不同稠度状态混凝土采用二次搅拌工艺与普通搅拌工艺的对比研究.pdf
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1、方东 等 : 不同稠度状态混凝土采用二次搅拌工艺与普通搅拌工艺 的对 比研究 不同稠度状态混凝土采用二次搅拌工艺 与普通搅拌工艺 的对 比研究 方 东, 周明凯 , 李北星 ( 武汉理工大学 建筑材料 国家重点实验室,湖北 武汉 4 3 0 0 7 0 ) 摘 要 : 采 用混 凝 土 立方 体抗 压 标 准试 件 的 强度 平 均值和 离散 系数随搅拌 时间的变化袁征混凝土的搅拌 均 匀性 , 当离散 系数 随搅 拌 时 间变化稳 定 时 , 则认 为搅 拌 完成 。通 过调 整 配 合 比 改 变混 凝 土 稠 度 , 在 普 通 搅 拌 工 艺下 , 所需 搅拌 时 间 大致 为 大 流
2、 态混 凝 土 干硬 性混凝土普通塑性混凝土。水分的减少、 砂率的增 大 、 粉 料 的增 多, 均 不 利 于 混合 料 的 混 合 , 在 一 定 程 度 上延 长 了搅 拌 时 间 ; 而 先拌 合 砂 浆 3 0 s + 混 凝 土拌 合 3 0 s 的二 次搅拌工艺下, 与普通搅拌 工艺对 比, 不仅对 强度 性 能有一 定的提 高, 降低 离散 系数 , 改善 混凝 土 的 均 匀性 , 而且有 效增加 混 凝土 的拌合 效 率 , 提 高混凝 土 的单 位产 量 , 解决 某些混 凝土拌 合难 度较 大 、 生产 效率 低 的 问 题 。 关键 词 : 混凝 土搅 拌 ; 二 次
3、搅拌 工 艺 ; 搅 拌 均 匀性 ; 离 散 系数 中图分类 号 : T B 5 2 8 文献 标识 码 : A 文章 编 号 : 1 0 0 1 9 7 3 1 【 2 0 1 2 ) 增 刊 I - 0 1 1 3 - 0 5 1 引 言 混凝土 良好的性能不仅由 自身的材料组成决定, 而且 与合 适 的混 凝 土搅 拌 密 切 相关 , 同 时搅 拌 对 混 凝 土的生产效率产生重要影响口 。在 国家大兴建设的环 境 , 不 同种类 的混 凝 土层 出 不穷 , 普 通 混 凝 土 、 自密 实 混凝 土 、 干硬性 碾 压 混凝 土 、 贫混 凝 土 、 高性 能混 凝 土 等等,
4、运用于各个不 同领域 , 各种矿物添加剂 、 有机溶 剂都在不断丰富混凝土庞大的家族。 例如某些高性能混凝土 , 为 了达到 良好的工作性 能 以及 强度性 能 , 往往 加入 多种 添加剂 ( 硅 粉 、 粉 煤灰 、 减水剂 、 消泡剂、 纤维等等) 。实际生产 中, 为了使各个 组分得 以均匀分布 , 只得通过延长搅拌时间的方法保 证质量_ 2 。混凝土中集料 、 水泥、 各种粉料、 外加剂质 量 与形 态不 一 , 搅 拌机 从 搅 拌 轴 到 桨 叶端 部 线 速 度 均 不相同, 各组分在搅拌桨叶的驱使下 , 所得到 的速度也 不一样 , 增大了混合难度, 如果搅拌机 中各个搅拌参
5、数 没有协调好 , 很容易造成混合料的分离 、 紊流、 相互干 扰 , 增加混合难度 。国外相关资料显示对高性能混 凝土 、 自密实混凝土的搅拌时 间往往较普通混凝土有 所延长, 制约相关产量, 阻碍其推广应用 4 。 搅 拌 时 间的长 短 对 混凝 土 均 匀 性 产 生 较 大 影 响 , 搅拌不均匀 的混凝土即使材料组成再好也是没有 意义 的。对于我 国标准 , 普通混凝土搅拌 时间最短不少于 6 0 s lL 5 , 这 与 J a me s KC a b l e 的研 究一致 。为 了减少 搅拌时间, 单纯的增加搅拌速度并不能提高搅拌效率 , 相关研究指出, 搅拌过程 中混合料的离
