CN102507382A - 一种用于评价自密实混凝土工作性能的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于评价自密实混凝土工作性能的测试方法，其特征在于它包括如下步骤：1）NL型可灌性仪检测装置的准备；2）在自密实混凝土由竖向槽流入横向槽的过程中测试其流动时间及停止流动的时间；3）流动停止后，测试其下坍高度，计算充盈率FR；4）最后在横向槽中不同部位取样，清洗出粗骨料，烘干称重，计算离析率SR。本发明具有简单、准确、全面的反应自密实混凝土流变性、充盈性和均质性的特点，尤其适用于CRTS-Ⅲ型板式轨道充填层自密实混凝土工作性能的评价。

Description

一种用于评价自密实混凝土工作性能的测试方法

技术领域

本发明涉及混凝土领域，具体涉及一种用于评价自密实混凝土(SCC)工作性能的测试方法。

背景技术

无砟轨道在国内外高速铁路上获得了越来越广泛的应用，目前国际上应用最为成熟的板式无砟轨道结构有两种：日本新干线板式轨道(简称CRTS-I型)与德国博格板式轨道(简称CRTS-II型)。我国幅员辽阔、地域特性和路线条件差异大，据此，我国发展了不同的无砟轨道结构。我国的无砟轨道结构类型主要有CRTS-I型、II型板式和CRTS-I型、II型双块式轨道结构。在借鉴国外技术的同时，也不断发展具有自主知识产权的无砟轨道结构技术，形成CRTS-III型无砟轨道结构技术体系，并在成灌线上成功运用。CRTS-III型轨道结构创新设计采用具有良好的流动性、均质性、和易性能的自密实混凝土作为填充层，对环境条件不敏感，并且具有优良的力学与耐久性能。

鉴于自密实混凝土高流动性的特点，各国研究人员经过多年潜心研究提出了许多工作性的检测方法，目前实验室和施工现场通常采用坍落度、坍落扩展度、T₅₀₀时间、L型仪、U型仪、V型漏斗、J型环、筛分法等其中的1种或几种组合控制测定自密实混凝土的工作性能。传统的自密实混凝土主要应用在开放式空间结构，例如地下暗挖、配筋密集、形状复杂而无法振捣的混凝土桩、柱以及修复工程中。对于传统的自密实混凝土，以上的测试方法可以反映混凝土的工作性能，而无砟轨道充填层自密实混凝土是要将自密实混凝土灌注到100mm×2500mm×5350mm的狭长封闭空间中，另外加上板底钢筋、土工布的阻碍，因此需具备更高的自密实能力，以及更加合理的测试方法。

通用L型流动仪最初是为评价水下自密实混凝土工作性能由日本设计的，其竖向槽的尺寸为200mm×100mm×600mm(长100mm，宽200mm，高600mm)，体积12L，横向槽的尺寸为200mm×700mm×150mm(长700mm，宽200mm，高150mm)，体积为21L，可见竖向槽的体积小于横向槽的体积，当竖向槽中全部的混凝土都流动到横向槽时，也不能把横向槽充填饱满，不能贴切地模拟实际灌注状态，且混凝土在流动过程中只受到底部的摩擦，而并未受到上板的摩擦力，流动状态为底部铺展式，不能较好地模拟实际工况。

另外，通用的L型流动仪中横向槽是个封闭的箱形体，未设置排气孔；采用的材质一般为表面比较光滑的透明有机玻璃板或者是钢板，与实际灌注时所受到得摩擦力差异较大，难以真实模拟自密实混凝土的受力及流态。且一般只能测试得到反应流速的T_700L和反应阻滞情况的H₂/H₁的两个指标，未考虑自密实混凝土在长距离流动时所产生的离析等不均质问题。因而采用通用L型流动仪也不能全面、准确地反映出自密实混凝土的性能。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种简单、准确、全面的用于评价自密实混凝土工作性能(流变性、充盈性和均质性)的测试方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种用于评价自密实混凝土工作性能的测试方法，其特征在于它包括如下步骤：

