C30大體積高流態(tài)高性能混凝土設計

1、C30大體積高流態(tài)高性能混凝土設計· 分享· 轉載· 復制地址· 轉播到微博· 贊轉載自 聽夜罙 2011年02月27日 09:21 閱讀(3) 評論(0) 分類：.0· 舉報· 字體：中  1 前言大體積混凝土是指混凝土結構物實體最小尺寸等于或大于1米的部位（某些邊長不到1米的混凝土實體如預計會出現(xiàn)因水泥水化熱導致裂縫問題，亦應按大體積混凝土考慮）。工業(yè)建筑中的大型設備基礎、逐漸增多的高層建筑的基礎和機場跑道等都屬于大體積混凝土1。與一般的混凝土相比較，

2、大體積混凝土具有形體龐大、混凝土用量較多、工程條件復雜、施工技術和質量要求高、混凝土絕熱升溫高和易收縮等特點。因此，大體積混凝土除必須具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性以外，還應滿足結構物的整體性和耐久性等方面的特殊要求。大體積混凝土經(jīng)常出現(xiàn)的問題不是力學上的結構強度，而是混凝土溫度裂縫。如何防止大體積混凝土的溫度裂縫，一直是工程技術界長期關心和共同研究的重要課題。本文從提高混凝土的早期施工性能及硬化后的長期耐久性，兼顧經(jīng)濟成本角度出發(fā)，利用氨基磺酸鹽系、萘系減水劑及緩凝、引氣和漿體穩(wěn)定組分復配出高效泵送劑，利用泵送劑降低水膠比、推遲水化熱峰出現(xiàn)時間。用大摻量礦渣和粉煤灰取代水泥以降低水化熱，并實驗

3、得出礦渣和粉煤灰的最佳摻量比例；根據(jù)大體積混凝土的特點采用最佳漿骨比法設計了C30大體積高流態(tài)高性能混凝土，建立了一條普通混凝土高性能化的技術路線。2 原材料實驗所用的主要原料: 氨基磺酸鹽系減水劑(AS，濃度38%),濰坊產；萘系減水劑(FDN，濃度35%),萊蕪產；山鋁P.O42.5水泥，淄博產；緩凝劑(H1、H2、H3、H4),天津產；引氣劑（A1）,上海產；石子(510mm、1020mm兩種)，東營市郊產；中砂，東營市郊產。3 試驗結果與討論3.1 高效泵送劑的復配3.1.1 減水組分種類及摻量  隨著工程技術的發(fā)展，工程實踐中對新拌混凝土的工作性以及長期的耐久性要

4、求越來越高，尤其對于高流態(tài)高性能混凝土，必須使用高效減水劑，高效減水劑主要起兩方面的作用：a) 減少水泥用量,在混凝土中摻入高效減水劑后,可降低混凝土單方水泥用量。由于水泥用量的減少,從而降低了水泥水化釋放的熱量,使混凝土內部熱峰值降低,不僅減小了溫度應力,而且減小了由于混凝土內外溫差過大引起混凝土開裂的可能性。b) 減少用水量,在混凝土中摻入高效減水劑后,可大大降低混凝土的水灰比,提高混凝土的坍落度和施工時的和易性。由于用水量的減少,減小了由于混凝土中水份的蒸發(fā)引起的混凝土干燥收縮開裂的可能性,同時也增強了混凝土的密實性和抗?jié)B性2。目前，常用的減水劑為氨基磺酸鹽系(AS)和萘系等高效減水劑(

5、FDN)。氨基磺酸鹽系高效減水劑分子結構中疏水基短，分支較多，活性基團極性強、分散性好。其在水泥顆粒表面呈現(xiàn)鋸齒狀或螺旋狀的立體吸附，產生一定的空間位阻，zeta電位的經(jīng)時變化小，因而具有摻量小、坍落度(流動度)經(jīng)時損失小、對水泥的相容性好等特點3,但是市場價格較高。萘系減水劑成本低、減水率高，但飽和點摻量較高、控制坍落度損失差。綜合考慮減水劑的性能與經(jīng)濟成本，用氨基磺酸鹽系與萘系減水劑復配。結果如圖1、圖2所示，當AS與FDN按6:4復配時，凈漿初始流動度大，兩小時后流動度仍在增長。飽和摻量為1.6%左右。       &

6、#160;                             圖1  AS與FDN不同比例復配時水泥凈漿流動度(1.5%c)圖2  不同摻量時復配外加劑（AS:FDN=6:4）水泥凈漿流動度   3.1.2 緩凝組分種類及摻量的確定緩

7、凝劑可以延緩混凝土的凝結時間和降低水化熱。使混凝土的初凝和終凝時間相應延緩58,齡期13的水化熱減少,熱峰值出現(xiàn)時間推遲,放熱峰值的溫度降低,從而有效地控制了混凝土的內外溫差,減少了混凝土開裂的可能性4。如減水劑一樣，緩凝劑與水泥也存在著相容性問題。外加劑復配時，必須進行相容性試驗，以確定最佳的種類和摻量。在上述復配的減水劑飽和點處摻入不同緩凝劑時，緩凝劑H1與水泥的相容性最好，如圖3、圖4所示。并且摻加0.08%時水泥凈漿流動度經(jīng)時損失小。初凝9h 40min，終凝16h 30min，凝結時間可滿足大體積混凝土施工要求。故本泵送劑緩凝劑H1摻量0.08%。   