6、心力应小 于其 与搅 拌桨 叶 的摩 擦力 , 否则 增 大 搅 拌 速度 是 没 有 意义 的 7 。因此 本 文根 据 砂浆 与混 凝 土 不 同 的性 质 , 将 砂 浆与混凝土进行分步搅拌, 提高混凝土的搅拌效率 , 并 对不同稠度状态的混凝土进行搅拌方式 的对 比研究。 2实验方 法与原材料 2 1实验原 材料 水泥: 选用湖北华新水泥股份有限公司黄石 总厂 生产的堡垒牌 4 2 5级普通硅酸盐水 泥; 砂: 选用湖北 麻城市生产的片麻岩机制砂 , 细度模数 为 2 2 8 , 石粉 含 量 为 1 0 ; 减水 剂 : 上 海 马贝生产 的 WL H一 5型聚 羧 酸系 高 效 减
7、 水 剂 ; 粗 集 料 : 选 用 湖 北 省 麻 城 市生 产 的 4 7 5 1 6 mm 和 1 6 2 6 5 mm 片麻 岩 碎 石 ; 混 凝 土 搅 拌机 : 采用单卧轴强制式混凝土搅拌机 , 额定容量为 5 0 L, 转速为 6 0 r mi n ; 砂浆搅拌机 : 采用行星式高速砂 浆搅拌机 , 转速为 2 0 0 r mi n , 搅拌筒额定容量为 1 5 L。 2 。 2 混凝 土 均匀性 的表 征 国内关于匀质混凝 土的定义为 : 单位体积混凝土 中砂 浆密 度 的相对误 差 O 8 , 粗 骨料 质量 的相对 误 差 5 l 8 。而美 国相 关 标 准 关 于混
8、凝 土均 匀 性 的测 定是 取 3种粒 径 ( 0 2 5 mm、 D 2 、 D, 其 中 D 为 混凝 土 所选 用 的最大 粒 径 ) 的颗 粒 在 样 品 中 的含 量 来评 价 混 凝土 的整 体均 匀性 l 9 。 两种方法都存在取样的问题 : 不能太多, 使结果有 一 定 的区分性 ; 又不 能 太 少 , 以减 少误 差 , 保 证 所做 出 的结果 足够精 确 。由于不 同种类 的混 凝土 材 料组 成 本 身 不尽 相 同 , 给取 样 的定值 问题 产生 一定 的 影 响 , 不 利 于不 同混凝 土之 间均匀 性 的 比较 。 良好的混凝土搅拌不仅要达到宏观均匀性 ,
9、 满足 相关工作性的要求, 而且要达到微观均匀性 , 保证每个 水泥颗粒的水化 , 使其充分利用 , 这些都最终表现为混 凝土试件的整体强度 , 因此本文采用相应混凝土试样 * 收到初稿 日期 : 2 0 1 2 0 6 1 1 收到修改稿 日期 : 2 0 1 2 0 8 0 8 通讯作者 : 方 东 作者简介 : 方东( 1 9 8 5 一) , 男 , 湖北黄石人 , 在读博 士 , 师承周 明凯教授 , 从事水泥混凝土方面的研究 。 1 1 4 助 财 舛 2 0 1 2 年增刊I ( 4 3 ) 卷 的强度平均值 以及离散 系数共 同表征混凝土 的均匀 性 。每个配 合 比成 型标准
10、混凝 土立方 体抗压试 件 6 个 , 测 得 2 8 d抗 压强 度 , 算 得强 度平均 值 与离散 系数 。 3 实验与分析 3 1 采 用普 通 搅 拌工 艺 条件 下 不 同稠 度 状态 混 凝 土 性 能研 究 采用单 卧轴强制式搅拌机搅拌 6 0 s , 配合比如表 1 毋 兰 鼎 所示 , 数 据如 图 1 所 示 。 从整 体上 可 以看 到 随着 搅 拌 时 间 的 增 加 , 混 凝 土 强度性能逐渐提高直到趋于稳定, 但不同稠度、 配合比 混凝 土趋 于稳定 的 时 间不 同 ; 另 外 离散 系数 随着 搅 拌 时 间的延 长逐 渐减 小 直 至 趋 于 稳定 , 图
