低胶凝材料用量大流动度泵送混凝土的制备与应用

目录
1．立项依据与必要性 (1)
1.1 胶凝材料用量现状调查分析 (1)
1.2 胶凝材料用量过多的原因 (1)
1.3 胶凝材料用量过多的危害 (1)
1.4研究现状及相关案例分析 (2)
2．研究内容 (2)
2.1 原材料对新拌混凝土流动性的影响规律 (2)
2.2 配合比参数对对新拌混凝土流动性的影响规律 (3)
2.3 降低胶材用量、提高新拌混凝土流动性的关键技术指标 (3)
3．拟解决的关键问题 (4)
3.1 提高骨料密实性的技术措施 (4)
3.2 外加剂减水率与水灰比的匹配技术措施 (4)
3.3 掺合料与水泥的匹配技术措施 (5)
3.4 应用过程中易出现的问题与调节方法 (5)
4．研究方法与技术路线 (5)
低胶凝材料用量大流动度泵送混凝土的制备与应用1．立项依据与必要性
1.1 胶凝材料用量现状调查分析
大流动度泵送混凝土一般需要具有良好的自密实性能，合理的胶凝材料用量是保证混凝土拌合物良好自密实性能的先决条件。

一般而言，采用胶凝材料总量大于500kg/m3配合比能配制出28d抗压强度大于50MPa的高强自密实混凝土[1]。

对于普通强度等级的自密实混凝土，其胶凝材料总量也一般高于350 kg/m3，且有相关规范规定泵送混凝土最低水泥用量不宜低于300 kg/m3[2],水下泵送混凝土胶凝材料总量应大于350 kg/m3[3]，采用较高胶凝材料用量配制自密实混凝土似乎已经成为施工建设领域公认的条件。

胶凝材料用量亦有明显的地域性差异，由于国内北方的砂石料及水泥质量较南方普遍偏差，存着北方自密实混凝土胶凝材料用量偏高的现象。

然而，日本及西方一些国家往往采用较低胶凝材料用量，通过优化混凝土配合比配制出高流动度自密实混凝土，如LEEMANNA与HOFFMANNC.等人通过大量试验研究配制了较低胶凝材料用量大流动度混凝土[4]。

1.2 胶凝材料用量过多的原因
高流动性、高自填充性与匀质性是自密实混凝土工作性的特点。

胶凝材料的填充效应可以填充混凝土体系内集料间空隙，密实其整体结构；胶凝材料分布在集料周围与水作用后可实现对集料包裹与粘聚，从而使混凝土拌合物有良好的流动性与匀质性。

合适的胶凝材料用量是混凝土自密实性能的保证，在一定的范围之内，较高的胶凝材料用量不会对其自密实性能产生较大的负面影响[5]，且实际生产应用中由于施工工艺以及技术水平落后等因素，现场施工人员往往认为浆体含量高的混凝土拌合物流动性能更好，因此通过加入过量的胶凝材料实现其自密实。

1.3 胶凝材料用量过多的危害
胶凝材料用量大增加了自密实混凝土的生产成本，过大的胶凝材料用量对混凝土构件水化温升、体积稳定性及长期耐久性等带来不利影响。

混凝土硬化过程中，过多的胶凝材料中
活性成分水化放热导致混凝土内部温度持续攀升，混凝土总温差加大，特别是气温骤降时，会进一步加大外层混凝土与内部混凝土的温差，在表面引起拉应力，当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即会出现裂缝[6]。

温度裂缝使混凝土体系更容易受到CO2、水等外界介质的入侵，加速混凝土的碳化，降低其抗冻融循环的能力，对混凝土结构的长期耐久性带来危害。

1.4研究现状及相关案例分析
研究现状及相关案例分析
水利、交通、铁路、民用建筑
所以，研究低胶凝材料用量大流动度泵送混凝土的制备与应用具有显著的经济意义、社会意义、环保意义，社会的需求需要发展这项技术。

