CN1904582B

CN1904582B - 一种混凝土浆体流变性能通用试验方法

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Publication number: CN1904582B
Application number: CN200610051880A
Authority: CN
Inventors: 干伟忠; 汉斯·帕斯门; 苏月燕
Original assignee: Ningbo University of Technology
Current assignee: Ningbo University of Technology
Priority date: 2006-06-09
Filing date: 2006-06-09
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2026-06-09
Also published as: CN1904582A

Abstract

涉及混凝土技术领域的一种混凝土浆体流变性能通用试验方法，该试验装置设计要点是至少有四部分构成：量筒状漏斗、带刻度的瘦量杯、试验架和台式计时器或设置自动计时系统。该方法借助计算工具分析评价不同混凝土细料，复合细料配伍适应性以及浆体流变性能。本发明解决了的配制高性能混凝土为主要指标的配合比提供一种装置简单、操作方便、评价指标明确的，能快速评价细料需水性、细料与减水剂适应性、复合细料配伍适应性、以及浆体流变性能的通用试验方法。该试验能快速大量地进行，费料少，劳动强度低，试验结果应用效率高。

Description

一种混凝土浆体流变性能通用试验方法

技术领域

本发明涉及一种混凝土浆体流变性能通用试验方法，属于混凝土技术领域。适用于遴选混凝土原材料并进行计算机配合比优化，配制高性能混凝土、自密实混凝土以及超流态混凝土，特别是以工作性、耐久性为主要指标进行混凝土配合比设计。

背景技术

随着高效减水剂性能的改善，配制生产高性能混凝土、自密实混凝土和超流态混凝土已不再困难。然而，流动性越高，混凝土产生离析的趋势就越大。因此，混凝土高工作性的内涵有所扩大，包括下列三个基本性能：高流动性，高稳定性，高穿隙性。

新拌混凝土是一种特殊的固液混合相，其流动和变形以及应力关系随时间变化的发展规律即为其流变性能。一般认为，新拌混凝土同时具有固体变形的弹、塑性性质，又具有液体变形的粘性特征。新拌混凝土的剪切应力τ、屈服值τ_o、塑性粘度η和剪切变形速率dv/dt的关系可用Bingham模型：

τ＝τ_o+η(dv/dt)

来进行近似地描述。而屈服值τ_o和塑性粘度η则是该模型的主要参数，其中屈服值是使材料发生变形所需要的最小应力，塑性粘度则反映作用应力与流动速度之间的关系。

由于高流动性新鲜混凝土的τ_o较小，所以接近于非线性Newton型，而一般的新拌混凝土则接近非线性Bingham型。

与普通混凝土相比，高流动性新鲜混凝土的流变参数中，屈服值τ_o降低，塑性粘度η却提高了。高流动性混凝土的这种特点，不仅使新鲜混凝土具备良好的流动性能，而且具备了良好的抗分离性能，在一定的范围内改善了钢筋间隙通过性。普通混凝土浇筑时，需要通过振捣使新鲜混凝土液化(使其屈服值τ_o趋于零)流动并填充到模板内各处。高流动新鲜混凝土由于本身屈服值τ_o小，所以施工过程中不用机械振捣和/或只需局部人工插捣就能达到填充密实和排气的效果。

由于高流动性新鲜混凝土的上述流变特性，传统的坍落度试验不能全面地对其工作度进行评价，因为混凝土坍落度主要取决于屈服值τ_o。大量试验发现混凝土坍落度超过220mm后，对工作度的变化不再敏感，国内外在用坍落度检测高流动性混凝土的工作度时，也有用量取新鲜混凝土扩展后的纵横向平均直径，即坍落度流动值来综合评价。试验表明，坍落度流动值克服了坍落度超过220mm后不敏感的缺点，较好反映了新鲜混凝土在无配筋或配筋稀少模板内的填充性能。但是，坍落度流动值的大小依然主要取决于屈服值τ_o，还是无法准确反映出塑性粘度(塑性粘度)η对新鲜混凝土工作度(如钢筋间隙通过性、布筋较密的模板填充性及可泵性等)的影响。试验发现不同配比的高流动性混凝土虽然坍落度流动值没有很大差异，但是由于塑性粘度η可能差异较大，其稳定性、穿隙性、可泵性性能有不可忽略的差别。