11、 中 阴影 区域 标 识 出各不 同混凝 土离 散系 数 随搅 拌 时间延 长 而趋 于稳 定 的区域 。 表 1 不 同稠度 状态 混凝 土配 合 比 Ta b l e 1 M i x p r o po r t i o n o f c o nc r e t e wi t h d i f f e r e nt c on s i s t e nc y 水 泥 水 粗 集料 砂 砂 率 减 水剂 坍 落度 编 号 水 灰 比 ( k g m。 ) ( k g m。 ) ( k g m。 ) ( k g m。 ) ( ) ( ) ( mm) 1# O 3 8 30 0 11 4 1 38 4 68
12、2 33 0 0 2 O 4 5 30 0 13 5 1 37 4 67 7 33 0 7 O 3# O 3 8 3O O l 1 4 1 3 6 7 67 4 33 1 6 6O 4# 0 4 5 30 0 l 3 5 1 28 3 75 3 37 0 2 6 O 5 O 4 5 30 0 13 5 1 21 6 81 1 4 O 0 4 5 O 6 O 45 3O O 1 3 5 1 28 3 75 3 37 1 O 16 O 7# 045 30 0 1 3 5 1l 9 4 79 6 40 1 6 l6 O 8 O 3 6 47 O 1 6 9 1 04 4 69 6 4O 1 0 17
13、 0 搅拌时间, s 窭 籁 箍 键 搅拌时间, s 日 = 强 幽 娜 搅拌时间, s 搅拌时间, s 述 籁 辐 枢 籁 釜 搬 搅拌 时间, s 搅拌时间, s 搅拌时间, s 图 1 不 同稠度 状 态混凝 土 2 8 d抗 压强度 和试 件 强度 离散 系数 与搅 拌 时 间的关 系 Fi g 1 The 2 8 d a v e r a g e c o m p r e s s i v e s t r e ng t h a nd c o e f f i c i e n t of d i s pe r s i o n v a r y wi t h t h e mi xi n g t i
14、me o f c on c r e t e wi t h d i f f e r e n t c o ns i s t e nc y 对 比两 个 曲线 发 现 两 者 趋 于 稳 定 的时 间并 不 相 同 , 离散 系 数 的稳 定 时 间要 稍 晚 于 强 度 , 例 如 1 的 干 硬 性混 凝土 , 其 强度 稳定 时 间约 为 5 0 s 左右 , 但 这时 的 离散系数 可以看到仍 然较 大, 约为 7 6 9 6 ; 其 在搅 拌 8 0 s 时 , 稳定 在 4 7 , 主 要 由于 胶 凝 材 料 在搅 拌 初 期 没有 达到 均匀 程度 , 某些 区域 的量超 过平 均值
15、 , 而 某 些 日 w 髓幽 毛 骥出 笠! 丕旦 鏖 查 堑 墨 三 茎量董 三茎 些 盟窒 一 _ 区域少于平均值 , 造成虽然最后 的平均值 与搅拌均匀 采用二次搅拌工艺下较普通工艺分布更加均匀 , 为水 的混凝土试件平均值相差不多 , 但离散系数仍较大 , 这 泥水化提供了更加良好 的环境, 对强度具有提高作用 , 时的混凝土并不能认 为达到均匀状态 , 所 以混合料 的 并且离散系数也有不同程度的下降。 搅拌 均匀 时 间应 该 由离散 系数 的稳 定 时间来 判 定 。 由 此判断编号 1 8 的混凝土达到搅拌均匀的时间依次 约 为 8 O 、 5 0、 7 0、 8 O 、 1
