一种大流态超高性能混凝土拌合物和易性评价方法及应用

摘要

一种大流态超高性能混凝土拌合物和易性评价方法及应用，评价方法是将待测的混凝土拌合物装入测试箱，测量拌合物在水平流道内流经前300mm的平均流速ⅴ及流动完成时总的水平流动距离L；流动完成后，分别取竖直流道和水平流道中的拌合物测量其中钢纤维的质量百分数MC、MF；根据测量的流动距离L、平均流速ⅴ及计算得到的沉降度C、分离度F指标评价拌合物的和易性。其应用是对不同组分拌合物和易性评价指标对比分析，指导超高性能混凝土拌合物组分的设计。本发明首次对高含量钢纤维大流态超高性能混凝土拌合物和易性给出评价指标，能够客观、准确地平价其和易性能，可以指导大流态超高性能混凝土拌合物组分的设计和施工质量控制。

说明书

技术领域

本发明涉及混凝土拌合物性能测试评价技术领域，尤其涉及一种大流态超高性能混凝土拌合物和易性评价方法及应用。

背景技术

超高性能混凝土(UHPC)起源于法国人研发的活性粉末混凝土，具有诸多优点:超高性能混凝土的抗压强度一般高于150MPa，约是传统混凝土的3倍以上[1-3]。纤维的掺入使得超高性能混凝土具有优异的韧性和断裂能，和高性能混凝土相比，超高性能混凝土的韧性提高了300倍以上，和一些金属相当，使得混凝土结构在超载环境下或地震中具有更优异的结构可靠性[1，4-5]。

混凝土拌合物和易性是指新拌混凝土容易拌合、浇筑密实成型的性质，衡量混凝土拌合物浇筑密实成型的难易程度。混凝土由多种本身就是非均质的原材料组成，而且这些组成材料的配合比例也有可能发生波动，并且UHPC的组成材料复杂，对原材料的敏感性要高于普通混凝土。因此，UHPC的质量必然会发生波动，其波动程度往往比其所用原材料性质的波动还要大一些。此外，混凝土的配料、拌合、运输、浇灌所采用的方法，也会给超高性能混凝土拌合物的性能带来较大的波动。这些波动将会直接影响到超高性能混凝土拌合物的质量，进而影响硬化后的超高性能混凝土质量，对工程结构服役性能有着重要的影响。根据规范《超高性能混凝土基本性能与试验方法》(T/CCPA-7-2018)和《活性粉末混凝土》(GB/T 31387-2015)可知，就目前阶段而言，超高性能混凝土主要分为含纤维的不可振动成型、含纤维可振动成型和半干硬性超高性能混凝土这三类，在超高性能混凝土生产工厂和浇注现场进行超高性能混凝土拌合物坍落扩展度的测试是生产过程对超高性能混凝土均匀性检验的主要途径，其他相关测试仅简单的参考自密实混凝土的工作性测试，无法有效的针对超高性能混凝土的特点来进行指导。考虑到超高性能混凝土中的超细粉体和外加剂用量极高，这些组分质量的波动将会显著影响拌合物的流变特性，使拌合物的流动性和抗离析特性发生显著的变化。并且考虑到超高性能混凝土中具有钢纤维，钢纤维的密度与浆体密度差异较大，拌合物的流变特性对纤维在拌合物中的分布状态具有重要的影响，特别是在浆体流动度大或振捣施工中可能产生纤维分布不均匀的问题，这将显著影响超高性能混凝土的质量。

因此，纤维在拌合物中的分布均匀性对超高性能混凝土有着极为重要的影响，目前仅有少量针对硬化浆体的纤维分布的评价方法[6]，而相关的拌合物和易性评价仍处于空白，难以快速的指导施工时的配合比修正，降低质量的波动。

主要参考文献

[1]龙广成.活性粉末混凝土的组成、结构与性能研究[D].上海：同济大学博士学位论文，2004.1

[2]Ye Shi,Guangcheng Long,et al,Design and preparation of ultra-highperformance concrete with low environmental impact,Journal of CleanerProduction 214(2019)633-643。