1)NL型可灌性仪检测装置的准备：

所述的NL型可灌性仪为内部连通的L型箱体，L型箱体的水平部分定义为横向槽，在横向槽中L型箱体内侧面的下方设有垂直钢筋栅，内侧面的右侧设有挡板，挡板右侧的横向槽中沿横向槽长度方向布设有呈梯子型的加强钢筋网片，横向槽的上盖板为活动盖板，挡板左侧部分定义为竖向槽，竖向槽的净体积和横向槽的净体积相等；

2)进行测试时，首先在竖向槽中装满自密实混凝土，并将上口刮平，抽出挡板，自密实混凝土在自重的作用下，自动下坍并向挡板右侧的横向槽流动，依次记录自密实混凝土在横向槽内流动到间隔的多个设定距离的时间即流动时间，及停止流动的时间T_STOP，所述的设定距离自挡板起计量；

3)混凝土停止流动后，量取竖向槽中自密实混凝土的下坍高度Ls(mm)，即竖向槽上口到混凝土停止流动后竖直槽内下坍混凝土面的高度，计算充盈率，充盈率计算公式如下：

其中：FR-用NL型可灌性仪表征的充盈率；

Ls-下坍高度；

L_竖-竖向槽的高度；

L_横-横向槽的高度；

4)在充盈率测试结束后，打开横向槽上面的活动盖板，在自挡板起每个加强钢筋隔开的区域(钢筋网格)取样，清洗出自密实混凝土中的粗骨料，烘干至恒重后称重；按如下公式计算离析率：

其中：SR-用NL型可灌性仪表征的离析率；

W_i-钢筋网片中第i个区域混凝土中粗骨料的质量，1≤i≤加强钢筋个数n+1；

W_平-各区域中粗骨料质量的平均值；

5)结合上述测试得到的流动时间，停止时间，充盈率FR及离析率SR进行自密实混凝土试样性能的评估。

按上述方案，所述横向槽的底面铺设有水泥板或硅钙板，所述水泥板或硅钙板的厚度为5-15mm。

按上述方案，所述横向槽的净体积为15-40L，所述横向槽的内腔净高为100mm，所述挡板距内侧面的距离为5-40mm。

按上述方案，所述横向槽内腔的长为1000mm，宽为200mm，净高为100mm，所述竖向槽内腔的宽为200mm，净高为600mm，顶面长为160mm，底面长为200mm，挡板距L型箱体内侧面的距离为40mm。

按上述方案，所述垂直钢筋栅由2-4根钢筋并排组成。

按上述方案，所述挡板右侧的横向槽四周设有与横向槽内净高相等的钢筋，呈梯子型的加强钢筋网片通过与四周布设的钢筋焊接，沿横向槽长度方向布设于横向槽中，所述加强钢筋网片中各加强钢筋等距布设，加强钢筋的个数为n，n＝2-5，所述加强钢筋为Ф10-12的光圆钢筋或螺纹钢筋。

按上述方案，所述横向槽右挡板上设有排气孔。

按上述方案，所述横向槽右挡板的端部和中部分别布设有一个排气孔，端部排气孔为四分之一圆孔，中部为半圆形圆孔，半径都为10-20mm。

按上述方案，所述步骤(2)中的多个设定距离分别为200mm、400mm、600mm、800mm，其相应测试得到的时间即流动时间为T_200L、T_400L、T_600L、T_800L；所述的评价指标如下：

I T_200L＜2s，T_400L＜5.8s，T_600L＜11.7s，T_800L＜20.9s，T_STOP＜88.7s；FR＝100％；SR＜5％，表明：流动性优；填充性优；均质性优；

II 2s≤T_200L≤3s，5.8s≤T_400L≤8.3s，11.7s≤T_600L≤17.3s，20.9s≤T_800L≤31.7s，88.7≤T_STOP≤110s；90％≤FR＜100％；5％≤SR≤10％，表明：流动性良；填充性良；均质性良；

III 3s＜T_200L，8.3s＜T_400L，17.3s＜T_600L，31.7s＜T_800L，110s＜T_STOP；FR＜90％；10％＜SR，表明：流动性差；填充性差；均质性差。

实验研究表明：I种情况灌注速度快；填充性能好；均质性差，不可进行实际施工，揭板表面有浮浆层；II种情况灌注速度适中；填充性能好；均质性好，可进行实际施工，灌注效果好；III种情况灌注速度慢；填充性能差；均质性中，不可进行施工，灌注效果差，有空洞、蜂窝、麻面等质量缺陷。