16、 0 0 、 1 2 O 、 1 3 0和 1 4 0 s 。 2 相对 1 提高 了 2 1 k g m。用水量 , 坍落 度 由 0 变为 7 0 mm, 水分 的增多降低了混凝土 中浆体的粘度 , 增 加 了混凝 土的 流动性 , 因此 2 达 到搅 拌 均匀 的时 间 快 于 1 ; 对 比 3与 1 , 混 凝 土 中添 加 了 1 6 的 减水 剂 , 同样 也 改善 了混凝 土 的稠度 , 由于减水 剂 增加 颗 粒 的易分 散性 , 同样 起到 缩短 搅 拌 时 间 的作 用 ; 对 比 4 8 , 发现随着细集料 以及粉料 的填入 , 需要 花费更 多 的搅拌 时 间使得 水
17、 分 去 润 湿各 个 集 料 颗粒 形成 水 膜 , 因此增大砂率、 增大粉料都使得搅拌时问延长。 不 同稠度混 凝 土搅 拌 均 匀 的所 需 时 间 比较 , 大 致 为大 流态 混 凝 土 干 硬 性混 凝 土 普通 塑 性 混凝 土 。 干硬性 混 凝土 由于较 差 的流 动性 , 水分 不 易 于 在 较 短 时间内分散, 而大流态混凝土为 了保证其较大 的坍落 度 , 通 常采 用较 大 的砂 率 以及较 多 的粉料 , 这 些 都增 大 了搅拌的负担 , 因此所需 的搅拌时间均相对一般塑性 混凝 土延 长 。 3 2 采 用砂 浆快 速搅 拌 机搅 拌 时 间对 砂 浆 性 能
18、 的研 究 根据上述研究可以发现 , 在混凝土搅拌过程 中, 水 分对颗粒的裹附起 到关键作用, 集料裹附的水膜保证 了混凝土的流动性 以及与砂浆的粘 聚性 , 使混凝土具 备一定工作性的同时也不产生离析; 水泥颗粒 的水膜 保证 了胶凝 材料 的水 化与 混凝 土 的粘 聚性 。 由上述 研 究表 明砂 率及 粉料 的增 大 延 长 搅拌 时 间 , 而 混 凝 土 搅 拌机的搅拌速度不宜太快 , 否则与粗集料之 间产生相 互扰 动 , 水 泥浆 体不 易裹 附其周 围 , 不利 于达 到 均匀 的 目的 , 因此一般 混凝 土 搅拌 速 度 为 6 0 r rai n , 而砂 浆 搅 拌
19、机 由于砂浆 较好 的 流动 性 以 及 连续 性 , 其 搅 拌 速 度 可提高至 2 0 0 r mi n , 搅拌速度 的加快利 于砂浆在相对 短 时间 内达到 均匀 程度 , 为 了增加搅 拌 效率 , 将 混凝 土 中砂浆部分进行预先快速搅拌, 再加入粗集料进行混 凝 土搅拌 。 由此先研究砂浆强度随搅拌时问的变化过程。主 要配 合 比与 1 的混 凝 土 配 合 比对 应 , 除 去 粗 集 料 , ( 水 泥): ( 水 ): m( 砂 ) :3 0 0:1 1 4:6 8 2 , 数 据如 图 2 所 示 。根据 离 散 系 数 稳 定 的搅 拌 时 间选 取 原 则 , 可
20、以看 到采 用高 速砂 浆搅拌 机搅 拌 的砂浆 达 到均 匀状 态 所需 的最 短搅拌 时 间约为 3 0 s 。 3 3 采用二次搅拌工艺与普通搅拌工艺的对 比研究 采用 砂浆 搅 拌 3 0 s + 混凝 土 搅 拌 3 0 s的二 次搅 拌 工艺 , 得到数据如图 3所示 , 1 5 采用二次搅拌工艺 的混凝土强度稍大于采用普通搅拌工艺 的试件 , 主要 由于对 混凝 土 强度 提 高起 到关 键作 用 的水 泥 与 水 , 在 搅拌时间, s 图 2 砂 浆 2 8 d抗 压 强度和 试件 强度 离散 系数 随搅拌 时 间的关 系 Fi g 2 The 28 d a v e r a
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- 不同 稠度 状态 混凝土 采用 二次 搅拌 工艺 普通 对比 研究
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