淺談用水量在泵送混凝土配合比設(shè)計中的作用
2006-06-01 00:00
20世紀80年代初期，大體積混凝土澆筑主要采用三級配，混凝土的單位用水量一般在1 10～130kg。有些地區(qū)骨料級配好，混凝土單位用水量可達100kg以下，餛凝土的強度及耐久性均很好。隨著混凝土施工技術(shù)及外加劑應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，泵送混凝土及高效減水劑在混凝土施工中普遍被采用，隨后商品混凝土也不斷被人們接受。 由于泵送混凝土有其特定的工作條件．因而必須使用二級配．石子粒徑不得太于4cm，坍落度宜控制在14cm以上。這樣，即使使用高教減水劑，混凝土的單位用水量也在不同程度上提高了，一般用到140～150kg／m3。采用普通減水劑，單位用水量最高可達180kg。泵送混凝土的抗凍性能明顯低于普通混凝土。1989年在懷柔水庫東溢洪道施工中．由于混凝土出機坍落度無法滿足泵送要求，為滿足施工要求，我們在保持水灰比不變的條件下，同時增加了水及水泥用量。但混凝土的凍融循環(huán)仍比原配臺比低50～100次。查閱所用規(guī)程、規(guī)范、規(guī)定中都沒有提及限制用水量的條文，所有配臺比設(shè)計均以水灰比為前提，抗?jié)B、抗凍性能的保證只給定了一個允許最大值水灰比。在采用最低用水量時，也只是提到對耐久性有益。
用水量對混凝土強度、耐久性到底有多大影響，是關(guān)系到如何進行泵送混凝土設(shè)計的一個重要問題。為此，我們針對這個問題安排了兩組系列試驗，希望通過試驗進一步了解用水量的作用，做好泵送混凝土配合比設(shè)計。
1 混凝土配合比的選用及結(jié)果
混凝土配合比的選用參照SD105-82《水工混凝土試驗規(guī)程》，按C18D150泵送混凝土進行設(shè)計，水灰比不大于0 .50；用水量取值范圍125～166kg／m3。
所用材料：礦渣硅酸鹽425#水泥，細骨料為中砂，粗骨料為0．5～4．0cm卵石。
（1）采用相同水灰比、相同砂率、相同外加劑，設(shè)定不同坍落度的方法，確定泵送的配臺比，測其強度及抗凍性，配合比及試驗結(jié)果見表1。 
（2）正交設(shè)計混凝土配合比及試驗結(jié)果。為盡可能充分反映混凝土的各影響因素且筒化試驗，針對用水量、水灰比、振搗時間等諸因素，我們采用了正交設(shè)計法，利用對應(yīng)的九組抗壓強度、抗凍及氣泡間距結(jié)果進行極差分析。
2 結(jié)果分析
（1） 在外加劑、水灰比、砂率不變的情況下，餛凝土的強度取決于水灰比．盡管水泥與用水量相應(yīng)增加，坍落度不斷變大．但強度幾乎沒變化。這是由于水泥用量的增加，彌補了由于坍落度增大、用水量增加所引起的強度降低現(xiàn)象。另外外加劑自始至終沒有變化，它對強度的影響沒能反映出來。
（2） 混凝土的抗凍性主要取決于單位用水量。在諸多因素沒有變化的情況下，只有混凝土的抗凍性發(fā)生了明顯變化 我們可以直觀地看到用水量在其中起了決定作用。水灰比為0．50時，是抗凍150次的允許最大水灰比值。按普通混凝土設(shè)計，抗凍指標很容易達到。但當坍落度大于12cm時，情況卻發(fā)生了變化，1#配合比用水量143kg，水泥用量為286kg，抗凍可達250次．而03#配比用水量160kg（增17k異），水泥用量高達320kg（比01#增加34kg），抗凍卻未達到150次 水泥用量的增加不但沒有使其達到設(shè)計性能，反而降低了混凝土性能 因此在泵送混凝土配臺比設(shè)計中，應(yīng)在限定水灰比的同時、針對不同的抗凍要求，限定用水量，使其在滿足最低水泥用量時．發(fā)揮出最好效果。
（3）用水量在泵進混凝土中對抗壓強度、抗凍性能及氣泡間距的作用均大于水灰比。
正交設(shè)計試驗結(jié)果表明，用水量小，抗壓強度、抗凍性能及氣泡間距三個指標都占優(yōu)勢，而水灰比的影響卻不明顯．其原因有兩個：
①混凝土密實度高：混凝土密實度與混凝土孔隙有關(guān)，硬化漿俸存在大量孔隙，而孔隙中又含有水分，孔隙包括較為粗大的毛細孔，遍布于水泥漿體中，水灰比越大，毛細孔越多，毛細孔中的水分是游離水；較微細的孔隙是凝膠孔，水化的純硅酸鹽水泥凝膠孔約占凝膠體積的28％，它是一個常數(shù)。凝膠孔中的水分是吸附水．而水泥水化產(chǎn)物中的化學(xué)結(jié)合水，則是固相的一部分。降低用水量，就是降低了毛孔中的游離水含量．這部分水不參加水化。用水量的降低，毛細孔則相應(yīng)減少，混凝土的密實度高，因此強度及耐久性好。這種情況在高強混凝土設(shè)計中，反映很明顯，即使不摻引氣劑，由于密實度高，混凝土的抗凍性及抗?jié)B性能均很好。
②可凍水含量少?；炷量箖鲂阅苁且曰炷两?jīng)受凍融循環(huán)多少來評定的，它的作用機理是，當混凝土受凍后，混凝土體內(nèi)孔隙中的水產(chǎn)生凍張力，致使體積膨脹、結(jié)構(gòu)破壞。當混凝土的抗凍性好，同時密實度高，強度也高。
3 結(jié)束語
對于泵送混凝土單位用水量的作用比水灰比更為重要，這一點已通過試驗得到驗證，這就要求我們在進行泵送混凝土設(shè)計中，同時兼顧用水量及水灰比兩個因素： 目前我們只是認識到了其重要性，如何更好地進行泵送混凝土設(shè)計，還要靠我們不斷探索。
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