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        • 綠色高性能混凝土在大體積混凝土中的應用

        • 發布時間:2018.02.25 新聞來源:淄博莊園混凝土有限公司-中國混凝土行業優秀企業 瀏覽次數:
        • 綠色高性能混凝土在大體積混凝土中的應用

          張波

          (淄博莊園混凝土有限公司,山東 淄博 255000)

          摘自《中國建筑業協會混凝土分會第六屆會員代表大會暨全國混凝土情報網成立40周年紀念大會論文集》

          [摘要]:通過對大體積混凝土配合比的設計、試配及采取的一系列生產、澆筑控制措施,使采用聚羧酸高性能減水劑、大摻量復合摻合料及機制砂配制生產的綠色高性能混凝土在工程中得以應用,并取得了良好的技術、經濟及社會效益。

          [關鍵詞]:綠色高性能混凝土;大體積混凝土;聚羧酸高性能減水劑;大摻量復合摻合料;機制砂

          0 前言

            何謂綠色高性能混凝土,當前建筑行業還沒有一個準確的定義。但通常情況下人們認為綠色高性能混凝土需具備比傳統混凝土更高的耐久性、工作性及體積穩定性,混凝土制備生產能夠降低資源、能源消耗,避免或減少環境遭到破壞,采用低毒少害的混凝土生產材料,最終達到環境保護與工程建設協調發展。

            據統計,每生產1萬噸水泥需要消耗1.55萬噸石灰石、1200噸煤和80萬度電,并同時帶來1萬噸CO2、13噸SO2和大量的粉塵污染。因此,如何做好混凝土的節能降耗工作,對混凝土行業的可持續發展具有十分重要的現實意義。

            本研究介紹的大體積混凝土工程,在澆筑施工過程中由于水泥水化放出的熱量難以散發,在內部蓄積起來,引起結構內部溫度升高,形成較大的內外溫差,易導致混凝土結構的開裂。因此,大體積混凝土工程澆筑施工的技術難點是如何控制混凝土內部的溫升。在滿足設計及施工工藝要求的前提下,最大限度地減少水泥用量,是實現降低大體積混凝土絕熱升溫的關鍵。據有關資料介紹,水泥用量每減少10kg,混凝土內溫度相應降低約1℃。

            使用聚羧酸高性能減水劑、大摻量復合摻合料及機制砂,充分利用各種材料優勢,配制生產的綠色高性能混凝土,特別適用于大體積混凝土的澆筑施工,通過在本研究工程中的應用,取得了良好的技術、經濟及社會效益。

          工程概況

          淄博華潤大廈,建筑高度177m,筏板基礎C40P6混凝土總量11000m3,厚度3.9m,其中核心筒部位厚8.9m(混凝土澆筑量3500m3 )。

          配合比設計與試驗

          2.1 原材料

          水泥:P.O42.5級,3d強度26.7MPa ,28d強度53.6MPa 。

          礦渣粉:S95級,比表面積418㎡/kg,密度2.86g/cm3,活性指數7d82%、28d98%。

          粉煤灰:Ⅱ級,燒失量2.7%,細度17.5%,需水量比102%。

          細集料:人工機制砂,細度模數3.2,石粉含量6.5%,MB值=0.75。

          粗集料:5-31.5mm碎石,針片狀顆粒含量5%,含泥量0.3%。

          減水劑:上海星火外加劑廠SN-V緩凝型聚羧酸高性能減水劑;YS-301萘系緩凝高效減水劑。

          膨脹劑: UEA-D膨脹劑。

          2.2兩種減水劑試驗比較

            只有減水劑與膠凝材料具有良好的適應性,才能獲得泵送性能良好的高性能混凝土,才能有效減少混凝土中的用水量,從而減少水泥用量,起到降低水化熱的作用。

            減水劑與膠凝材料適應性及凝結時間試驗見表1。

                                                                                         表1   減水劑與膠凝材料適應性及凝結時間試驗      

           

