文献(略)

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