C60高强混凝土

C60高强混凝土（精选4篇）

C60高强混凝土 篇1

摘要：由于高强混凝土的特性和有关技术要求与常规的普通混凝土有所不同, 本文主要阐述如何配制C60高强混凝土。通过比较选用优质的聚羧酸外加剂来降低水胶比, 改善混凝土的工作性及有效提高混凝土的强度;比较混凝土单掺矿物掺合料及双掺矿物掺合料确定应用于高强混凝土采用双掺粉煤灰和矿渣粉的效果优于单掺粉煤灰;最后对粗细骨料的选择配制出和易性良好、强度富余系数大的C60高强混凝土。

关键词：C60高强混凝土,优质聚羧酸外加剂,矿物掺合料,骨料

1 前言

近年来, 随着混凝土技术的迅速发展, 高强高性能混凝土技术日益成熟。城市化高层建筑及市政路桥对高强高性能混凝土的应用越来越广泛, 混凝土的高强化一直以来都是混凝土技术发展的重要方向, 随着C100高强混凝土的应用, C60、C70、C80高强混凝土应用亦常态化。

《高强混凝土应用技术规程》JGJ/T281-2012认为, 高强混凝土强度等级高, 因此其特性和有关技术要求与常规的普通混凝土有所不同。原材料、混凝土性能、配合比和施工的控制要求也比常规的普通混凝土严格。本文主要通过外加剂、矿物掺合料、粗细骨料的影响阐述如何配制C60高强混凝土。

本文将以东莞市万科大厦为例, 详述C60高强混凝土在配制过程及施工过程遇到的技术问题、难点及解决方法, 希望可以为高强混凝土的发展提供参考价值。该工程由中建三局第一建设工程有限公司承建, 其主体四层及地下室三层框架墙柱全部采用C60高强混凝土浇筑。

2 工程C60混凝土的特点

⑴该工程C60部分混凝土构件体积大、墙柱高度高, 布筋密集, 机械震动很难充分振捣密实, 混凝土必须具有较好的流动性且有一定填充性。施工方要求混凝土到达施工现场时坍落度不小于220mm、扩展度大于500mm, 且坍落度经时损失不能大于10mm/h。

⑵高强混凝土由于强度等级较高, 配合比通常都具有高胶凝材料、低水胶比的特点。新拌混凝土由于胶材用量大, 粘聚性比较大, 加大泵送的阻力及过泵之后混凝土的损失。如何保证混凝土在到达施工现场后能有足够的坍落度保留值和扩展值成为了配制该混凝土的难点之一。

⑶由于高强混凝土水化热量大, 绝热温升高, 混凝土自收缩应力大, 解决混凝土水化热、降低收缩应力是工作重点和难点。

3 相关原材料选择

⑴水泥:配制高强混凝土宜用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥并符合现行国家标准《通用硅酸盐水泥》GB175的规定。本次试验采用的是广东省英德海螺水泥有限责任公司生产的“海螺牌”P.II42.5R, 其物理性能见表1:

⑵配制高强混凝土的矿物掺合料可采用粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰等。本次试验采用粉煤灰及粒化高炉矿渣粉。

(1) 粉煤灰:本次试验采用的粉煤灰是广东省汕头市华能海门电厂Ⅱ级粉煤灰, 其性能符合现行国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T1596的规定, 见表2:

(2) 粒化高炉矿渣粉:本次试验用的矿渣粉是广东韶钢嘉羊新型材料有限公司S95级矿渣粉, 其性能符合现行国家标准《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》GB/T18046的规定见表3:

(3) 细骨料:配制高强混凝土细骨料的性能指标符合现行行业标准《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ52的规定, 宜采用细度模数为2.6~3.0的Ⅱ区中砂, 本次试验采用的是水洗砂, 其性能见表4:

(4) 粗骨料:宜采用连续级配或2个及以上单粒级配搭配使用, 最大公称粒径不宜大于20mm;性能指标符合现行行业标准《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ52的规定, 本次试验用的石子是:广东增城石场碎石, 其性能见表5:

(5) 外加剂:采用广东省东莞市埃富地恩建材有限公司生产的优质高效聚羧酸减水剂KFDN-SP两个系列, 其性能指标符合《混凝土外加剂》GB8076和《混凝土外加剂应用技术规范》GB50119的有关规定。其性能见表6:

4 配合比的确定

4.1 原材料

4.1.1 外加剂

高强混凝土由于水胶比要求较低, 通过选用减水率高的优质减水剂来降低混凝土的水胶比是最有效的措施, 可有效改善混凝土的工作性, 降低混凝土的粘附力。

根据KFDN-SP两个系列采用0.25水胶比进行试验, 试验表明, KFDN-SP2减水剂的混凝土工作性能、强度明显优于KFDN-SP1, 所以外加剂优选KFDN-SP2系列。见表7。