           

          水泥

          減水劑

          檢測用量(g)

          凈漿流動度(mm)

          凝結時間

          (h)

           品級

          品種

          水泥

          礦粉

          粉煤灰

          膨脹劑

          減水劑

          初始

          60

          mim

          初凝

          終凝

          1

          P.o

          42.5

          600

           

           

           

          170

          10.8

          (1.8%)

          167

          115

          7

          9.5

          2

          P.o

          42.5

          312

          120

          (20%)

          108(18%)

          60

          (10%)

          170

          10.8

          (1.8%)

          171

          120

          11.5

          14.5

          3

          P.o

          42.5

          600

           

           

           

          170

          12.0

          (2.0%)

          187

          128

          9

          12

          4

          P.o

          42.5

          312

          120

          (20%)

          108(18%)

          60

          (10%)

          170

          12.0

          (2.0%)

          190

          135

          13

          16

          5

          P.o

          42.5

          聚酸酸

          600

           

           

           

          170

          10.8

          (1.8%)

          215

          197

          7.5

          9

          6

          P.o

          42.5

          聚酸酸

          312

          120

          (20%)

          108(18%)

          60

          (10%)

          170

          10.8

          (1.8%)

          253

          245

          10.5

          13

          7

          P.o

          42.5

          聚酸酸

          600

           

           

           

          170

          12.0

          (2.0%)

          231

          208

          9

          11

          8

          P.o

          42.5

          聚酸酸

          312

          120

          (20%)

          108(18%)

          60

          (10%)

          170

          12.0

          (2.0%)

          285

          303

          12.5

          15

            從表 1試驗結果看出,萘系緩凝高效減水劑與水泥存在流動性損失快的問題,摻入礦粉、粉煤灰后適應性沒有明顯改善。而緩凝型聚羧酸高性能減水劑與水泥適應性好,在摻入礦粉、粉煤灰后效果更好,不僅初始凈漿流動度大,且1h后流動度基本不損失,在達到2.0%摻量時反而增大。摻入礦粉、粉煤灰后凈漿凝結時間明顯延長。

            因此,為了獲得良好的泵送性能及盡量減少混凝土中的水泥用量,最后我們決定采用1.8%摻量的聚羧酸高性能減水劑、10%摻量的膨脹劑,復摻20%礦粉、18%粉煤灰進行C40P8大體積混凝土的試配。

          2.3  配合比設計、試配及確定

            經設計、計算確定用于試配的配合比見表2。

           

                                              表2配合比設計

           

          序號

          水泥

          礦粉

          粉煤灰

          膨脹劑

          石子

          高性能

          減水劑

          211

          81

          73

          40

          764

          1054

          170

          7.3

          239

          92

          83

          46

          722

          1040

          170

          8.3

          276

          106

          95

          53

          676

          1014

          170

          9.5

          經試配混凝土各項性能檢測結果見表3。

                             表3  混凝土性能檢測結果                                    

          實際用

          水量(kg)

          初始坍落度(mm)

          1h后坍落度(mm)

          拌合物

          狀態

          初凝

          (h)

          終凝

          (h)

          抗壓強度(Mpa)

          實測

          容重

          (kg/m3

          7d

          28d

          60d

          165

          195

          170

          和易性好砂率適

          8.0

          10

          27.5

          41.8

          48.3

          2390

          168

          215

          200

          和易性好砂率適

          7.5

          10

          29.1

          45.9

          54.3

          2397

          173

          220

          215

          和易性好砂率適

          7.5

          9.5

          34.5

          50.1

          61.4

          2405

            通過以上對比分析,最后確定將配合比②用于該工程大體積混凝土基礎的澆筑生產。

          混凝土生產、澆筑控制措施

            對于大體積混凝土開裂與否,重要的是取決于混凝土內外之間的相對溫差,而不是絕對溫度。因此,控制適當的溫差,使混凝土內部熱量平穩地散發是很重要的。這些問題的解決,不僅需要預拌混凝土企業采取一些必要的技術措施,也需要施工單位采取合理的施工措施,雙方密切配合,共同努力來保證混凝土澆筑質量。