本发明方法中结合新型板式轨道的结构特点以及对自密实混凝土的性能要求，设计的NL型可灌性仪，与通用的L型流动仪相比较有以下改进：通用的L型流动仪竖向槽的体积小于横向槽的体积，当竖向槽中全部的混凝土都流动到横向槽时，并不能把横向槽充填饱满，为了更贴切模拟实际灌注状态，本发明将NL型可灌性仪的竖向槽与横向槽设置为相同的体积，并且可优选地将横向槽的被填充高度(内腔净高)设为100mm，这样一来，便有三个方面的好处，一是可以直观的观察是否充填饱满，是否有空洞、蜂窝、麻面等质量缺陷；二是可以方便的计算出充盈率，如果混凝土的工作状态良好，则竖向槽中的混凝土可全部充填在横向槽中，则下坍高度与竖向槽和横向槽的高度差基本相同，通过测量下坍高度可以方便的计算充盈率；三是可以更好的模拟实际工况，全面反映自密实混凝土的工作性能，尤其适用于CRTS-III型无砟轨道充填层灌注自密实混凝土工作性能的评估。工程实际中在向CRTS-III型无砟轨道充填层灌注自密实混凝土时，充填层的厚度为100mm，混凝土在流动过程中，除了与底板接触，也会与顶板接触，是在顶板与底板的夹层中往前推进，如此不仅可以模拟出上述的混凝土工作环境，观察混凝土在刚开始灌注时的运动状态，还可以观察混凝土在即将到达边壁充填饱满时的流态，而通用的L型流动仪，混凝土在流动过程中只受到底部的摩擦，而并未受到上板的摩擦力，流动状态为底部铺展式，而并不是夹层推进式，因而，本发明的NL型可灌性仪可全面反映自密实混凝土的性能，尤其适用于CRTS-III型板式无砟轨道充填层自密实混凝土工作性能的测试。

另外本发明方法中使用的NL型可灌性仪还可设置排气孔，一方面可以减少排气不通畅可能引起的蜂窝麻面现象，另一方面可以通过从排气孔排出的混凝土拌合物判断是否充填饱满；还可在横向槽底部加入水泥板或硅钙板，从而模拟实际灌注时的底板情况，以便更真实的模拟自密实混凝土的受力及流态。

本发明利用NL型可灌性仪通过测试一定体积自密实混凝土流至不同设定距离的时间、下坍高度和多区域混凝土中粗骨料的质量，具体地为：通过流动时间表征自密实混凝土的流动性能，通过下坍高度计算混凝土的充盈率，考察其充填性能，通过骨料重量方差计算离析率，评价自密实混凝土的均质性，综上，本发明利用简单巧妙的装置解决了自密实混凝土工作性能(流变性、充填性、均质性)简单、准确、全面的测试评价问题，尤其适用于CRTS-III型板式无砟轨道充填层自密实混凝土工作性能的评价，其在实验室和工地现场均可科学评价自密实混凝土的工作性能，具有方便实用、简单、准确、快速的特点。并且用本发明设计的NL型可灌性仪可以根据灌注时混凝土的流动速度及充填情况可以及时调整配合比，可便设计出满足条件的板式轨道自密实混凝土。