[3]陈宝春,季韬,黄卿维,等.超高性能混凝土研究综述[J].建筑科学与工程学报,2014,31(3):1-24。

[4]Yoo D Y,Yoon Y S.A Review on Structural Behavior,Design,andApplication of Ultra-High-Performance Fiber-Reinforced Concrete[J].International Journal of Concrete Structures&Materials,2016,10(2):125-142。

[5]张云升,张文华,陈振宇.综论超高性能混凝土:设计制备·微观结构·力学与耐久性·工程应用[J].材料导报,2017,31(23):1-16。

[6]Rui Wang,Xiaojian Gao,et al,Influence of rheological properties ofcement mortar on steel fiber distribution in UHPC,Construction and BuildingMaterials 144(2017)65–73。

发明内容

本申请实施例旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明实施例的目的之一在于提供一种能够快速、准确地测试评价大流态超高性能混凝土拌合物工作性与纤维分布均匀性的方法。

为解决上述技术问题，本发明实施例采用如下技术方案：

一种大流态超高性能混凝土拌合物和易性评价方法，包括如下步骤：

步骤1、将透明测试箱放在振动平台上，测试箱是由等截面竖直流道和水平流道组成的L形流道，在竖直流道和水平流道连接处设有活动闸板；

步骤2、将活动闸板关闭，使竖直流道和水平流道之间不连通，将待测的大流态超高性能混凝土拌合物装入到竖直流道中并充满静置至少120s；

步骤3、静置完成后，启动振动平台振动3-8s，静置40-80s，然后将活动闸板打开，使拌合物向水平流道流动，过程中实时记录拌合物在水平流道内流过前300mm路径中，流经100mm、200mm、300mm处的时间T

步骤4、拌合物流动完成后，在竖直流道表层取至少2-3kg拌合物，测量竖直流道拌合物中钢纤维的质量百分数M

步骤5、和易性评价

(1)流动性

根据测量的拌合物在水平流道中的流动距离L；当L≥450mm，判定拌合物的流动性较好，属大流态拌合物；

(2)抗离析性

根据记录的拌合物在水平通道内流过100mm、200mm、300mm处的时间T

(3)钢纤维稳定性和分布均匀性

钢纤维稳定性采用拌合物的沉降度C进行评价；钢纤维分布均匀性采用拌合物的分离度F进行评价；

拌合物的沉降度C按公式(1)计算，拌合物的分离度F按公式(2)计算；C＝[(M

F＝[(M

式(1)、(2)中：M

根据步骤4得到的M

本发明一种大流态超高性能混凝土拌合物和易性评价方法，所述大流态超高性能混凝土拌合物是指坍落度≥150mm，坍落扩展度≥450mm的超高性能混凝土拌合物。

本发明一种大流态超高性能混凝土拌合物和易性评价方法，所述透明测试箱中，竖直流道和水平流道等截面构成等截面的L形流道，竖直流道和水平流道的材质均为硬质透明不吸水材料制成，竖直流道和水平流道的长宽均为150mm，竖直流道高400mm，水平流道长度为1000-1200mm，水平流道远离竖直流道的端面为封闭状态；水平流道长度方向设有长度标尺。

进一步，所述竖直流道和水平流道的材质为透明玻璃或有机玻璃。

本发明一种大流态超高性能混凝土拌合物和易性评价方法，所述振动平台的振动频率为50Hz赫兹，振幅2±0.5mm。

本发明一种大流态超高性能混凝土拌合物和易性评价方法，步骤4中，拌合物流动完成后，测量竖直流道中拌合物中钢纤维的质量百分数M

所述筛洗磁选方法是：将按照要求选取的拌合物放置在筛子中用水冲洗，去除除钢丝意外的其他拌合物组分，然后用磁铁吸取筛中的钢丝并称量；具体是：

将筛孔为20-40目的筛子叠置在筛孔为80-120目的筛子上，在每一个筛子中放置一块磁铁，然后将按照要求选取的拌合物放置在30目的筛子中用水冲洗，拌合物中除钢丝以外的其他组分被冲洗随水流走，拌合物中的钢丝被磁铁吸取，收集磁铁吸取的钢丝经烘干后称量钢丝重量，然后计算M

