C30大體積高流態(tài)高性能混凝土設(shè)計(jì)

1、C30大體積高流態(tài)高性能混凝土設(shè)計(jì)· 分享· 轉(zhuǎn)載· 復(fù)制地址· 轉(zhuǎn)播到微博· 贊轉(zhuǎn)載自 聽(tīng)夜罙 2011年02月27日 09:21 閱讀(3) 評(píng)論(0) 分類：.0· 舉報(bào)· 字體：中  1 前言大體積混凝土是指混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小尺寸等于或大于1米的部位（某些邊長(zhǎng)不到1米的混凝土實(shí)體如預(yù)計(jì)會(huì)出現(xiàn)因水泥水化熱導(dǎo)致裂縫問(wèn)題，亦應(yīng)按大體積混凝土考慮）。工業(yè)建筑中的大型設(shè)備基礎(chǔ)、逐漸增多的高層建筑的基礎(chǔ)和機(jī)場(chǎng)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(fù)雜、施工技術(shù)和質(zhì)量要求高、混凝土絕熱升溫高和易收縮等特點(diǎn)。因此，大體積混凝土除必須具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性以外，還應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)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(wèn)題不是力學(xué)上的結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(shù)界長(zhǎng)期關(guān)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(zhǎng)期耐久性，兼顧經(jīng)濟(jì)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(fù)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(shí)間。用大摻量礦渣和粉煤灰取代水泥以降低水化熱，并實(shí)驗(yàn)

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(diǎn)采用最佳漿骨比法設(shè)計(jì)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(shù)路線。2 原材料實(shí)驗(yàn)所用的主要原料: 氨基磺酸鹽系減水劑(AS，濃度38%),濰坊產(chǎn)；萘系減水劑(FDN，濃度35%),萊蕪產(chǎn)；山鋁P.O42.5水泥，淄博產(chǎn)；緩凝劑(H1、H2、H3、H4),天津產(chǎn)；引氣劑（A1）,上海產(chǎn)；石子(510mm、1020mm兩種)，東營(yíng)市郊產(chǎn)；中砂，東營(yíng)市郊產(chǎn)。3 試驗(yàn)結(jié)果與討論3.1 高效泵送劑的復(fù)配3.1.1 減水組分種類及摻量  隨著工程技術(shù)的發(fā)展，工程實(shí)踐中對(duì)新拌混凝土的工作性以及長(zhǎng)期的耐久性要

4、求越來(lái)越高，尤其對(duì)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(nèi)部熱峰值降低,不僅減小了溫度應(yīng)力,而且減小了由于混凝土內(nèi)外溫差過(guò)大引起混凝土開(kāi)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(shí)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(kāi)裂的可能性,同時(shí)也增強(qiáng)了混凝土的密實(shí)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(jié)構(gòu)中疏水基短，分支較多，活性基團(tuán)極性強(qiáng)、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(chǎn)生一定的空間位阻，zeta電位的經(jīng)時(shí)變化小，因而具有摻量小、坍落度(流動(dòng)度)經(jīng)時(shí)損失小、對(duì)水泥的相容性好等特點(diǎn)3,但是市場(chǎng)價(jià)格較高。萘系減水劑成本低、減水率高，但飽和點(diǎn)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(jì)成本，用氨基磺酸鹽系與萘系減水劑復(fù)配。結(jié)果如圖1、圖2所示，當(dāng)AS與FDN按6:4復(fù)配時(shí)，凈漿初始流動(dòng)度大，兩小時(shí)后流動(dòng)度仍在增長(zhǎng)。飽和摻量為1.6%左右。       &

6、#160;                             圖1  AS與FDN不同比例復(fù)配時(shí)水泥凈漿流動(dòng)度(1.5%c)圖2  不同摻量時(shí)復(fù)配外加劑（AS:FDN=6:4）水泥凈漿流動(dòng)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(jié)時(shí)間和降低水化熱。使混凝土的初凝和終凝時(shí)間相應(yīng)延緩58,齡期13的水化熱減少,熱峰值出現(xiàn)時(shí)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(nèi)外溫差,減少了混凝土開(kāi)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(wèn)題。外加劑復(fù)配時(shí)，必須進(jìn)行相容性試驗(yàn)，以確定最佳的種類和摻量。在上述復(fù)配的減水劑飽和點(diǎn)處摻入不同緩凝劑時(shí)，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(shí)水泥凈漿流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失小。初凝9h 40min，終凝16h 30min，凝結(jié)時(shí)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(dòng)度圖4 不同緩凝劑（0.1%c）的水泥凈漿流動(dòng)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(shí)加入適量漿體穩(wěn)定劑以防止混凝土泵送過(guò)程中出現(xiàn)離析、泌水現(xiàn)象,提高混凝土的可泵性。通過(guò)水泥凈漿試驗(yàn)，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(shí)進(jìn)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(fù)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(nèi)部溫度在35達(dá)到峰值,此時(shí)若混凝土內(nèi)部最高溫度與外界氣溫之差超過(guò)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(nèi)部的溫度比較高,混凝土體積大,因此聚集在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部水化熱不易散發(fā),使混凝土內(nèi)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(nèi)外溫差,使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力,表面產(chǎn)生拉應(yīng)力,如果此時(shí)產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于混凝土極限抗拉強(qiáng)度,就會(huì)在混凝土表面產(chǎn)生表面裂縫。在降溫階段,由于混凝土逐漸散熱,而產(chǎn)生收縮,此時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大收縮應(yīng)力(拉應(yīng)力),如果產(chǎn)生的收縮應(yīng)力超過(guò)此時(shí)的混凝土極限抗拉強(qiáng)度就會(huì)在混凝土中產(chǎn)生收縮裂縫。因此,大體積混凝土施工過(guò)程中要避免由于混凝土內(nèi)外溫差過(guò)大(超過(guò)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(shí)間外，還要通過(guò)摻入摻合料來(lái)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(nèi)的水化熱下降11%，取代30%的水泥時(shí)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(jī)理相同，但單摻和復(fù)摻時(shí)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(shí)膠砂抗壓和抗折強(qiáng)度結(jié)果，從表中可以看出只摻礦渣的強(qiáng)度較高，只摻粉煤灰的強(qiáng)度最低，復(fù)摻的強(qiáng)度并不是簡(jiǎn)單的由高向低變化，而是復(fù)摻的效果最好，并且存在一個(gè)最佳的比例MSL:MFA3.5:1），該處強(qiáng)度最高。這說(shuō)明復(fù)摻的效果不是簡(jiǎn)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(shí)的膠砂強(qiáng)度    /MPa強(qiáng)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(chǎn)生了積極的、性能互補(bǔ)的作用5。本試驗(yàn)按該比例摻加礦渣和粉煤灰。3.3 混凝土配合比設(shè)計(jì)混凝土需要有高的密實(shí)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(yàn)采用最