附图说明：

图1是本发明的NL可灌性仪检测装置的结构示意图；

图2为呈梯子型的加强钢筋网片的示意图；图中：1竖向槽2横向槽3垂直钢筋栅4挡板5硅钙板6加强钢筋网片7上盖板8排气孔9加强钢筋。

具体实施方式：

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1-3

一、根据表1中的自密实混凝土配方，见表1，取料，然后将物料一起投入混凝土搅拌机，搅拌60s，再加入拌合用水，继续搅拌180s后，制得新拌自密实混凝土，待用。

二、一种用于评价自密实混凝土工作性的测试方法，它包括如下步骤：

1)NL型可灌性仪检测装置的准备：

所述的NL型可灌性仪为内部连通的L型箱体，L型箱体的水平部分定义为横向槽(2)，横向槽内腔长1000mm，宽200mm，高110mm，横向槽的底部铺设有10mm厚的硅钙板(5)，在横向槽中、内侧面的下方设有3根钢筋并排组成的垂直钢筋删(3)，在横向槽中距L型箱体内侧面右侧40mm处设有宽200mm，高300mm的挡板(4)，挡板右侧的横向槽四周设有高为100mm的钢筋，呈梯子型的加强钢筋网片(6)通过与四周布设的钢筋焊接，沿横向槽长度方向布设于横向槽的中部，所述加强钢筋网片中加强钢筋(9)个数为3，挡板右侧的横向槽的上盖板(7)为活动盖板，采用几字型白铁皮横向槽底部螺栓拧合，可随意拆装，横向槽的盖板上每200mm有条刻度线，横向槽右挡板的端部和中部分别布设有一个排气孔(8)，两端排气孔为四分之一圆孔，中部为半圆形圆孔，半径都为15mm；挡板左侧部分定义为竖向槽(1)，竖向槽和横向槽的净体积相等，竖向槽内腔的宽为200mm，高610mm，顶面长为160mm，底面长为200mm所述竖向槽采用透明有机玻璃或钢板做成，横向槽上盖板用透明有机玻璃做成，横向槽底部和侧部用有机玻璃或钢板做成；

2)进行测试时，首先在竖向槽中装满自密实混凝土，并用铲刀将上口刮平，抽出挡板，自密实混凝土在自重的作用下，自动下坍并向横向槽流动，依次记录自密实混凝土在横向槽内流动到200mm、400mm、600mm、800mm的时间即流动时间，记作T_200L、T_400L、T_600L、T_800L，以此反映混凝土拌合物的流变速度，以及自密实混凝土停止流动时的时间，记作T_STOP，用来测试拌合物充满整个横向槽时的灌注时间。混凝土停止流动的判断标志为排气孔中有物料溢出；

3)混凝土停止流动后，量取竖向槽中混凝土拌合物的下坍高度Ls(mm)即竖向槽上口到混凝土停止流动后竖直槽内下坍混凝土面的高度，下坍高度可反映混凝土拌合物的变形能力。并根据以下公式(3)计算充盈率FR，计算公式如下：

其中：FR-用NL型可灌性仪表征的充盈率；

Ls-下坍高度；

L_竖-竖向槽的高度；

L_横-横向槽的高度。

4)在充盈率测试结束后，打开横向槽上面的活动盖板，在每个钢筋隔开的区域(钢筋网格)中取样，装入2L的圆柱筒，清洗出圆柱筒中混凝土的粗骨料，烘干至恒重后称重，精确到0.1g，按如下公式(4)计算离析率：

其中：SR-用NL型可灌性仪表征的离析率；

W_i-钢筋网片中第i个区域混凝土中粗骨料的质量，1≤i≤加强钢筋的个数n+1，n为加强钢筋的个数，n＝3；

W_平-各区域中粗骨料质量的平均值。

试验结果见表2。

表1实验配比(单位：kg/m³)

实验编号	水泥	粉煤灰	矿粉	砂子	石子	水	减水剂
								实施例1	420	120	60	825	675	190	7.2
实施例2	420	120	60	825	675	186	7.8

实施例3

420

120

60

825

675

180

6.6

表2实验结果

注：虽然用NL型可灌性仪检测的充盈率FR为95％，但是在实际灌板时，因为灌注料斗中的物料比实际灌注一块板所需物料多，灌注压力大，所以在实际灌注时，可充填饱满。

当n为2、4或5时，自密实混凝土工作性的评价方法，参照实施例1-3；在此不一一列举。

Claims (9)

1.一种用于评价自密实混凝土工作性能的测试方法，其特征在于它包括如下步骤：

1)NL型可灌性仪检测装置的准备：

所述的NL型可灌性仪为内部连通的L型箱体，L型箱体的水平部分定义为横向槽，在横向槽中L型箱体内侧面的下方设有垂直钢筋栅，内侧面的右侧设有挡板，挡板右侧的横向槽中沿横向槽长度方向布设有呈梯子型的加强钢筋网片，横向槽的上盖板为活动盖板，挡板左侧部分定义为竖向槽，竖向槽的净体积和横向槽的净体积相等；

