预拌自密实混凝土应用性能的控制

HorstGrube 著宿万 译

摘要：自密实混凝土(SVB)特点主要体现在其新拌混凝土的特别的性能。然而自密实混凝土这些特性是通过质量稳定的最优化的原材料以及制造过程达到的。在实际应用时，作为预拌自密实混凝土浇筑时，其必须显示出所需要的新拌混凝土特性。在混合物混合结束与浇筑开始之间的间隔时间总计可能超过90min，在这较长时间间隔情况下，与在预制工厂应用相比，要求考虑时间和温度对自密实混凝土(SVB)的实用特性变化的影响。掌握粉体材料应用、含水量和增塑剂作用原理以及其相互影响方面的足够的知识是必要的。混凝土原材料和混凝土构成对混凝土流变性能、混凝土硬化性能和施工性能的影响由试验室试验确定。在对预拌混凝土相同原材料和相同配合比的监督检查应根据在结合实际情况下进行，混凝土的可否运送由试验室的结果确定。所有被监督检查的混凝土应符合客户订货确定的硬化混凝土性能要求。

关键词：自密实混凝土；应用；性能；控制

中图分类号：TU377文献标识码：A文章编号：1672-3198（2007）10-0252-06

1介绍

自密实混凝土(SVB)是一种受重力的影响自由流动几乎可以流平的、能排除空气完全填充满钢筋和模板之间空间的混凝土。根据自密实混凝土(SVB)特别的自密实的效率效能的特性，自密实混凝土(SVB)还是一种高性能的混凝土。与其他高性能混凝土一样(如高强混凝土，抗酸混凝土)，自密实混凝土与传统的普通混凝土有着不同的性能，达到这种不同的特性，不仅需要质量稳定的最优的原材料来实现，而且需要稳定的最优化的配合比来实现。粉体颗粒(水泥和粒径

显然，自密实混凝土获得所需要的施工性能，不会象振动密实混凝土那样相对容易地保持那么长时间。当振动密实混凝土施工性能波动时，通过采用大范围的花费大的强烈振动可使混凝土密实、稳定，但对于SVB是不可能的。因此在初始试验时必须考虑由于生产和运输给自密实混凝土施工性能带来的影响，如预拌的自密实混凝土在混合搅拌好后，混凝土运送时间间隔在预制工厂大约10分钟到30分钟，而预拌外运时，时间间隔时间经常需要30分钟到120分钟。此外，还要为各种各样的复杂条件下的工地的大批量构件提供具有通用性和相同施工性能的混凝土拌和物。另外的影响因素还有强烈的变化不定的天气情况（温度、水的蒸发率），对此应保证已经存在于建筑构件的混凝土性能与新交付的混凝土一致。因此供应中断对自密实混凝土来说，比振动密实混凝土可能带来更加不利的后果。如果被交付的自密实混凝土不满足订货的需求，在建筑工地存在进行调整更正的选择，这是非常重要的一个问题。在水泥工业研究所现在有一项预拌混凝土联合研究协会的联合研究计划得到金融资助，这项计划明确的目标就是研究出现有的混凝土原材料和设备条件下预拌混凝土的SVB在混凝土搅拌站的生产技术。

本报告研究探讨以下问题：

水的剂量的少许偏差对混凝土最后流动性能的影响的研究；

水的剂量和增塑剂的剂量对混凝土硬化性能的影响的研究；

在工地，通过增加增塑剂或水，通过调整更正而获得令人满意的稳定性混凝土的可行性研究。

2流变特征和测试方法

包括水泥、混凝土外掺料、加入的水和增塑剂的粉体悬浮体的流变特征取决于水固比关系和增塑剂含量。因为加入的水是规定的最少的饱和含水量，为了润湿固体颗粒表面和填充粉体颗粒间的空隙这些水是必需的。在能量作用下，颗粒与悬浮体之间的过渡显示出来，颗粒表面的凝聚丢失，并且颗粒混合物开始流动，见图1。自加水起，由水和增塑剂组成的悬浮体特征是可控制的。图2通过图示展示了水和增塑剂含量对粉体颗粒胶合悬浮特征的影响，通过许多研究，图示阐明证实了水泥或粉体颗粒悬浮体的流变特性，这一流变特性符合Bingham流体特性，可用Bingham模型来描述。水泥浆或粉体颗粒悬浮体的流变特性可用建筑材料流变仪（如同粘度仪NT）测试确定，并用流变曲线的形式来描述。在试验中用不同的旋转的速度N(1/min)旋转，伴随悬浮体的传递引起的剪切阻力被测量和描绘出来。由于Bingham模型的有效性，相对流动界限极点g和相对动力粘度h可根据测点按公式T=g+h・N求得。水含量和增塑剂的数量不同程度对参数g和h产生影响：增塑剂的数量上升导致相对流动界限极点g的降低，而水的数量的上升导致相对流动界限极点g和相对动力粘度h的减少(见图2)。

