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user: 3. 试验结果与分析 3.1. 自密实清水混凝土试验配合比 试验设计了10组具有不同砂浆塑性粘度的C60自密实清水混凝土，粉煤灰和矿渣微粉双掺，固定粉煤灰掺量为20%，固定矿渣掺量为20%，固定砂率为48%，其中P4组采用35 kg轻集料等体积替代砂作为内养护辅料。变化水胶比在0.28~0.33，变化外加剂掺量，并通过引气剂和增稠剂改变砂浆的粘聚性，以研究用水量、外加剂、内养护辅料、引气剂和增稠剂等对砂浆的粘聚性的影响。测试了自密实混凝土的流动性T 500 和扩展度，其中T 500 为混凝土流动度到500 mm所需的时间。混凝土配合比参数及其流动性测试结果列于表2中。其中P1组出现了轻微的泌水情况。 Table 1 Testing procedure of rheological propertie Time (s) 27 55 82 110 137 164 192 219 246 274 Shear rate (1/s) 0.164 0.283 0.706 1.650 2.356 4.719 11.793 23.624 28.357 35.369 表1. 流变性能的测试程序 Table 2 Mix proportion and fluidity of self-compacting concret Group W/B A (%) W S Z A AEA (‱) VMA (‱) T 500 (S) Slump flowing diameter (mm) P1 0.30 1.20 159 821 / 6.36 / / 15 630 P2 0.33 1.00 170 821 / 5.19 / / 2 710 P3 0.30 1.00 159 821 / 5.30 0.2 / 9 700 P4 0.30 1.00 159 741 35 5.30 / / 8 690 P5 0.32 1.10 165 821 / 5.76 / / 6 655 P6 0.30 1.00 159 821 / 5.30 / / 13 660 P7 0.30 1.20 159 821 / 6.36 / / 10 720 P8 0.30 1.10 159 821 / 5.83 / 0.3 9 635 P9 0.28 1.20 150 821 / 6.47 / / 15 610 P10 0.30 1.20 159 821 / 6.36 / 0.5 16 530 表2. C60自密实混凝土试验配合比及其流动性 3.2. 砂浆的流变性能 自密实清水混凝土制备后，筛出其砂浆，测试新拌混凝土中的砂浆流变性能，并对得到的剪切应力和剪切速率作线性回归拟合，试验结果列于表3中。 结果表明，自密实清水混凝土中的砂浆流变性能符合宾汉流体的流变方程，其剪切应力与剪切速率呈线性关系，相关性系数R 2 在0.943~0.994间。各组自密实清水混凝土中砂浆的塑性粘度，其范围为5~22 Pa∙s，屈服剪切应力变化范围较大，在0~95.5 Pa之间。其中P1~P3组的塑性粘度μ和屈服剪切应力τ 0 均较低，τ 0 在5.2~7.5之间，τ 0 低于7.10 Pa。根据流变理论，P1~P3易于流动，易于实现自密实，但P1组因为出现轻微泌水，使得T50流动速度反而变慢，扩展度不高。P4~P8的塑性粘度μ和屈服剪切应力τ 0 适中，μ在8.3~14.2 Pa·s之间，τ 0 处于12.9~64.6 Pa之间，塑性粘度不大，易于自流动，但是需要给予初始的振动应力。而P9~P10的塑性粘度μ和屈服剪切应力τ 0 较高，μ在为20.5 Pa∙s以上，τ 0 在93.2 Pa以上。 分析可以看出，P1，P8和P6配合比完全相同，但P1外加剂掺量过高，为1.2%，导致泌水，使测得的塑性粘度μ和屈服剪切应力τ 0 偏低，τ 0 甚至出现小于0。