14、佳漿骨比法設(shè)計(jì)混凝土配合比。其特點(diǎn)是:通過(guò)試配確定粗骨料的級(jí)配和砂率,獲得混合骨料實(shí)際最佳填充狀態(tài)的參數(shù)。在此基礎(chǔ)上,采用試配法獲得最佳漿骨比；采用絕對(duì)體積法,并考慮外加劑和摻合料對(duì)混凝土主要性能的影響,建立混凝土配合比計(jì)算公式；通過(guò)計(jì)算獲得混凝土初步配合比；通過(guò)試配、調(diào)整得到符合設(shè)計(jì)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(shí)的細(xì)骨料與粗骨料比例為1:1；在此基礎(chǔ)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(shí)的骨料堆積密度圖5 二級(jí)

15、配骨料互摻時(shí)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(dāng)W/B=0.4時(shí)，混凝土中的水泥顆粒全部水化，此時(shí)即無(wú)毛細(xì)水也無(wú)未水化顆粒，混凝土具有良好的抗?jié)B性，本試驗(yàn)將水膠比初定為0.4。根據(jù)Metha和Aitcin對(duì)高性能混凝土的研究，要使高性能混凝土同時(shí)達(dá)到最佳的施工和易性和強(qiáng)度性能,其水泥漿與骨料應(yīng)有一個(gè)最佳體積比,其值為35：65。根據(jù)筆者以前試驗(yàn)結(jié)果，本試驗(yàn)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(bǔ)償混凝土體積收縮，增加混凝土抗?jié)B性，摻入U(xiǎn)EA膨脹劑（摻量8%，膨脹率為0.020.04）然后經(jīng)過(guò)試配調(diào)整，得到如表2的結(jié)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(zhì)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(shí)取1.0) 。  表2 混凝土配合比結(jié)果 序號(hào)原材料用量/（kg/m3）坍落度擴(kuò)展度抗壓強(qiáng)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(shí)，新拌混凝土的流動(dòng)性，后期的體積穩(wěn)定性和力學(xué)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(diǎn)和經(jīng)濟(jì)成本考慮，第2、3號(hào)配比更好。3.3.3 混凝土的熱工檢驗(yàn)混凝土內(nèi)部的溫度是水化熱的絕對(duì)溫度、澆筑溫度和結(jié)構(gòu)物的散熱溫降等各種溫度的疊加，同時(shí)，在高溫條件下，大體積混凝土不易散熱，混凝土內(nèi)部的最高溫度一般可達(dá)6070，并且有較長(zhǎng)的延續(xù)時(shí)間。在這種情況下，合理的溫度控制措施，防止混凝土內(nèi)外溫差引起的過(guò)大溫度應(yīng)力顯得更為重要。大體積混凝土的溫度，GB 50204-92 混凝土結(jié)構(gòu)工程及驗(yàn)收規(guī)范規(guī)定不宜超過(guò)28；JGJ 3-91 鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程

23、規(guī)定，澆筑后混凝土內(nèi)外溫差不應(yīng)超過(guò)25。就大體積混凝土的溫度組成來(lái)看，控制混凝土的澆筑溫度，就是相應(yīng)地控制了溫凝土的內(nèi)部的最高溫度，并減少了結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫差。同時(shí)，還可延長(zhǎng)混凝土的初凝時(shí)間，改善混凝土的澆筑性能，這對(duì)于保證混凝土的施工質(zhì)量也是十分有利的。大體積混凝土在生產(chǎn)時(shí)必須進(jìn)行熱工檢測(cè)8。2號(hào)配合比在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，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(chǎn)時(shí)每立方米用砂694kg）、石溫度為30?；炷涟韬臀餃囟扔?jì)算式如下式：T0=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(dāng)骨料溫度>0時(shí)，C1=4.2,C2=0；當(dāng)骨料溫度0時(shí)，C1=2.1,C2=335。將2號(hào)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(jì)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(yùn)輸和澆注時(shí)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(zhuǎn)運(yùn)，每次A=0.032；b.     混凝土運(yùn)輸時(shí)A=Qt,t為運(yùn)輸時(shí)間（以min計(jì)），攪拌車運(yùn)輸時(shí)選0.0042；c. 澆注過(guò)程中A=0.003t，t為澆搗時(shí)間（以分計(jì)）。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(yùn)輸50min