2)进行测试时，首先在竖向槽中装满自密实混凝土，并将上口刮平，抽出挡板，自密实混凝土在自重的作用下，自动下坍并向挡板右侧的横向槽流动，依次记录自密实混凝土在横向槽内流动到间隔的多个设定距离的时间即流动时间，及停止流动的时间T_STOP，所述的设定距离自挡板起计量；

3)混凝土停止流动后，量取竖向槽中自密实混凝土的下坍高度Ls(mm)计算充盈率，充盈率计算公式如下：

其中：FR-用NL型可灌性仪表征的充盈率；

Ls-下坍高度；

L_竖-竖向槽的高度；

L_横-横向槽的高度；

4)在充盈率测试结束后，打开横向槽上面的活动盖板，在自挡板起每个加强钢筋隔开的区域中取样，清洗出自密实混凝土中的粗骨料，烘干至恒重后称重；按如下公式计算离析率：

其中：SR-用NL型可灌性仪表征的离析率；

W_i-钢筋网片中第i个区域混凝土中粗骨料的质量，1≤i≤加强钢筋个数n+1；

W_平-各区域中粗骨料质量的平均值；

5)结合上述测试得到的流动时间，停止时间，充盈率FR及离析率SR进行自密实混凝土试样性能的评估。

2.根据权利要求1所述的用于评价自密实混凝土工作性能的测试方法，其特征在于：所述横向槽的底面铺设有水泥板或硅钙板，所述水泥板或硅钙板的厚度为5-15mm。

3.根据权利要求1所述的用于评价自密实混凝土工作性能的测试方法，其特征在于：所述横向槽的净体积为15-40L，所述横向槽的内腔净高为100mm，所述挡板距L型箱体内侧面的距离为5-40mm。

4.根据权利要求1所述的用于评价自密实混凝土工作性能的测试方法，其特征在于：所述横向槽内腔的长为1000mm，宽为200mm，净高为100mm，所述竖向槽内腔的宽为200mm，净高为600mm，顶面长为160mm，底面长为200mm，挡板距内侧面的距离为40mm。

5.根据权利要求1所述的用于评价自密实混凝土工作性能的测试方法，其特征在于：所述垂直钢筋栅由2-4根钢筋并排组成。

6.根据权利要求1所述的用于评价自密实混凝土工作性能的测试方法，其特征在于：所述挡板右侧的横向槽四周设有与横向槽内净高相等的钢筋，呈梯子型的加强钢筋网片通过与四周布设的钢筋焊接，沿横向槽长度方向布设于横向槽中，所述加强钢筋网片中各加强钢筋等距布设，加强钢筋的个数为n，n＝2-5，所述加强钢筋为Ф10-12的光圆钢筋或螺纹钢筋。

7.根据权利要求1所述的用于评价自密实混凝土工作性能的测试方法，其特征在于：所述横向槽后挡板上设有排气孔。

8.根据权利要求1所述的用于评价自密实混凝土工作性能的测试方法，其特征在于：所述横向槽右挡板的端部和中部分别布设有一个排气孔，端部排气孔为四分之一圆孔，中部为半圆形圆孔，半径都为10-20mm。

9.根据权利要求1所述的用于评价自密实混凝土工作性能的测试方法，其特征在于：所述步骤(2)中的多个设定距离分别为200mm、400mm、600mm、800mm，其相应测试得到的时间即流动时间为T_200L、T_400L、T_600L、T_800L；所述的评价指标如下：

I T_200L＜2s，T_400L＜5.8s，T_600L＜11.7s，T_800L＜20.9s，T_STOP＜88.7s；FR＝100％；SR＜5％，表明：流动性优；填充性优；均质性优；

II 2s≤T_200L≤3s，5.8s≤T_400L≤8.3s，11.7s≤T_600L≤17.3s，20.9s≤T_800L≤31.7s，88.7≤T_STOP≤110s；90％≤FR＜100％；5％≤SR≤10％，表明：流动性良；填充性良；均质性良；

III 3s＜T_200L，8.3s＜T_400L，17.3s＜T_600L，31.7s＜T_800L，110s＜T_STOP；FR＜90％；10％＜SR，表明：流动性差；填充性差；均质性差。

Images