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第十二届东亚 - 太平洋结构工程与建筑会议

粗骨料对自密实混凝土新鲜和硬化性能的影响

O. R. 哈利勒 （马来西亚马来亚大学工程系土木工程系）；

S. A. 安-密斯哈达宁 （伊拉克科技大学建筑与建筑系）；

H. 阿卜杜勒 拉扎克（马来西亚马来亚大学工程系土木工程系）.

文摘

自密实混凝土（SCC）是具有高流动性能，通过性能和稳定性能的新型混凝土。要实现自密实混凝土，必须要调查许多因素。 粗骨料是对自密实混凝土有着显着影响的重要因素之一。本文通过介绍粗骨料的性质，比如最大尺寸，粗骨料的类型和对实现自密实混凝土有着直接影响的粗骨料类型。本实验使用三种不同的粗集料，即碎石砾，未碎石砾和压碎石灰石。为了确定自密实混凝土的可施工性，采用了不同的测试方法，例如坍落流量，V型漏斗，L型箱和U型箱测试。实验发现通过增加粗骨料的最大尺寸，流动性和通过能力降低。另外观察到，当在混凝土混合物中使用未压碎的砾石时，与具有碾碎的砾石的混凝土相比，流动性，通过能力和抗偏析性增加。此外，包含10％HRM作为水泥重量的部分替代物会导致流动性降低和粘度增加。测量压缩和弯曲强度和弹性模量。 值得注意的是，用粉碎石灰石制备的混凝土混合料比用粉碎和未粉碎的砾石制备的混凝土混合料显示出更高的强度和弹性模量。另外，与自密实混凝土混合料中的粗骨料的最大尺寸相比，粗骨料的最大尺寸越小会使得自密实混凝土具有越高的强度。

1、引言

在混凝土技术中，自密实混凝土（SCc）被认为是最重要的创新之一。 它是一种高度可用的混凝土，可以在自身重量下流过拥挤的增强材料并充分填充空隙而不会导致偏析或过度失水，也不需要振动来巩固它。 这些聚集体占混凝土体积的60％以上，在影响其新鲜性能和硬化性能方面起着主要作用。 自密实混凝土对聚合特性（形状，质地，最大尺寸，分级和形态）的变化非常敏感，因此在自密实混凝土使用前应仔细选择聚集体。

由于聚合特性的研究在使用自密实混凝土时被认为是非常必要的，许多研究人员已经研究了粗集料性质及其在新鲜和硬化状态下对自密实混凝土性能的影响。

泰文克斯特（2000）指出可以使用天然的，圆形的，半破碎的或破碎的聚集体来生产自密实混凝土。 对于新鲜和硬化混凝土所要求的性能，应考虑骨料的特性（诺伊瓦德，2004; 詹深和可罗莎，2001）。粗骨料的形状和大小对覆盖所有颗粒所需要的砂浆和浆体的体积有着至关重要的影响。与石灰石相比，天然未碾碎的砾石通常需要较少的砂浆或糊剂。花岗岩，另一方面，需要更多的砂浆量。由于角形颗粒的互锁，被压碎的骨料倾向于减少流动，流动性不高，而圆形骨料由于较低的内部摩擦而改善了流动性（亚历山大和普罗斯考，2003）。我们应该看到，成功生产经济型自密实混凝土的关键是使用良好分级的集料来源。 自密实混凝土混合料可以使用分级不良好的骨料，但这需要提供更高的粘度从而避免分离问题（诺伊瓦德， 2004）。骨料的最大尺寸大的话会导致传球能力下降。因此，需要减少粗骨料含量。骨料最大尺寸的选择取决于钢筋的数量以及它们之间的间隙大小，其中较高比例的较高最大尺寸可能导致带有钢筋的拥堵区域中的聚集体阻塞。最佳粗骨料含量取决于两个参数。第一个参数是最大尺寸，其中最大尺寸的较小值导致使用高粗集料含量的可能性增加。第二个参数是粗骨料的形状，无论它是压碎的还是圆形的，其中较高的圆形形状导致使用高粗骨料含量的可能性增加（欧洲自密实混凝土标准， 2002）。 皮特深（1997）认为适合生产S自密实混凝土的骨料的最大尺寸为（10mm和20mm）。

目前自密实混凝土系统研究的目标是研究三种类型的骨料（碎砾石，未砾石砾和碎石灰石），最大尺寸（10和20）以及骨料结构的影响。 首先，通过比较三种局部骨料及其对SCC新鲜和硬化性能的影响来完成。 其次，研究了骨料尺寸为10和20mm对SCC性能的影响。 将未破碎和破碎的骨料用于研究骨料结构表面对SCC性能的影响。

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Tviksta（2000）指出可以使用天然的，圆形的，半破碎的或破碎的聚集体来生产SCC。 对于新鲜和硬化混凝土所要求的性能，应考虑骨料的特性（Neuwald，2004; Janssen和Kuosa，2001）。窗体顶端