          3.1 從商品混凝土制備方面采取的技術措施

          (1)經過配合比設計、試配確定出最優配合比后,應嚴格進場原材料的檢驗,確保生產材料符合質量要求。

          (2)在接到生產任務后,精心組織有關部門及人員做好生產準備工作。包括站內生產安排,車輛如何調度及施工現場設備(混凝土輸送泵)的就位與調試,攪拌站計量系統的校核等。材料部門按預計生產量提前備好充足材料。針對生產、運輸及原材料供應,各部門均應有應急預案。本工程使用3臺汽車泵同時整體連續澆筑。

          (3)開始生產第一盤混凝土時,在充分攪拌均勻后由試驗員進行開盤坍落度鑒定,鑒定符合配合比試配要求方可正式生產混凝土。在滿足正常泵送情況下,盡可能減小坍落度,在生產過程中按生產量抽檢混凝土坍落度及制作試塊。施工現場派一名試驗人員輪流值班,混凝土生產、澆筑過程中發現混凝土不正常,應及時查明原因再行生產。

          (4)混凝土開始澆筑生產后,確保車輛、設備運轉正常,混凝土供應及時,澆筑、施工銜接有序。

          3.2從施工方面采取的技術措施

          (1)在混凝土滿足泵送情況下盡量采用較小的坍落度,嚴禁在泵送過程中往混凝土中加水。

          (2)施工澆筑順序:應先澆筑核心筒深基坑,然后采取分層整體澆筑。

            在泵送澆筑過程中一次澆筑厚度不可過大,一般30~40cm,在下層混凝土初凝前保證再澆筑一層新混凝土。

            在澆筑過程中,隨時觀察現場混凝土凝結情況。隨著澆筑層加厚,混凝土內部溫度升高,凝結時間將縮短。當發現混凝土有初凝跡象時,及時調配泵車將新鮮混凝土輸入該部位,避免出現施工冷逢。泵送操作工應聽從施工人員調度,能及時進行泵管的移位。

          (3)采取正確的振搗方法。分別在出料口和坡腳處布置振搗棒,由于一次澆筑厚度大,既要避免過振造成混凝土粗骨料下沉,漿料上浮,又要保證混凝土振搗密實。

          (4)加強養護。一是防止混凝土的早期干縮,干縮應力是大體積混凝土破壞力的一個重要組成部分;另一方面加強養護可控制混凝土的內外溫差,使混凝土內部的熱量平穩地散發。在混凝土澆筑后及時采取保溫、保濕養護是很重要的,它有利于控制混凝土的最大溫度應力,防止混凝土開裂。

            大體積混凝土,其表面水泥漿較厚,不僅會引起混凝土的表面收縮開裂,而且會影響混凝土的表面強度。因此,在混凝土澆筑后要認真進行表面處理。該工程混凝土澆筑完畢后,先用抹面機將混凝土粗抹一遍,將混凝土表面浮漿抹進混凝土內,最后人工細抹壓光整平。隨抹壓整平隨覆蓋一層塑料薄膜及兩層棉毯,達到了早期保溫、保濕養護,混凝土終凝后撒水養護至少7天。

          (5) 施工時應注意對混凝土的早期保護,避免過早拆模或施加荷載使混凝土受力,特別是在混凝土初凝至終凝這段時間嚴禁上人踩踏。

          (6)按設計要求在混凝土內部不同深度部位予置測溫孔,根據要求隨時監測混凝土內部溫度變化,以便采取針對性措施。

             

          華潤大廈深8.9米基礎                             華潤大廈基礎混凝土澆筑

           