8、                                                  

9、                               圖3 不同摻量H1的水泥凈漿流動度圖4 不同緩凝劑（0.1%c）的水泥凈漿流動度   3.1.3 其它組分的確定為提高大體積混凝土的和易性和耐久性，泵送劑中摻入引氣劑（A1）將混凝土含氣量控制在3%

10、左右，摻量0.01%,同時加入適量漿體穩(wěn)定劑以防止混凝土泵送過程中出現(xiàn)離析、泌水現(xiàn)象,提高混凝土的可泵性。通過水泥凈漿試驗，確定了氨基磺酸鹽系、萘系減水劑的最佳比例及摻量、緩凝劑種類及摻量，同時進行混凝土試配得到引氣劑和漿體穩(wěn)定劑的摻量。將上述各外加劑按最佳摻量復合成大體積混凝土用高效泵送劑。3.2 摻合料的使用大體積混凝土澆筑完畢后,由于水泥水化熱的影響,使混凝土內部溫度在35達到峰值,此時若混凝土內部最高溫度與外界氣溫之差超過25,在升溫階段和降溫階段,容易發(fā)生表面裂縫和收縮裂縫。在升溫階段,由于混凝土內部的溫度比較高,混凝土體積大,因此聚集在混凝土結構內部水化熱不易散發(fā),使混凝土內部溫度

11、顯著升高,而混凝土表面則散熱較快,這樣形成較大的內外溫差,使混凝土內部產生壓應力,表面產生拉應力,如果此時產生的拉應力大于混凝土極限抗拉強度,就會在混凝土表面產生表面裂縫。在降溫階段,由于混凝土逐漸散熱,而產生收縮,此時會產生較大收縮應力(拉應力),如果產生的收縮應力超過此時的混凝土極限抗拉強度就會在混凝土中產生收縮裂縫。因此,大體積混凝土施工過程中要避免由于混凝土內外溫差過大(超過25)所引起的表面裂縫和收縮裂縫的發(fā)生。除了使用外加劑推遲放熱峰出現(xiàn)的時間外，還要通過摻入摻合料來減少水泥用量。有資料表明，用粉煤灰取代20%的水泥，可使7d內的水化熱下降11%，取代30%的水泥時下降25%。目前

12、工程中常用的摻合料為礦渣和粉煤灰，雖然這兩種摻合料在混凝土中作用機理相同，但單摻和復摻時效果區(qū)別很大，表1為30%取代水泥的礦渣和粉煤灰摻合比例不同時膠砂抗壓和抗折強度結果，從表中可以看出只摻礦渣的強度較高，只摻粉煤灰的強度最低，復摻的強度并不是簡單的由高向低變化，而是復摻的效果最好，并且存在一個最佳的比例MSL:MFA3.5:1），該處強度最高。這說明復摻的效果不是簡單的混合，而是不同種類摻合料        表1 礦渣和粉煤灰摻合比例不同時的膠砂強度    /MPa強度M

13、SL:MFA3d7d28d抗壓抗折 抗壓抗折 抗壓抗折30:019.64.5530.87.6548.17.1523:720.55.2532.06.6550.17.3218:1218.75.2528.96.6546.97.8112:1817.03.6025.86.0041.66.956:2415.74.0524.16.6540.27.300:3014.23.4521.05.0036.77.00 之間產生了積極的、性能互補的作用5。本試驗按該比例摻加礦渣和粉煤灰。3.3 混凝土配合比設計混凝土需要有高的密實度，才能具備良好的抗?jié)B性，從而具備良好的耐久性6。本試驗采用最

14、佳漿骨比法設計混凝土配合比。其特點是:通過試配確定粗骨料的級配和砂率,獲得混合骨料實際最佳填充狀態(tài)的參數(shù)。在此基礎上,采用試配法獲得最佳漿骨比；采用絕對體積法,并考慮外加劑和摻合料對混凝土主要性能的影響,建立混凝土配合比計算公式；通過計算獲得混凝土初步配合比；通過試配、調整得到符合設計要求的最終配合比7。3.3.1 最緊密堆積的骨料參數(shù)確定    將510mm和1020mm兩種骨料按不同比例互摻，得到緊密堆積時的細骨料與粗骨料比例為1:1；在此基礎上用相同方法將砂與骨料互摻，得到最佳砂率為0.39，如圖5、6所示。圖6 不同砂率時的骨料堆積密度圖5 二級