2．研究内容
2.1 原材料对新拌混凝土流动性的影响规律
混凝土拌合物在自重或外界振动动力作用下产生流动,必须克服内在阻力,拌合物内在阻力主要来自两个方面,一为骨料间摩擦力,一为水泥浆粘聚力，骨料间摩擦力大小主要取决于骨料颗粒表面水泥浆层厚度，水泥浆粘聚力大小主要取决于浆干稀程度.
2.1.1水泥品种影响
在水泥用量和用水量一定情况下采用矿渣水泥或火山灰水泥拌制混凝土拌合物,流动性比用普通水泥小,二者达到相同坍落度，前者每立方米混凝土用水量必须增加,矿渣水泥拌制混凝土拌合物泌水性较大.
2.1.2骨料性质影响
骨料性质指混凝土所用骨料品种、级配、颗粒粗细及表面形状等.在混凝土骨料用量一定情况下采用卵石和河沙拌制混凝土拌合物流动性比碎石和山砂拌制好：用级配好骨料拌制的混凝土拌合物和水性好,用细砂拌制的混凝土拌合物流动性较差,但粘聚性和保水性好.
2.1.3外加剂影响
混凝土拌合物掺入减水剂或引气剂,流动性明显提高,引气剂有效改善混凝土拌合物粘聚性和保水性,对硬化混凝土强度与耐久性起着有利作用.
2.2 配合比参数对对新拌混凝土流动性的影响规律
2.2.1水胶比影响
胶凝材料用量一定的条件下，水胶比的大小决定了用水量的大小和浆体含量的大小，而浆体含量又是决定自密实混凝土流动性的主要因素。

一般来说，水胶比越低，配制的混凝土强度越高，混凝土的密实度和耐久性也就越好。

水胶比的增加降低了自密实混凝土拌合物的塑性粘度，对于低水胶比自密实混凝土，须适当增加高效减水剂掺量以增加其流动性。

因此，水胶比是影响自密实混凝土工作性能和耐久性的重要因素[7]。

2.2.2砂率影响
砂率是影响混凝土拌和物流动性的一个主要因素。

适宜的砂率可以减少粗集料之间的接触，增大流动性。

砂率增大，骨料的总表面积和空隙率都会增大，当水泥浆数量一定时，包
裹骨料的水泥浆厚度变薄，使拌和物流动性减小。

但砂率过小，粗骨料间缺少必要的砂浆层
以减小其摩阻力，拌和物流动性也会降低，其至会降低拌和物的粘聚性和保水性，容易造成
流浆和离析等现象[8]。

在水泥用量和水灰比一定的条件下，一方面，由于砂子与水泥浆组成的砂浆在粗骨料间
起到润滑和辊珠作用，可以减小粗骨料间的摩擦力，所以在一定范围内，随砂率增大，混凝
土流动性增大。

另一方面，由于砂子的比表面积比粗骨料大，随着砂率增加，粗细骨料的总
表积增大，在水泥浆用量一定的条件下，骨料表面包裹的浆量减薄，润滑作用下降，使混凝
土流动性降低。

所以砂率超过一定范围，流动性随砂率增加而下降。

在自密实混凝中，为满
足其对工作性能的特殊要求，一般都具有较大的砂率。

2.3 降低胶材用量、提高新拌混凝土流动性的关键技术指标
因此，配制低胶凝材料大流动度混凝土的关键是必须选用合适的原材料，采用最优的混
凝土配合比。

参照富勒曲线，掺配调整不同级配的混凝土粗集料，使其达到最大紧堆密度的
最佳级配范围，并调整适当的砂率，使粗细集料相互填充密实，砂浆作为骨料颗粒间的润滑
剂能充分促进流动性, 且不至于因包裹骨料颗粒的浆体过厚而造成混凝土离析。

通过选用高
性能减水剂保证混凝土在较低胶凝材料用量及水胶比条件下产生较大的流动度、较好的粘聚性、包裹性、匀质性。

3．拟解决的关键问题
3.1 提高骨料密实性的技术措施
富勒级配理论的依据是将混凝土材料的骨料颗粒, 按粒度大小有规则地进行组合排列、粗细搭配, 就可以得到密度最大、空隙最小的混合物. 按照富勒级配理论设计的混凝土, 强度高、抗渗性好、水泥用量小[9]。

一般情况下，大都通过骨料紧堆密度试验使集料实现颗粒间最佳搭配比例。

讲不同级配集料按一定比例掺配，各组试样分三次装入容量筒。

装完第一层后，在筒底垫放一根直径为16mm的圆钢，将筒按住，左右交替击地面各25次。

再装入第二层，第二层装满后用同样的方法颠实（但筒底所垫钢筋的方向与第一层时的方向垂直），然后装入第三层如法颠实。

试样装填完毕，再加试样直至超过筒口，并用钢尺沿筒口边缘刮去高出的试样，并以合适的颗粒填入凹陷部分，使表面稍凸起部分和凹陷部分的体积大致相等（试验过程应防止触动容量筒），称出试样和容量筒的总质量。