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Tviksta（2000）指出可以使用天然的，圆形的，半破碎的或破碎的聚集体来生产SCC。 对于新鲜和硬化混凝土所要求的性能，应考虑骨料的特性（Neuwald，2004; Janssen和Kuosa，2001）。粗骨料的形状和大小对覆盖所有颗粒所需的砂浆和浆体的体积有至关重要的影响。 与石灰石相比，天然未碾碎的砾石通常需要较少的砂浆或糊剂。 花岗岩，另一方面，需要更多的砂浆量。 由于角形颗粒的互锁，粉碎的骨料趋向于减少流动，而圆形骨料由于较低的内部摩擦而改善了流动性（Alexander和Prosk 2003）。窗体顶端

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2、实验工作材料

所用水泥为普通硅酸盐水泥（I）（C），偏高岭土（MK）用作水泥的部分替代物，替代率为（10％），MK的细度为（17000）cm ² /克。表（1）显示了这种水泥和偏高岭土的化学性质。使用天然砂（S）（细度模量为2.41，比重2.62，吸收0.83％，松散堆积密度1730kg / m 3）。在这项研究中，三种类型的粗骨料（CA）是未破碎砾石，碎砾石和碎石灰石，最大尺寸为20毫米，比重分别为（2.68,2.62和2.58），吸收率依次为（0.6,0.64和2％）。以及BS 828-1992分级范围内这些类型骨料的分级范围。使用的超塑化剂（SP）是Glenium 51。Glenium 51被认为是新一代共聚物高效减水剂之一。ASTM C494-F型设计用于生产SCC用于本研究。 Glenium 51具有浅棕色，相对密度为1.1 @ 20 C o，粘度为128plusmn; 30 CPS @ 20°C.

3、实验计划

为了达到研究目的，这项工作分为12个混合物，所有细节见表（2）。 这些混合物被设计，混合，测试新鲜特性和铸造。

4、测量和程序

根据（ 欧洲自密实混凝土标准，2002），本研究中使用的是混合设计方法。 混合设计在本研究中使用的材料比例有限。材料的比例按重量计为（1：1.73：1.77）。 其中，粗骨料含量为自密实混凝土总量的0.34倍。 在确定合适的混合配料方法和本研究的材料后，除了超塑化剂和w / c的用量有变化以外，所有材料的用量都没有变化以保持混泥土所需的可加工性。

1. 、自密实混凝土测试方法

在新鲜状态下，测试是坍流，V型漏斗，L型盒和U型盒都是本研究中用于评估SCC新鲜性能的测试方法。 而压缩和弯曲强度和静态弹性模量是用于研究硬化性能的测试。

6、结果与讨论

6.1、新鲜特性

评估每种混合物的新鲜特性并与之前的工作进行比较。 测试是以确定最大粒径和粗骨料的种类对自密实混凝土的充填能力，通过能力和抗分离性的影响。

用哎布拉姆斯流研究坍落流动来描述新鲜混凝土的流动能力。图（1）显示了坍落流量测试的结果。T50cm的值表示混凝土流动到达50cm直径的圆所需要的时间，而（D）的值表示最大铺展（坍落流动最终直径）。从结果中可以清楚地看出，所有混合物都满足自密实混凝土的要求。 因此，从填充能力的角度来看，所有混合物都被认为具有良好的一致性和可操作性。但是，这些结果显示了广泛的变化。 这种变化说明了粗骨料变量对自密实混凝土混合料充填能力的影响。 D被固定在700mm。

表2：混合物的描述

图（1）表明粗骨料最大尺寸（10mm）的混合物的T50cm小于粗骨料最大尺寸（20mm）的混合物的T50cm。这结果与拉门 在2005进行的研究一致。 由于未碾碎砾石表面的光滑质地，由未碾碎砾石制成的混合物的T50cm值低于由砾石碎石和石灰石碎石制成的混合物的T50cm值。

图（1）表明，掺入高反应性偏高岭土作为水泥重量的部分替代物导致T50cm值的增加。 这归因于高反应性偏高岭土具有增加颗粒间摩擦的板状颗粒（贾斯蒂斯，2005）（哈德瑞迪2006）。

V型漏斗试验（流动时间（Tf））的值表示混凝土从漏斗中流出的能力），而（Tf5min）值表示相同的能力，但是在重新填充漏斗并允许混凝土排出后 5分钟后再填充。图（2）显示了V型漏斗测试的结果。 所有混合物均未观察到阻塞或分离的现象。 结果清楚地表明粗骨料的最大尺寸和类型对混凝土流动能力的影响。

图（2）揭示了粗骨料的最大尺寸对Tf和Tf5min值的影响。 从图中可以看出，粗骨料的最大尺寸越大，Tf5min的值也就越大。

从图（2）所示的试验结果可以看出，由未破碎的砾石制成的混合料的Tf5min和Tf5min的值比由砾石碎石和碎石灰石制成的混合物的值要小。图（2）所示的结果表明，掺入高反应性偏高岭土作为水泥重量的部分替代物给出的值和Tf5min高于没有高反应性偏高岭土的混合物。所得结果显示V型漏斗测试对混凝土混合物性能的变化比坍流测试更为敏感。