当确定混凝土流变性能的测量规程一定时，流动度sm和相对漏斗速度R证明是令人满意的。当流动度主要受相对流动界限极点g影响时，相对漏斗速度主要地取决于动力粘度h。

评估混凝土流变性能适合采用图3中二个测试参数的表示法。对流动度sm和相对漏斗速度R的实用性范围是有限的，根据经验此范围混凝土施工性能，或者说SVB流动能力和抗离析能力是令人满意的。

在此范围外，混凝土构成偏向离析沉积，或者说混凝土排空性和流动性（沉滞）不令人满意。通过许多研究表明，第四个角落区域是完全没有可能存在的的。

在图中通过sm(流动度)和R(相对漏斗速度)大小测量的情况（图3），水和增塑剂含量方面的变化是可以判断的，这样最终就可以决定是否有针对性去进行必要的调整修正。

SVB离析的可能性可以用垂度棍检查出来。SVB通过钢筋阻拦圆环，其流动行为被阻拦，可以用这阻拦圆环或箱形测试流动度方法,准确地测定混凝土的性能。

3试验室检验

3.1混凝土技术要求

被检验的混凝土应满足客户订货的需求,而客户订货的需求也应符合DINEN206-1和DIN1045-2规定的XC1/XC2分类等级的要求。涉及到粉体颗粒类的混凝土中粉体颗粒含量大约为550kg/m3。

试验室检验的规定目标通常适用以下条件:流动度sm在60cm和75cm之间，相对漏斗速度R在0,45s-1和1.0s-1之间。在箱形试验时测试上升的高度必须至少达到32cm。SVB必须在拌和完后的至少2h时间内保有能够有充足的时间进行运输和浇筑的性能。

在实际中，检验是通过在试验室针对性的充分的初始试验和通过混凝土生产过程中日常的检查结合

在在一起进行的。

3.2混凝土原材料

3.2.1水泥和混凝土外掺料

粉体颗粒混合物的构成按照DIN1045-2最小水泥用量和允许的最大水灰比进行调整，按照DIN1045-2中的XC1/XC2等级规定，粉体颗粒混凝土粉体颗粒含量大约为550kg/m3。因而得到水泥用量240kg/m3和粉煤灰用量310kg/m3。

根据DINEN450，使用了CEMIII/A32.5N水泥，使用了粉煤灰作为混凝土外掺料。水泥的需水量为30.5%，粉煤灰的需水量为31.5%。195min时水泥开始凝固。

用βp参数程序评估水泥和粉煤灰以及粉体颗粒混合物的颗粒化程度，确定混凝土混合物饱和含水量，混凝土混合物饱和含水量符合以下规定：水与固体材料体积比,对于水泥为1.05,对于粉煤灰为0.65,对粉体颗粒混合物为0.9。最终含水量满足能使水与固体材料的质量比达到约为0.35。根据βp参数程序试验求得的饱和含水量比SVB所需要的含水量要高，比混凝土初始含水量减少10%，因而应进一步进行研究优化。

3.2.2增塑剂

初始试验按照一般建筑管理允许的含有高活性物质PCE的有效成份选取四种增塑剂，根据制造商的预拌混凝土的使用说明是符合要求的。固体含量根据EN480-8由增塑剂蒸发测得。被检验的增塑剂的中固体重量大约为35%。根据红外光谱图显示，四种增塑剂的有效成份是不一样的。用粘度计NT对饱和曲线的研究提供了一个几乎相同饱和剂量，大约0.25%，与水泥的数量相关的增塑剂轻微的偏离会带来剪切阻力的波动。

作为预拌混凝土自密实混凝土的生产，获得长时间具有令人满意的施工性能是十分重要的。各增塑剂的作用时间按标准混凝土构成(水泥=300kg/m3;粉煤灰=250kg/m3;加水量=175l/m3)通过预先试验求得确定。用不同的增塑剂配置的标准混凝土通过阻拦圆环的初始流动度为75cm。之后每隔30min用阻拦圆环对流动度重复检验一次。试验研究显示增塑剂有关的液化、剂量和作用时间是特别的合适的。

因此采用这些增塑剂，主要试验研究获得了成功。

3.2.3骨料

用莱茵河石渣和莱茵河粒化岩石作为骨料。为降低被阻拦，筛分曲线执行

参考文献并改变各级筛余。阻拦的行为和施工性能的检验可用箱形方法进行测试，阻拦圆环用于测定混凝土的流动度。灰浆体积和级配粗骨料的选择确保在任何的情况下混凝土流动不被阻拦。图4展示的分级的曲线SL2的骨料，用于主要试验研究。

