另一技术措施是在混凝土中加入部分含水饱和的轻集料替代普通集料,含水饱和轻集料在混凝土中形成蓄水池,在混凝土内部供水起内养护作用。但此方法需根据混凝土强度要求而采用。
3.2 脆性
脆性可以描述为混凝土无法防止的不稳定裂缝的扩展与增长。从混凝土承受轴向压荷载作用下的应力——应变曲线中,峰值后下降曲线段的陡斜程度可以反映出混凝土的脆性大小。众多的试验已表明,混凝土的强度愈高,其应力——应变曲线过峰值后的下降段曲线愈陡斜。这意味着该混凝土的脆性愈大。因此,高强混凝土的脆性已引起广泛的重视,而高强的高性能混凝土也同样呈较大的脆性。在高强度混凝土中的脆性破坏,其裂缝往往贯穿粗集料。由于高性能混凝土能提高集料与硬性水泥浆体的粘结,即改善了界面过渡区,也使脆性有所增大。中等强度的高性能混凝土,虽然脆性比高强混凝土有所降低,但是其脆性仍然是个问题。
混凝土脆性的增大会给工程结构特别是有抗震要求的工程结构带来很大的危害。在高性能混凝土中掺加纤维是一种有效的措施。国外已有学者提出HPFRC(纤维增强高性能混凝土),而且将之与纤维增强传统混凝土和基材(未掺纤维的传统混凝土)进行拉伸应力——应变的对比。
纤维增强传统混凝土比无纤维增强的基材仅仅是提高了延性,而纤维增强高性能混凝土与无纤维增强的基材相比,在HPFRC的拉伸应力——应变曲线中有三个特征是值得重视的:
(1)弹性极限显著提高了。强性极限反映宏观裂缝出现的起点。
(2)呈现出有一明显的应变强化段。应变强化段是反映宏观裂缝出现后,裂缝分散数量的增加,但这些裂缝的宽度很小。
(3)峰值后出现应变软化段。应变软化段反映了裂缝数量虽保持不变,但裂缝宽度增大了,最后导致纤维被拔出或断裂而破坏。因此,纤维增强高性能混凝土不仅大大提高了拉伸应力而且显著改善了高性能混凝土的脆性。对于纤维品种的选用,试验表明,在同样纤维体积含量的情况下,钢纤维和碳纤维对改善高性能混凝土的脆性比合成纤维更为有效。
4 免振自密实混凝土(Self-compacting Concrete)
由于免振自密实混凝土具有十分良好的工作性,使混凝土的填充性、密实性、均匀性得到显著的提高,成为混凝土技术的一项新的进展而被列为高性能混凝土一族。
免振自密实混凝土是近十多年来由日本首先研究开发并付诸工程应用的一项近代混凝土技术。由于免振自密实混凝土在工程上应用可以取得提高混凝土质量、改善混凝土施工操作、养活施工噪音以及提高劳动生产率、加快施工进度降低工程费用等技术经济效果,近年来世界各国对此给予很大的重视与关注。日本预期到2003年将有1/2的混凝土工程将用免振自密实混凝土浇注。
顾名思义,免振自密实混凝土是在浇筑时仅靠混凝土自身的重力而不需要任何捣实外力而达到自密实、自流平的一种混凝土。免振自密实混凝土应具有三个特性:
(1)流动性;
(2)良好的稳定性——不离析;
(3)钢筋和模板中的任何间隙,具有良好的通过能力,不产生阻塞。
根据上述三个特性的要求,免振自密实混凝土配制的原理与方法科述如下:
新拌混凝土的物相属粒子悬浮体,其连续介质是水泥浆体,也就是液相而混凝土中的集料则为固相。在所有粒子悬浮体中,流动性与粒子离析间的平衡是必需的。新拌免振自密实混凝土要在没有外力作用下充分填实混凝土模板中的一切空隙并达到密实,更是要兼具良好的流动性与稳定性。
为获得高流动性,首先要减小颗粒间的磨擦阻力。掺入超塑化剂以减小颗粒的表面张力固然十分必要,但从免振自密实的性能要求看,仅靠掺超塑化剂还难以达到,还需掺入一定数量的超细物料。
为得到良好的稳定性,使物料不离析,其液相必需具有适当的流变性,才能既不产生泌水又防止颗粒的离析。为达到此要求,同样也需掺入适量的颗粒尺寸<0.25mm的细填料,有时还需掺入粘度改性剂(增粘剂)。
为使混凝土能流畅地通过钢筋和模板中的任何间隙而不产生阻塞,除需根据工程结构的设计选定合适的集料粒径和形貌外,液相的体积量及其流变性质也是重要的参数。其流变性质是按流变学的宾汉姆型用粘度计来评定的,应具有低的屈服应力和适当的塑性粘度。
按流变学的观点,免振自密实混凝土的基体是自由流动的超细浆体,该浆体是由水泥与超细物料共同组成的,其流动性随环绕固体粒子的浆膜层厚度的增大而提高,而浆膜层的厚度只有在浆体已充满固体颗粒间的空隙后才能形成,因此,浆体的厚度受到固体颗粒的形貌影响。对于浆体而言,除了要求具有高流动性外,还需具有足够的高粘度,必须成为高粘性的牛顿液体,才能防止离析。
免振自密实混凝土的配制工艺流程如图所示。
水 泥
↓
超细掺和料 水 超塑化剂
↓ ↓ ↓
自 由 流 动 的 浆 体 细集料
↓ ↓
自 由 流 动 的 砂 浆 粗集料
↓ ↓
自 密 实 混 凝 土
免振自密实混凝土的配合比设计,首先要确定根据集料的空隙含量所需要的液相体积。该液体的组成包括水泥、水、外加剂和<0.25mm的超细物料。超大型细物料与总集料体积之比(S/A)是免振自密实混凝土配合比设计中的一项重要参数。铭振自密实混凝土的流动性将随S/A的增大而增大,而对弹性模量无明显的影响。水灰比基本上按所需的混凝土抗压强度来确定。由于免振自密实混凝土的流变行为与组分材料的体积有十分密切的关系,因此,免振自密实混凝土的配合比设计建议采用体积比而不用重量比。
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