出现泌水后，适当增加增稠剂调整粘聚性的P7组，其扩展度反而增大。P8掺量为1.1%较P6高，但粘度和屈服剪切应力均有所提高，扩展度变化不大，说明外加剂中含有少量的增稠组分。需要增加外加剂的同时增加用水量才能确保流动性，如P5组。也可采用增稠剂调整粘聚性来提高宏观流动性P7和P10组。而降低水胶比，通常通过增大外加剂用量来确保工作性，如P9组，但其粘度和屈服应力的显著增大。 以P6为基准组，P2增加了用水量，增大水胶比，P3适当增加引气剂，P4用轻砂代替黄砂，P2，P3组砂浆的塑性粘度和屈服剪切应力均显著降低，表现在宏观上T 500 降低，混凝土在自重的条件下流动速度加快，扩展度增大。而P4组的球形轻砂颗粒，其塑性粘度显著降低，但屈服剪切应力显著提高。 Table 3 Mortar viscosity of self-compacting concret Group P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 Viscosity μ (Pa∙s) 5.17 6.51 7.50 8.27 9.37 10.46 10.90 14.23 20.53 21.75 Shear stress τ 0 (Pa) −0.32 7.10 1.25 42.89 20.11 12.89 20.31 64.58 93.17 95.50 表3. C60自密实清水混凝土中砂浆塑性粘度 3.3. 混凝土表观性能研究 采用表1的配合比制备的10组具有不同砂浆塑性粘度的自密实清水混凝土拆模后的表面情况如图1所示。为了对表面性能作进一步定量分析，采用Image-pro plus 6.0软件对图3的混凝土表面进行图像处理，主要分为四个步骤：图像采集→灰度处理→孔洞大小和数量分析→数值处理，处理后的黑白图像如图2。 Silva [ 15 ] 的研究表明使用孔洞面积百分数，孔洞尺寸分布和最大孔洞尺寸三个参数能够更加全面的描述混凝土表面的孔洞情况。各组混凝土表面孔洞面积百分数，孔洞尺寸分布和直径大于2 mm，孔洞个数如图3，图4。 从图2和图3可以看出，随着混凝土中砂浆的塑性粘度的增大，混凝土表面孔洞数量和大小总体上呈上升趋势；P1、P2和P3基本看不出明显空洞，孔洞面积百分数小于0.2%，P4和P5的大孔数量开始增加，而到P6~P8混凝土表面的孔洞数量明显增多，达到0.3%~0.6%，其孔径也明显增大。其中P9和P10的表面孔面积均达到了1.0%以上。 综合粘度和表面孔洞的分析表明，表面空洞与塑性粘度的相关性显著，而与屈服剪切应力的相关性较低。P1~P5组自密实清水混凝土的表面孔洞面积百分数小于0.2%，可认为表面清水效果较好，此时塑性粘度为5.2~9.4 Pa∙s，屈服剪切应力在−0.32~42.9 Pa；P6~P8组自密实混凝土的表面孔洞面积百分数在0.3%~0.6%；P9~P10组自密实混凝土的表面孔洞面积百分数已经大于0.9%。 从图4可以看出，P1~P7组自密实混凝土表面孔洞直径主要分布于0~5 mm之间，P8~P10组主要分布于0~11 mm之间。2 mm以上直径的孔洞数量从P1到P10逐渐增多；P1~P5组的最大孔洞直径小于5 mm，P6~P10组的最大孔洞直径大于5 mm，且随着塑性粘度的上升，自密实混凝土表面孔洞面积百分数逐渐增大，孔洞尺寸分布变宽，直径大于2 mm孔洞个数增多且最大孔洞直径变大。 综上所述，表面性能与流动速度和扩展度等宏观工作性的表征指标的相关性不明显，低粘度的P1、P2和P3组表面性能最好，表面孔洞面积仅为0.1%，此时塑性粘度在5.2~7.5 Pa∙S，但出现了泌水P1组仍然能保证良好的表面性能。而P4和P5组的表面性能可接受，此时表面孔洞面积在0.1%~0.2%，最大孔径不超过5 mm。