3.2.4混凝土配比、生产和检验

初步试验研究用来优选预拌混凝的自密实混凝土。大约±7l/m3含水量的波动会给试验带来流动度、漏斗速度和箱形测试的上升高度发生变化。

接下来进行由于增塑剂的剂量引起混凝土施工性能变动的试验研究。混凝土构成在图1中已进行了描述。

混凝土原材料依次按骨料、水泥和粉煤灰、2/3加水量和带增塑剂的1/3加水量，加入在200升试验室固定的强制搅拌机，加入之后混合搅拌3min后，检验以下性能：流动度、SVB流动为直径500毫米时所需时间t500、R相对漏斗速度、箱形测试的上升的高度、加阻拦圆环测试的流动度smR、SVB通过阻拦圆环流动为直径500毫米时所需时间t500R、必要时垂度棍浸没深度。

每30分钟在短暂混合以后重复进行检验。流动度sm

4检验结果

4.1试验室用混凝土

4.1.1含水量的变化

图5到7显示的是对SVB1，SVB2a和SVB3在相应的流动度情况下所测得的相对漏斗流出速度的变化曲线。这些混凝土不同之处是，在同样配合比情况下其加水量在最佳含水量175l/m3附近有±7l/m3的波动(见表1)。只有当显示出具有充足的流动性（流动度>60cm）时，所有混凝土才能满足有关施工性的箱形试验测试和阻拦圆环的检验方面的客户需求。特别要对混凝土离析倾向的性能进行检验。流动度为75cm和相对漏斗流出速度1,0s-1时，被检验的含有粉体颗粒550kg/m3混凝土的混合物稳定性不再稳定。表2是被检验混凝土流动度和相应的相对漏斗流出速度测量值的一个汇总。

用水量为175l/m3混凝土SVB2a，生产出来后很稀软，流动度81cm，相对漏斗流出速度的1.13s-1，有发生沉降趋势。在60分钟内施工性下降了到了施工性边界之下，可混凝土在混合物混合后20分钟和40分钟之间拥有最佳的自密实特性。在掺入0,2%增塑剂60分钟以后几乎可再回到混凝土最初的流动性。在一个短暂过渡周期约15个分钟以后混凝土到达最佳的自密实特性，然后保持大约70分钟。(见图8)。SVB1和SVB3显示了同样硬化强度。少加了7l/m3少量水的SVB1显示其施工性能比SVB2a下降的更加快速。微粒彼此间(更小的水膜厚度)更小的距离和水泥最初的水化反应新形成的表面，限制了增塑剂作用的持续。

后掺入增塑剂30分钟以后能重新分散粉体颗粒。由于增加到了182l/m3的含水量，所以SVB3显示了高流动性。因此混凝土混合结束30分钟内浇筑肯定不会产生离析。之后它一直保持着最佳的自密实新拌混凝土特性。掺入0.2%增塑剂后120分钟内，这段时间同样可以重新回到混凝土最初的流动性，并可保持2h的施工性能。就和预计的一样，加水量的波动不仅对流动度产生影响，而且对相对漏斗流出速度产生影响。

4.1.2增塑剂掺量的变化

图6、图9和图10显示的是掺有不同掺量的增塑剂混凝土SVB2a在相应的流动度情况下所测得的相对漏斗速度的变化曲线。这些混凝土不同之处是，在最佳含水量175l/m3和相同配合比情况下，混凝土增塑剂的掺量不同(见表1)。只有混凝土具有令人满意的流动性（流动度sm>60cm），混凝土在箱形测试上升高度和通过阻拦圆环的流动度方面才能符合客户订货需求。只有混凝土流动度sm

图9和图10说明了增塑剂数量对流动性能和施工性能保持时间的影响。显然提高增塑剂剂量可明显延长施工性能保持时间。更高的增塑剂掺量的混凝土SVB2b和SVB2c由于最初有离析倾向,晚一些时候浇筑混凝土（SVB2b大约晚30分钟，SVB2c大约晚45分钟），可显现其令人满意的、施工性能保持时间长的特性。在晚些时候掺入更高剂量的增塑剂也将是可能的。混凝土离析趋向在图10里截面图清楚地显现。较高增塑剂掺量20%的SVB2c混凝土在混合以后呈现立即沉积倾向(右截面图)。然而在60分钟以后显示令人满意的稳定性(左截面图)。这性能由垂度棍试验对新拌混凝土进行测试是可辨别的。