本发明一种大流态超高性能混凝土拌合物和易性评价方法的应用，是采用大流态超高性能混凝土拌合物和易性评价方法，对不同组分配比的拌合物进行和易性评价，对不同组分拌合物的和易性评价指标进行对比分析，指导超高性能混凝土拌合物组分的设计。

采用本发明方法，通过对不同组分配比的拌合物进行和易性评价，可以对不同组分拌合物的和易性评价指标进行对比分析，为超高性能混凝土拌合物组分的设计提供指导；

采用本发明方法，可以方便的评价不同胶砂比拌合物的和易性，得出以下结论：

胶砂比降低会导致拌合物的流动性提高，对其抗离析能力无显著影响，但是会极大地影响纤维的分布状态，将会出现纤维沉降现象；

减水剂掺量的增长可以提高拌合物流动性，但是当减水剂掺量过高时，将会使得浆体与骨料发生分离，造成严重的离析问题，同时纤维稳定性同样较差；

随水胶比的不断提高，拌合物的流动度将会不断提高，水胶比在一定范围内提高，不显著影响拌合物的抗离析性能，并且有利于纤维的均匀分散。

与现有技术相比，本发明实施例的技术效果在于：

本发明在行业内首次针对不同施工条件下含有高含量钢纤维的大流态超高性能混凝土拌合物和易性进行评价，并给出了具体的评价指标，特别是有利于评价振动条件下钢纤维在拌合物中的稳定性，可以满足振捣施工和无振捣施工等应用情况下的拌合物工作性评价，并给出了具体的评价指标，该方法能够客观、准确地测试超高性能自密实混凝土拌合物的和易性能，可以保证浇注振捣后的超高性能混凝土的整体均匀性，确保工程结构服役性能，同时可以为超高性能混凝土拌合物组分的设计提供指导，具有操作简单，测试快速，可靠度高，并且测试所需的人力及拌合物数量少的优点。

附图说明

图1为实施例中透明测试箱结构示意图；

图2为实施例中分离回收筒结构示意图。

图1中：1—竖直流道，2—水平流道，3--活动闸板；

图2中：4—筛孔为30mm筛子，5--筛孔为100mm筛子，6、7--环形磁铁。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

参见附图1、2，一种大流态超高性能混凝土拌合物工作性测试方法，包括如下步骤：

步骤1、将透明测试箱放在振动平台上，测试箱内形成有等截面L形流道；其中，L形流道由竖直流道和水平流道组成，在竖直流道和水平流道连接处设有活动闸板；竖直流道和水平流道的长宽均为150mm，竖直流道高400mm，水平流道长度为1000mm，水平流道远离竖直流道的端面为封闭状态；竖直流道和水平流道均采用有机玻璃制造；水平流道长度方向设有长度标尺；振动平台的振动频率为50Hz赫兹，振幅2±0.5mm；

步骤2、将活动闸板关闭，使竖直流道和水平流道之间不连通，将待测的超高性能混凝土拌合物连续均匀的装入到竖直流道中并充满静置130s；

步骤3、静置完成后，启动振动平台振动5s，静置60s，然后将活动闸板打开，使拌合物向水平流道流动，过程中实时记录拌合物在水平流道内流过前300mm路径中，流经100mm、200mm、300mm处的时间T

步骤4、拌合物流动完成后，在竖直流道表层取3kg拌合物，在水平流道中取拌合物流动最前端100mm范围内所有拌合物，采用筛洗磁选方法分别测量竖直流道拌合物中钢纤维的质量百分数M