L-box和U-box用于测量自密实混凝土混合料的填充能力和通过能力。 （H2 / H1）的值代表阻塞比率（BR），而T20到T40的值代表混凝土分别达到20和40厘米流动的时间。 L-box测试结果如图3所示。

（BR）和（T20，T40）的值分别绘制在图（3）和图（4）中。 图（3和4）显示，粗骨料最大粒径为（20mm）的混合料与粗骨料最大粒径为（10mm）的混合料相比，（BR）值较低且（T20和T40）值较高。 这是由于粗骨料的最大粒径大的混合料趋向于堵塞流动，而粗骨料的最小尺寸的混合料会自由流动而不至于停止。

从图（3）可以看出，由碎石砾制成的混合料在靠近障碍物处的流动性比由碎石砾和碎石灰石制成的混合料的流动性好。这种可变形性取决于粗骨料的尺寸和分级。 以及（T20和T40）具有未破碎砾石的混合物的数值小于含有砾石和碎石灰石的混合物的数值。 这归因于未破碎的砾石表面的光滑的质地，这有利于通过障碍物穿过聚集体。

图（3）表明掺入偏高岭土作为水泥重量的部分替代物导致T20cm和T40cm的增加。 与不含偏高岭土的混合物相比。 这是由于偏高岭土的细度好导致混合物粘度增加。

该测试用于测量自密实混凝土的填充能力。 在这个测试中，压实度可以通过混凝土穿过障碍物后达到的高度来表示。填充高度值（Delta;H= h1-h2）表示滑动门打开时混凝土填充第二个隔间的能力。 测试结果如图（5）所示，表明结果范围在（0-30）mm之间。 所有混合物显示出优异的可变形性而没有分离。

6.2 、自密实混凝土的机械性能

根据图（6,7和8）所示的试验结果，可以注意到，最大尺寸为10mm的粗骨料制成的混合料的压缩和弯曲强度以及弹性模量高于混合料的值 用20毫米最大尺寸的粗骨料制成。这是由于具有较大表面积的粗骨料的最大尺寸较小，导致混凝土在加载时在骨料颗粒周围的过渡区（ITZ）中具有较高的结合强度。 这与奥利安和多伊奇曼在1999所得出的结论是一致的。

图（6,7）显示了粗骨料类型对抗压强度的影响，其中结果显示混合物中的碎石灰石比混合物中的碎石砾具有更高的压缩和弯曲强度以及弹性模量。这种行为归因于化学相互作用的影响和粒子粗糙的表面结构，其中聚集体和糊剂之间的结合更强。此外，结果表明，碎石砾的混合物（压缩和弯曲）的强度和弹性模量值高于未磨碎的砾石。 这可能是由于破碎砾石表面的粗糙度与未破碎砾石的表面相比所致。 这与德汝塔在2003所得出的结论是一致的。

图（6）显示了掺入偏高岭土作为水泥重量的部分替代物的效果。 结果表明，与偏高岭土相比，7天龄时混合物的抗压强度值比无偏高岭土的低约（-7.5至-12％）。这是由于偏高岭土的膨胀效应，因为它被用作水泥的部分替代品。 混凝土混合物也会从反应系统中除去水泥和影响混凝土早期抗压强度的一些效果。这与安-加布里在2005所得出的结论是一致的。 然而，在28,56和90天时，混合物的抗压强度高于不含偏高岭土的抗压强度。这种现象是由于偏高岭土对水泥水化的火山灰活性，其中偏高岭土与Ca（OH）2反应，并且该反应导致过渡区致密化的增强并因此增加界面区和地层的结合强度 的显微裂纹减少。 因此，微裂开始发生在较高的应力水平（奥利安和多伊奇曼， 1999）。

7结论

根据这项工作的结果，我们可以得出以下几个 结论：

1.SCC的流动性随着粗骨料的最大尺寸的增加而降低，并且在相同的W / P比和超增塑剂剂量下使用压碎的混凝土。

2.使用10％偏高岭土作为水泥重量的部分替代物会导致流动性下降和粘度增加，并且在测试（28,56,90）天时提高强度。

3.用粉碎石灰石制成的混凝土混合料比用碎石砾制成的混凝土混合料具有更高的强度和弹性，而用碎石砾制成的混凝土混合料比用未碾碎的砾石制成的混凝土混合料具有更高的强度和弹性。

4.包含10毫米最大尺寸的粗骨料的SCC混合料的机械性能要高于粗骨料最大尺寸为20毫米的混合料。

参考文献

[1]艾哈迈德，S.（1994），#39;高性能混凝土#39;#39;艺术报告，pp.1-9。

[2] C-亚历山大，普罗斯考（2003），T.，#39;#39;自密实混凝土 - 粗集料对新拌混凝土性能的影响#39;“http://www.darmstadt-concrete.de，pp. 1-4。

[3] 安-加比伦，L.A. 2005，“矿物外加剂和钢纤维对SCC新鲜和硬化特性的影响”，

硕士论文，安-默斯袒西里压大学，第135页。

[4] 奥利安 T.B.，K-多伊奇曼（1999），“聚合物力学性能对高

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