影响碾压混凝土性能的主要因素

(1)原材料组成

①水泥

水泥是碾压混凝土的主要胶凝材料,也是碾压混凝土性能的主要影响因素。就碾压混凝土的特点而言,选择水化热低、收缩小、强度不低于32.5MPa的硅酸盐系列水泥比较好。水工大坝碾压混凝土大多选用强度等级高于32.5级的普通硅酸盐水泥、中热水泥或低热水泥。

②混合材

在碾压混凝土中掺入适量的粉煤灰后,由于粉煤灰的形态效应、火山灰效应和微集料效应,改善了碾压混凝土的内部结构,优化了混凝土的性能。采用超量取代法,一方面粉煤灰与水泥水化析出的Ca(OH)2产生火山灰反应,生成的主要产物水化硅酸钙凝胶堵塞和填充了部分孔隙;另一方面高细度粉煤灰又产生了微集料填充效应,从而使混凝土的孔结构(尺寸度、孔形貌、孔级配、孔隙率)得到明显改善,粉煤灰对碾压混凝土(RCC)的孔结构的影响见表7-67。

粉煤灰对RCC孔结构的影响

由试验结果分析得到,随着粉煤灰掺量的增大,碾压混凝土的总孔体积减小,大于1000A的有害孔减少,小于200A的微孔明显增加。

碾压混凝土掺用粉煤灰,还可以降低混凝土的水灰比,加强集料与水泥浆体界面的黏结,界面区Ca(OH)2不但含量少,晶粒细化,而且取向性减弱,界面黏结强度大幅度提高。

随着混凝土孔结构的改善、混凝土的毛细孔数量减少、孔形貌的变化,均减少和抑制了毛细孔水的迁移,从而减小了混凝土的干缩率(参见图7-46)。

粉煤灰掺量对碾压混凝土干缩率影响

磨细矿渣、凝渣、钢渣等也可作为混合材在碾压混凝土中使用。

③集料

用作碾压混凝土粗集料的有卵石和碎石,使用卵石拌制的混凝土空隙率较小,用碎石拌制的碾压混凝土在出机和卸料过程中发生分层离析的程度要轻于卵石混凝土。集料的形状对碾压混凝土的性能也有影响,扁平或狭长颗粒易导致混凝土空隙率增大,而且在振动碾压时,这些颗粒易破碎并排列成水平状态,导致砂浆难以填充其空间。

集料中的有害物质主要有:妨碍水泥水化的杂质,妨碍集料与水泥浆体界面黏结的浮层以及集料本身的一些缺陷或不安定颗粒。为了保证混凝土的性能,要求集料必须洁净。但碾压混凝土对集料的含泥量要求可适当放宽。集料表面的含泥如分布比较均匀,则对混凝土的碾压性是有利的,但对混凝土的性能会带来不利,因此应有一个适当的控制指标。

砂的细度模数和颗粒级配对碾压混凝土的技术性能及工程造价有一定的影响。

一般要求人工砂的细度模数为2.2~2.8.天然砂的细度模数为2.0~3.0.砂的细度模数低,则需要的水泥胶凝材料量相对增多。

④混凝土外加剂

混凝土外加剂的性能对碾压混凝土的施工性能和硬化后的性能影响都很大,应尽可能选择性能优异的高性能混凝土外加剂。碾压混凝土的引气比较困难,一般说来,获得相同的引气量,碾压混凝土要比常态混凝土的引气剂用量增加10倍左右。

(2)混凝土的配合比

①水胶比(W/B)

碾压混凝土的W/B大小直接影响拌和物的施工性能及硬化后的混凝土性能。当胶凝材料一定时,W/B增大,则拌和物VC值减小,混凝土的强度及耐久性降低。对于碾压混凝土还有碾压性的问题,W/B过大,混凝土的单位用水量大,碾压时,混凝土易产生“弹簧”现象,反不易碾压密实。W/B过小,碾压混凝土的碾压性差,也不易碾压密实,所以碾压混凝土存在一个最佳W/B范围。

采用高性能混凝土外加剂时,碾压混凝土的W/B大幅下降,可碾压性增强。

②砂率

在碾压混凝土中,掺用较大比例的混合材(粉煤灰),不仅可以节约水泥,减小混凝土的水化放热量,降低混凝土的收缩,而且可以降低造价,变废为宝。采用粉煤灰超量取代水泥的方法,一部分的粉煤灰将起到代砂的作用,实际应用效果比采用等量取代的方法更好。

砂率的大小直接影响拌和物的碾压密实性。砂率过大,拌和物干硬、松散、VC值大、难以碾压密实,混凝土中的空隙率大,混凝土强度低,耐久性差。砂率过小,砂浆不足以填充粗集料间的空隙并包裹粗集料颗粒,混凝土拌和物的VC值大,粗集料分离,混凝土密实度降低,强度及耐久性也随之下降。因此,必须选择最优的砂率,保证混凝土可碾压性及密实性。

③部分工程应用的碾压混凝土配合比 部分工程应用的碾压混凝土配合比见表7-68。

部分工程应用碾压混凝土配合比

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