所述筛洗磁选方法是：将按照要求选取的拌合物放置在筛子中用水冲洗，去除除钢丝意外的其他拌合物组分，然后用磁铁吸取筛中的钢丝并称量；具体是：

将筛孔为30目的筛子叠置在筛孔为100目的筛子上，在每一个筛子中放置一块环形磁铁，然后将按照要求选取的拌合物放置在30目的筛子中用水冲洗，拌合物中除钢丝以外的其他组分被冲洗随水流走，拌合物中的钢丝被磁铁吸取，收集磁铁吸取的钢丝经烘干后采用精度为0.1g的天平称量钢丝重量，本实施例中，测量技术得到的M

M

M

步骤5、和易性评价

(1)流动性

根据测量的拌合物在水平流道中的流动距离L＝580mm；L≥450mm，判定本实施例中的拌合物的流动性较好，属大流态拌合物；

(2)抗离析性

根据记录的拌合物在水平通道内流过100mm、200mm、300mm处的时间T

(3)钢纤维稳定性和分布均匀性

钢纤维稳定性采用拌合物的沉降度C进行评价；钢纤维分布均匀性采用拌合物的分离度F进行评价；

拌合物的沉降度C按公式(1)计算，拌合物的分离度F按公式(2)计算；C＝[(M

F＝[(M

式(1)、(2)中：M

根据步骤4得到的M

超高性能混凝土拌合物通过改变水胶比、减水剂掺量或胶砂比设置多组，重复步骤1-步骤4，得到不同组分拌合物的和易性评价指标，进而结合评价指标指导拌合物成分配比。通过对不同组分拌合物的和易性评价指标进行对比分析可知：

胶砂比的降低会导致拌合物的流动性提高，对其抗离析能力无显著影响，但是会极大地影响纤维的分布状态，将会出现纤维沉降现象；减水剂掺量的增长可以提高拌合物流动性，但是当减水剂掺量过高时，将会使得浆体与骨料发生分离，造成严重的离析问题，同时纤维稳定性同样较差；随水胶比的不断提高，拌合物的流动度将会不断提高，水胶比在一定范围内提高，不会影响拌合物的抗离析性能，并且有利于纤维的均匀分散。

本发明在行业内首次对含有钢纤维的超高性能混凝土拌合物工作性进行评价，特别是可以评价振捣动态条件下钢纤维在拌合物中的稳定性和分布均匀性，可以满足振捣施工和无振捣施工等应用情况下的拌合物工作性评价，并给出了具体的评价指标，该方法能够客观、准确地测试超高性能混凝土拌合物的工作性能，可以保证浇注振捣后的超高性能混凝土的整体均匀性，确保工程结构服役性能，同时可以为超高性能混凝土拌合物组分的设计提供指导，具有操作简单，测试快速，可靠度高，并且测试所需的人力及拌合物数量少的优点。

实施例2

本实施例中的超高性能混凝土按照表1中的配合比来制备，将所有干料放入到搅拌机中干拌至物料均匀后，缓慢加水和减水剂，持续搅拌至形成均匀的拌合物后，将工作性测试箱放在平整振动台面，将直立筒1的活动闸板3关闭，使直立筒1与水平筒2之间不连通，用湿布将测试箱润湿，保证其内部无明水，将待测的超高性能混凝土拌合物连续均匀的装入到直立筒1中，使拌合物面与直立筒上口持平。

表1实施例超高性能混凝土配合比(kg/m

本实施例与实施例1的步骤相同，实验结果见表2.

表2各个配合比的测试结果

从表2中的结果可知，当超高性能混凝土的水胶比逐渐增加(表1中的1-4组)，其他组成参数均保持不变，超高性能混凝土的L值不断提高，ⅴ值不断升高，这表明其流动度不断改善，并且具有较好的抗离析能力，拌合物中钢纤维稳定性和分布均匀性下降，但仍在合格范围内，这表明纤维能均匀的分散。

比较编号4和5的组分配比，超高性能混凝土的减水剂掺量增加，其流动性进一步提高，但是将会使得浆体与骨料、钢纤维发生分离，造成较为严重的离析问题，此时的纤维稳定性存在问题，不均匀性增加。

上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。