鉴此有的还尝试使用坍落扩展的流动速度来评价超流态混凝土的工作度.坍落度流动速度指坍落度试验时新鲜混凝土完全扩展或到某个直径所需要的时间，从流变学的角度看，由于新鲜混凝土的流动速度主要取决于新鲜混凝土的塑性粘度η，因此，从理论上它较好地反映超流态混凝土的工作度，但是实际试验中发现，新鲜混凝土刚刚坍落时扩展速度很大，随着新鲜混凝土的流动，速度逐渐减小，最后极缓慢地流动直至停止，很难确定流动停止的时刻，因此测量误差较大.

此外还有很多混凝土工作度评价方法，如回转粘度计试验、小球上浮试验、压力泌水试验，日本、欧洲还发展采用了一些新的或改良的试验方法，如坍落扩展度(Slump Flow)、L型箱、U型箱、V型漏斗、Orimet漏斗、障碍环、Kajima箱试验等等。但都存在一定局限性，最大的问题是测试值互比性差，操作不够简便，材料消耗大，每次试验后的清洗工作量非常之大，而且多种方法还有多参数信息冗余之嫌。因此不太适宜在试验室或尤其在施工现场用来评价高流动性混凝土的工作度。

为方便地评价高流动性混凝土工作性，因此需要探索建立一套高效的试验方法。高流动性混凝土需要借助这些试验方法进行配合比设计与现场质量检验，一般不希望同时采用多种试验方法来评价流动性、稳定性和穿隙性。

发明内容

本发明目的是提供一种混凝土浆体流变性能通用试验方法，用该试验方法，借助计算工具分析评价不同混凝土细料，如水泥、掺合料的需水性，细料与减水剂适应性，复合细料配伍适应性以及浆体流变性能，进而估计所配混凝土的工作性。主要用来对原材料和混凝土配伍进行遴选和优化。本发明采用以下技术方案来实现目的。

首先，鉴于本发明的技术背景，研制高流动性混凝土浆体流变性能通用试验方法的指导思想为：

1)全面反映高流动性新鲜混凝土的高流动性、高稳定性、高穿隙性，数据重演性好，参数越少越好。

2)尽量利用混凝土试验室现有装备，降低设备采购费用。

3)操作简单快捷，清洗方便，材料损耗少。

为了考察集料对高流动性混凝土流变性能的影响，特地制备了理想形状，如完全球形、而且表面光滑、理想级配的集料进行对比试验，试验结果显示，集料对高流动性混凝土流变性能的影响并不敏感。

由于高流动性混凝土的细料比较多，浆体体积甚至可占到40％，因此集料级配对流动度的影响非常有限，也就是说浆体的流变性能基本决定了超流态混凝土性能。因此研发了本发明的试验装置(见图1、2)，期望在配合比阶段以这个试验为主，节约材料和时间。

该试验装置至少有四部分构成：量筒状漏斗、带刻度的瘦量杯、试验架和台式计时器或设置自动计时系统.1000ml量筒状漏斗，500ml带刻度的瘦量杯，试验架和台式计时器(市售，精度0.1s).必要时或设置自动计时系统.透明量筒状漏斗至少具有经过计量的300ml和800ml刻度，漏斗嘴长60mm，漏斗出孔内经8mm，使用玻璃或透明聚甲基丙烯酸甲酯材料制作.透明瘦量杯至少具有经过计量的500ml刻度，内直径70mm～80mm，使用玻璃或透明聚甲基丙烯酸甲酯材料制作，或使用截头1000ml量筒.透明试验架的高度为400mm，宽度为400mm～450mm，深度方向约200mm，使用透明聚甲基丙烯酸甲酯板材制作.该装置的20℃蒸馏水的标定GP值为4.5s，试验绝对误差±0.3s.