4.2预拌混凝土站生产的SVB新拌混凝土性能的检验

为了审查从试验室得来的结果，需要检验混凝土预拌站根据SVB2b配合比生产的自密实混凝土SVBP1新拌混凝土性能和硬化混凝土性能。特别要注意，骨料本身含有1%到5%的含水量。一方面得到准确的含水量很困难，另一方面骨料通常是水饱和的，不会因为吸收带来水的损失。SVB的生产选择下面的操作方法进行。为了避免混凝土比实际需要增加更多水，考虑到骨料本身含水量，应根据计划每m3混凝土少称10升水。没有增塑剂的SVB最初稠度显然要通过加水量来调整。按计划数量的90%加入增塑剂混合的混凝土令人满意。随后，检验代表流动性和SVB的粘度的对应的流动度和t500-时间。如果必须，在最初计划的剂量基础上进一步增加增塑剂投到混凝土搅拌机里。装料量共计在每次1.5m3。之后30分钟和60分钟检验流动度和对应的t500-时间、漏斗流动时间和箱形测试的上升的高度。

图11显示SVBP1流动曲线和与对应的试验室混凝土的比较。通过更大的混合数量和混凝土搅拌机转鼓内不断的的运动，SVBP1在30min.以后显示出一条流动性稍微更加有利的曲线。图12个显示了作为反映动力粘度特征和混合物构成的t500-时间曲线。因而这里就性能而言，实际应用的混凝土也列入到了试验室混凝土。

4.2硬化混凝土产品

所有被检验的混凝土应具有依照订货要求的硬化混凝土性能：抗压强度48±3N/mm2，拉伸分裂强度3.8±0.2N/mm2，弹性模量约28000N/mm2，收缩率90天龄期共计0.40±0.03mm/m，碳化深度在90天龄期为9±2毫米。

5总结

试验研究的目标是确定自密实预拌的混凝土的配比波动对施工性能影响，在所需要的性能发生损失时，推定最终的必需的调整办法。自密实预拌的混凝土检验的目的是，根据DIN1045-2(等效水灰比约0.65)确定内部混凝土是否满足的客户需求,在预拌混凝土站大规模的生产时，此混凝土配比是否具有代表性。这些的结果的提出，仅限制于粉体颗粒含量550kg/m3,含水量175l/m3和胶结灰浆体积约36%,胶结灰浆的水胶比约0,32的混凝土。自密实施工性能应通过试验室的不加阻拦圆环的流动度检验、相对漏斗速度检验和箱形试验的上升高度检验测定，还应对根据实际条件下预拌混凝土站生产出来的混凝土的进行检验。水泥为符合DINEN197-1CEMIII/A32.5，混凝土外掺料为符合DINEN450的粉煤灰。依据标准混凝土的配比检验不同的增塑剂对流动度变化曲线的影响。增塑剂根据PCE的有效成份作为基准被证明特别有效。所以增塑剂仅在主要检验时去使用。与初始试验固定的混凝土配比相比，混凝土组成中加水量变化了±7l/m3。作为调整的应急措施，后加入0.2%增塑剂的混凝土施工性能，经检验不再令人满意。所有被检验的混凝土都具有客户订货需要的硬化混凝土性能。

自密实混凝土施工性能的变化的描述由流动度和相对漏斗流出速度代表。在这样图示里可划定一个范围，一个按照试验得出的施工性能足够好的混凝土范围，也就是说，提供一个令人满意的流动性、排气和混合物稳定性、自密实性的混凝土。

结果可以总结如下：

目标混凝土配比的获得，必须采用以后要使用的粉体颗粒材料和骨料组成的混凝土进行的初始试验为基准。

根据经验证明，流动度在60cm～75cm之间和相对漏斗流出速度在0.45s-1～1.0s-1之间的混凝土具有令人满意的施工性能。

考虑实际配比时，应特别注意总用水量的波动对流动度的影响。正常的波动范围根据初始试验确定。

加水量±7l/m3的偏差对流动性和混合物稳定性的改变是十分明显的。

在混合以后，流动度没有增加多少。或者说，由于被检混凝土变硬，特别在较短的时间内变硬，在混合以后相对漏斗流出速度减低。

当流动度和漏斗速度不再令人满意时，通过后掺入增塑剂，可以将较长运输时间或存放时间的混凝土重新调整为令人满意的施工性能的混凝土。

为了在一个充足的时间里保持混凝土的令人满意的自密实性能，应通过有关基准混凝土的初始试验，检验粉体颗粒和增塑剂的相互作用对流动度的影响。

这些测试结果强调了在预拌SVB混凝土加工和生产时，仔细地有计划的进行初试以及首次检验和监督检验的重要性。

参考文献

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本篇译自于BETON-DUSSELDORF.2002,VOL52;PART4,pages217-223．Country ofpublicationGermany.（宿万译）

注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”