通过相关技术规程计算得出最佳堆积密度[10]。

3.2 外加剂减水率与水灰比的匹配技术措施
用水量大是混凝土泌水的根本原因。

因此,减少用水量和减少水灰比是控制混凝土泌水的有效途径。

但对一些有大流动性要求的混凝土，如泵送混凝土，减少用水量或减少水灰比在施工中是不可行的,可通过掺适量减水剂和泵送剂等办法来改善混凝土的工作性。

改善骨料级配，适当增加砂的用量，或采用颗粒细一些的砂，可控制混凝土的泌水。

改善骨料级配是由改变砂率来实现的。

采用最佳砂率，在坍落度一定的情况下，可减少单位用水量。

这对控制混凝土的泌水是有利的[11]。

影响混凝土坍落度损失的因素较多，根本原因是水泥中的不同矿物成分对减水剂吸附性大小不同。

C3A，C4AF含量高的水泥易出现坍损大的问题。

后掺法、掺缓凝剂法、降低新拌混凝土温度等方法对控制混凝土坍损效果明显。

混凝土坍落度损失是现代商品混凝土所面临的一个非常重要而又实际的问题，应在实际工作中不断结合生产及材料的具体情况，总结经验并选择合适的解决措施[12]。

通常普通水泥拌和物比矿渣和火山灰水泥拌和物工作性好。

矿渣水泥拌和物流动性最大, 但粘聚性差, 易泌水离析;火山灰水泥流动性小, 但粘聚性好。

此外, 水泥的细度对新混凝土拌和物的工作性有影响。

适当提高水泥细度, 也可改善混凝土拌和物的粘聚性和保水性, 减
少泌水和离析现象。

选用硅灰能提高密实混凝土结构，提高混凝土拌合物的粘聚性。

采用低水胶比，较高砂率，高效减水剂也能提高混凝土的粘聚性[13]。

3.3 掺合料与水泥的匹配技术措施
粉煤灰等掺合料之所以能够如此明显地改善混凝土的和易性，主要原因是又圆又细的粉煤灰颗粒象滚珠似地分散在水泥、砂、石之间，有效地减少了它们之间的内摩擦，同时粉煤灰密度较小，特别是采用超量取代法，混凝土中胶凝物质含量增加，浆骨比也随之增大，因此，粉煤灰混凝土特别有利于泵送施工。

为进一步探明粉煤灰对水泥及混凝土流动性的影响，相关研究人员选取了若干种具有不同细度与颗粒群分布的粉煤灰试样，以不同比例掺入到同一水泥中，探讨其对水泥净浆流变性的影响规律，利用灰色关联分析的原理对此相关性进行量化计算。

并以水泥净浆标准稠度用水量的变化以及图象分析的检测结果加以证实[14]。

3.4 应用过程中易出现的问题与调节方法
然而，由于国内施工工艺相对落后，技术水平较低，在现场应用过程中存在着不能及时选用最佳原材料，调整合适混凝土配比的现象，导致混凝土很难达到低胶材大流动度的状况。

另外，由于水泥，砂石料等混凝土原材料质量状况随地域性影响很大，一些规模较小的原材料供应商很难供应质量状况波动较小的原料，导致现场应用过程中混凝土质量随之变化频繁，这也严重影响了低胶材大流动度混凝土的推广与应用。

因此，不断改进施工工艺，通过定期培训，提高施工技术人员的素质，规范建材市场秩序，逐渐实行混凝土生产标准化，并进一步加强监督施工质量，对普及推广低胶材泵送混凝土尤为重要。

4．研究方法与技术路线
1.阎培渝,阿茹罕,赵昕南.低胶凝材料用量的自密实混凝土[J],混凝土,2011,1:0001-04.
2.JGJT10-2010泵送混凝土施工技术规程.
3.JTJ041-2000 公路桥涵施工技术规范.
4.LEEMANNA,HOFFMANNC. Properties of self-compacting and conventional concrete :
differences and similarities[J],Concrete Research,2005,57 :0315-0319.
5.刘宝举,金华山,杨元霞.胶凝材料用量及砂率对自密实混凝土工作性的影响[J],粉煤
灰,2006,4:0022-04.
6.韩再川.大体积混凝土设备基础施工温度裂缝的控制[J],山西建筑,2002,4:0068-02.
7.祝雯.自密实混凝土收缩变形的影响因素与控制[D],武汉大学,2005.
8.刘伟强.自密实混凝土流变性能与强度试验研究[D],北京交通大学,2010.
9.董蔷薇,袁达,宋斌等.混凝土细观骨料模型随机性的分形验证[J],河海大学学
报,2011,39(1) :0095-04.
10.GBT 14685-2011 建设用碎石卵石.
11.聂国平,水泥混凝土泌水的危害及应对措施[J],河南建材,2011,2:0016-04.
12.刘丽丽，商品混凝土坍落度损失的控制[J],山西建筑,2004,30(7):0050-02.
13.马志华,王战胜.影响新拌混凝土工作性的因素分析[J],科技信息,2007,9:0102-04.
14.张永娟，张雄.粉煤灰掺量及颗粒群分布与水泥浆体流变性的关系研究[J],水
泥,2003,7:0001-04.。