其次，设计了试验方法，具体有：

一、试验装置与工具

1)细料净浆流变试验装置；

2)计时器，精度0.1s；

3)浆体搅拌机；

4)装料匙(调羹)；

5)称量衡器，精度0.1g。

二、试验准备

1)所有试验用原材料必须存储在试验室环境中(20±2℃)，时间至少一天；

2)测定原材料的密度；

3)称取固体细料的体积约700ml，使最终的浆体体积略多于1000ml；

4)根据选定的水与细料的体积比(V_W/V_p，不同细料合理的变化范围大致在0.5～1.5)备好拌合用水；

5)试验装置擦净擦干；

6)调好浆体搅拌机的搅拌程序(60s低速，30s高速，90s停顿，60s高速)；

7)搅拌锅和搅拌翅湿润并擦净。

三、试验步骤

1)加水到搅拌锅，然后加入细料，再把搅拌锅安装到搅拌机中，最后按程序开动搅拌机；

2)搅拌停顿期间，用装料匙刮下搅拌锅边缘的浆料，锅底如有团块，则需要松动和搅动；

3)搅拌结束，取下搅拌锅，把800ml浆料装入量筒状漏斗；

4)测量该仪器测定装入漏斗型筒内1000ml净浆的其中500ml从Φ8口流入透明瘦量杯所需的时间，试验结果用GP值，单位s，以秒表示。

最后，提出了计算机辅助分析方法，其特征包括：

1)以不同的体积水灰比分别测定GP值，即可得一曲线簇；

2)越靠右的曲线表示获得相同流动度需要更大的用水量，掺有外加剂时表示兼容性较差；

3)外加剂对该细料的饱和掺量根据测定GP值与不同掺量的关系进行判断；

4)净浆流动度的静置经时损失可根据测定不同时间GP值进行判断；

5)混合浆体的GP值根据单一材料的体积比及其GP值进行叠加计算；

6)混凝土的流变性能通过浆体的GP值及其在混凝土中的体积比估计，从而实现以工作性和耐久性为主要目标的混凝土配合比设计。

本发明显著进步和优点在于：

1)装置简单，通用性好；

2)操作方便，清洗简单，费料少，试验时间短，能进行大量试验；

3)测量参数单一，数据重演性好，数据能重复利用(遴选原材料、浆体配合比计算、大流动性混凝土配合比设计)；

4)试验值误差小，将全面反映浆体的流变性能，符合固液混合相流变理论模型。

附图说明

图1是混凝土浆体流变性能通用试验装置示意图，图中作了A-A剖视。

图2是图1的A-A剖视示意图。

图3是体积水灰比与GP值关系示例。

图4是外加剂掺量对水泥净浆流动度的改善。

具体实施方式

试验准备包括(详见上述一、二)：

1)制作混凝土浆体流变性能通用(细料净浆流变)试验装置；

2)准备其它必要工具和设备；

3)试验材料准备。

试验操作步骤详见上述三。

实施例1：某隧道接缝混凝土要求具有不振捣自密实性能，需要优选初步选定的两种水泥CEM II和CEM I。以不同的体积水灰比分别测定GP值，即可得一曲线簇，试验结果见图3，显然，越靠右的曲线表示获得相同流动度需要更大的用水量。因此本试验选定的水泥为CEM II，显然后者需水量更小一些。

实施例2：某跨海大桥箱梁混凝土已初步选定外加剂，需要考察水泥与外加剂的相容性。

水泥与外加剂的相容性主要考察水泥净浆的三方面流变行为。首先是外加剂掺量对选定水泥之净浆流动度的改善效果(图4)；再是该外加剂对该水泥的饱和掺量(图4)；最后是净浆流动度的静置经时损失。通过多图比较，本试验选定的外加剂是FM38。

Claims

1.一种混凝土浆体流变性能通用试验方法，其特征在于该方法借助计算工具分析评价不同混凝土细料，如水泥、掺合料的需水性，细料与减水剂适应性，复合细料配伍适应性以及浆体流变性能；所述的试验方法包括以下简单的步骤：

1)水加至搅拌锅，然后加入细料，体积1100ml～1200ml，再将搅拌锅安装到搅拌机中，按设计程序开动搅拌机；

2)搅拌停顿时，用装料匙刮下搅拌锅边缘的浆料，锅底如有团块，则需要松动和搅动；

3)搅拌结束，取下搅拌锅，将1000ml浆料装入量筒状漏斗；

4)测定装入漏斗型筒内1000ml净浆，其中500ml从Φ8口流入透明瘦量杯所需的时间，试验结果用GP值，单位s，以秒表示。