          質量驗證

            按上述措施,2013年4月26日開始澆筑該工程大體積混凝土基礎,連續澆筑混凝土10806m3,用時60h。

            從開始澆筑,施工單位即對大體積混凝土內溫度實施了監測,監測結果如圖1。

                           

           圖1 混凝土絕熱升溫曲線

            由絕熱溫升曲線可見,混凝土1d內溫升緩慢,1d以后溫度開始顯著上升,3d后到達最高溫度57.2℃,以后開始逐漸降低,12d后溫度基本趨于穩定。

            在整個測溫過程中,混凝土內部最高溫度與混凝土表面處溫度差都在20℃以下,混凝土表面處溫度與外界環境溫度差都在17℃以下。

            經現場查驗,從混凝土澆筑初期至澆筑后一個月混凝土都沒有發現有害裂縫。就是在混凝土澆筑初期,混凝土表面收縮裂縫也基本沒有。

            混凝土標養試塊平均強度:7d:29.4Mpa;28d:46.7Mpa;60d:55.6Mpa。抗滲等級達到P12仍未有滲水現象。               

            因大體積混凝土內高溫高濕,其實體混凝土強度發展應該遠遠早于標養試塊強度。

          結論

          (1)大體積混凝土工程澆筑施工的技術難點是如何控制混凝土內部的溫升,即如何控制混凝土的放熱量,混凝土配合比的優化是其技術核心。

          (2)緩凝型聚羧酸高性能減水劑因其較高的減水率及與水泥、礦物摻合料所具有的良好適應性,使大摻量復合摻合料在大體積混凝土中起到了很好的應用效果,大量減少了混凝土中的水泥用量,降低了混凝土中的水化熱,且不易出現泌水、離析現象。

          (3)細集料使用了人工機制砂,顆粒級配穩定,混凝土質量更加容易控制。由于機制砂屬多棱角顆粒,與膠凝材料及粗骨料間機械嚙合力強,比表面積大,特別有利于摻合料的大量摻加。同時,機制砂石粉含量穩定,一般在7%以下,泥粉含量少,使聚羧酸減水劑有良好的使用效果(聚羧酸高性能減水劑對砂、石骨料的含泥量特別敏感,含泥量一般超過1.5%以上,其使用效果將大大下降,而干凈的石粉在含量15%時對其都沒有明顯的吸附作用)。

          (4)由于水泥價格高,礦粉價格為水泥價格的70%,粉煤灰價格僅為水泥價格的40%,且隨著生產工藝的普及及原材料價格的下降,聚羧酸高性能減水劑售價也已經與萘系高效減水劑持平或低于萘系高效減水劑。因此,使用緩凝型聚羧酸高性能減水劑同時大摻量使用復合摻合料,成本是降低的,其綜合經濟效益是明顯的。

            通過以上對混凝土水化熱溫升、力學性能和體積穩定的檢測,證明本工程采用緩凝型聚羧酸高性能減水劑、大摻量復合摻合料及機制砂配制生產的綠色高性能混凝土,及采取的一系列措施完全滿足大體積混凝土各項性能要求。且由于大量減少水泥用量,降低了能源消耗,對混凝土的可持續發展具有良好的社會效應。

          [參考文獻]

          [1]JGJ55-2011.普通混凝土配合比設計規程.

          [2]GBJ146-90.粉煤灰混凝土應用技術規范.

          [3]GB50496-2009大體積混凝土施工規范.

          [4]姚燕 王玲 田培 高性能混凝土 化學工業出版社.

          ———————————————————————————————————————

          [作者簡介]張波(1967­—),男,高級工程師,淄博莊園混凝土有限公司總工

          [單位地址]山東省淄博市周村區南郊鎮李家工業園(255000)

          [聯系電話]0533—7980778

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        • 上一篇:2017年11月榮獲山東省建筑業協會混凝土分會(2015-2016年度)“山東省預拌混凝土5A級信用企業”。
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