15、配骨料互摻時的堆積密度          3.3.2 最佳漿骨比的確定高性能混凝土要具備良好的抗?jié)B性，必須低水膠比。當W/B=0.4時，混凝土中的水泥顆粒全部水化，此時即無毛細水也無未水化顆粒，混凝土具有良好的抗?jié)B性，本試驗將水膠比初定為0.4。根據(jù)Metha和Aitcin對高性能混凝土的研究，要使高性能混凝土同時達到最佳的施工和易性和強度性能,其水泥漿與骨料應有一個最佳體積比,其值為35：65。根據(jù)筆者以前試驗結果，本試驗將漿骨比定為32.5：67.5。知道了原材料的基本參數(shù)和漿骨比、水膠比、

16、砂率、含氣量,摻合料分別按30%、40%、50%取代水泥（MSL:MFA=3.5:1）,根據(jù)公式(1)(6)就可以確定出初步配合比，為補償混凝土體積收縮，增加混凝土抗?jié)B性，摻入UEA膨脹劑（摻量8%，膨脹率為0.020.04）然后經(jīng)過試配調整，得到如表2的結果。                            &

17、#160;          (1)                                      

18、0;                       (2)mC=mc"(1-)                       

19、0;       (3)mFA=mc                                 (4)       

20、0;         (5)                 (6)式中：     X混凝土漿骨比；     混凝土含氣量；mWw、mc、mC、mFA、mg、ms 分別為水、水泥、取代后水泥、摻合料、石和砂的質量,kg；c、Ww、FA分別為

21、水泥、水和混合材料的密度,kg/m3；g、s分別為砂子和石子的視密度,kg/m3；混合材料取代率；超量取代系數(shù)(等量時取1.0) 。  表2 混凝土配合比結果 序號原材料用量/（kg/m3）坍落度擴展度抗壓強度/MPa水水泥砂石礦渣粉煤灰膨脹劑泵送劑/mm/mm3d7d28d11752746821054912634.01221055033.044.755.9217323368010601213533.81122060023.434.540.5317119367610611504333.6722060026.035.945.6  由表2可知，摻合

22、料30%50%取代水泥時，新拌混凝土的流動性，后期的體積穩(wěn)定性和力學性能均滿足C30大體積高流態(tài)混凝土性能要求。從大體積混凝土特點和經(jīng)濟成本考慮，第2、3號配比更好。3.3.3 混凝土的熱工檢驗混凝土內部的溫度是水化熱的絕對溫度、澆筑溫度和結構物的散熱溫降等各種溫度的疊加，同時，在高溫條件下，大體積混凝土不易散熱，混凝土內部的最高溫度一般可達6070，并且有較長的延續(xù)時間。在這種情況下，合理的溫度控制措施，防止混凝土內外溫差引起的過大溫度應力顯得更為重要。大體積混凝土的溫度，GB 50204-92 混凝土結構工程及驗收規(guī)范規(guī)定不宜超過28；JGJ 3-91 鋼筋混凝土高層建筑結構設計與施工規(guī)程

23、規(guī)定，澆筑后混凝土內外溫差不應超過25。就大體積混凝土的溫度組成來看，控制混凝土的澆筑溫度，就是相應地控制了溫凝土的內部的最高溫度，并減少了結構的內外溫差。同時，還可延長混凝土的初凝時間，改善混凝土的澆筑性能，這對于保證混凝土的施工質量也是十分有利的。大體積混凝土在生產時必須進行熱工檢測8。2號配合比在實際生產時，氣溫為30，水溫度為20，水泥溫度為35，礦渣、粉煤灰和膨脹劑溫度為25，砂（砂含水2%，生產時每立方米用砂694kg）、石溫度為30?；炷涟韬臀餃囟扔嬎闶饺缦率剑篢0=0.9(mceTce+msaTsa+mgTg+mSLTsl+mFATFA)+4.2Tw×(mw-sam

24、sa-gmg)+C1(samsaTsa+gmgTg)-C2(samsa+gmg)÷              4.2 mw+0.9×(mce+msa+mg+mSL+mFA)            （7）式中 T0混凝土拌合物的溫度，；mw、mce、msa、mg、mSL、mFA分別為每立方米混凝土中水、水泥、砂、石、礦渣、粉煤灰用

25、量，kg；Tw、Tce、Tsa、Tg、TSL、TFA分別為水、水泥、砂、石、礦渣、粉煤灰溫度，；sa、g分別為砂石的含水率，%；C1、C2分別為水的比熱容KJ/(kg"K)及溶解熱，KJ/kg；當骨料溫度>0時，C1=4.2,C2=0；當骨料溫度0時，C1=2.1,C2=335。將2號配合比各參數(shù)代入（7）式，可算出混凝土拌和物溫度為27.6?；炷恋臐沧囟劝矗?）式計算：         Tj=T0+(Tq-T0)×(A1+A2+A3+An)   

26、;            （8）式中 Tj混凝土的澆注溫度，；     Tq混凝土運輸和澆注時的室外溫度,；     A1、A2、A3An為溫度損失系數(shù)，其值如下：a.     混凝土裝、缷和轉運，每次A=0.032；b.     混凝土運輸時A=Qt,t為運輸時間（以min計），攪拌車運輸時選0.0042；c. 澆注過程中A=0.003t，t為澆搗時間（以分計）。本研究涉及到的各溫度損失系數(shù)值為:裝料                       A1=0.032攪拌車運輸50min