4.1.2 矿物掺合料

本试验主要采用粉煤灰、矿渣粉双掺矿物掺合料来改善混凝土的和易性, 减小混凝土内部温升, 避免温度裂缝, 改善混凝土微观结构和提高混凝土性能的多重作用。通过单掺粉煤灰及双掺粉煤灰和矿渣粉试验对比, 其对混凝土工作性能和强度的影响见表8。

4.1.3 骨料影响

研究资料表明, 用于高强混凝土的砂子细度模数为2.6~3.0的Ⅱ区中粗砂、含泥量控制在1%以内最好。本次试验砂子细度模数为2.8, 含泥量0.6%。

用以配制高强混凝土的粗集料, 其最大粒径与混凝土的最大抗压强度有一定关系。一般配制高强混凝土最大粒径不宜大于30mm, 最好在20mm以下。

4.2 水胶比确定

由于高强混凝土的胶凝材料用量比较大, 从配合比设计的耐久性、经济性原则考虑, 应当尽量控制水泥用量, 降低水胶比;通过前期大量试验表明, 水泥用量增大到一定的程度对混凝土的强度增长作用不明显;水胶比在0.23~0.35之间, 通过使用优质高效聚羧酸系减水剂来改善混凝土的和易性及工作性, 以满足实际施工要求。

在此列举部分代表数据。其各个龄期强度见表9。

问题分析:按照fcu, 0≥1.15fcu, k要求, 配制C60高强混凝土的配制强度必须最小达到69MPa, 由表9数据可以看出无法满足JGJ55-2011对配制高强混凝土的要求。当水胶比偏小时, 混凝土出现粘、重的情况同时损失偏快很难达到泵送要求;当水胶比选用偏大时, 混凝土强度无法保证。其次当水泥用量增大到一定程度时由于早期水化热过于集中导致后期增长缓慢, 在满足配制要求前提下应尽量减少水泥用量, 同时采用双种或多种矿物掺合料的叠加效应来有效改善混凝土内部的微孔结构, 使混凝土更密实, 有效降低早期水化热过于集中并提高混凝土的强度和耐久性。

根据表9的数据, 对配制C60高强泵送混凝土做出以下试验 (表10) 。

试验结果是混凝土比较粘、重, 损失也较快, 强度如见表11:

根据试验结果, 无法满足配制C60高强混凝土的要求, 必须通过优化调整配合比重新试验。

5 试验及出现问题的分析与解决

当时我们的设计思路有点偏离, 对C60的混凝土未有深刻认识, 觉得我们公司一直以来做的C50强度都比较稳定, 而且富余强度很高, 生产C60应该没什么技术瓶颈, 所以只是简单的在C50配合比基础上增加水泥, 最后试配结果不是很理想, 强度不稳定, 早期强度较高, 后期强度不理想, 有些高有些低, 未能达到C60混凝土的设计要求。

于是所有工作重新开始, 分析原因, 觉得影响因素比较大的有: (1) 石子, 开始使用的是我们平时生产用的5~25mm级配碎石, 有部分颗粒偏大, 不利于配制高强度混凝土; (2) 粉煤灰, 现在粉煤灰质量参差不齐, 控制难度大, 水泥未与粉煤灰产生有效的反应, 改善活性, 即使提高水泥用量, 对强度提升不明显, 反而增加水泥的水化热, 而多出的水泥未充分水化, 所拌混凝土太稠, 不利于施工。

通过上述原因分析, 我们基本找出问题所在, 于是重新设计配合比, 原材料重新选材。石子使用5~20mm的碎石, 并且压碎指标控制在8%以内;粉煤灰用量减少, 掺入适量矿粉;外加剂重新调整。再次进行大量的试验, 由于掌握了前面的不足, 所以在试验过程不断优化, 终于配制出一套可行并较为合理的配合比。

6 最后的试验结果

表12为试验过程中认为比较理想的试验记录。

7 现场施工及工程效果的情况

我公司对于C60高强混凝土的实际生产应用, 做了大量的前期准备工作:

⑴优选原材料, 严格按试验使用材料进货, 确保试配与生产的一致性;

⑵实行专线生产, 专线存放原材料, 不与普通混凝土材料混合堆放与使用;

⑶在试验配方成功的基础上, 用专线搅拌机试产, 并落实改善生产中存在的不足, 及时改进;跟踪试产实际效果及混凝土后期强度发展规律, 留有3d、7d、14d、28d、45d、60d、90d的混凝土试块, 密切关注混凝土强度变化, 确保生产中合格率达到100%。

在进行C60高强度混凝土实际生产中, 采取一系列科学的监控手段, 对每一车混凝土进行严密的出厂控制, 不符合要求的作退货或降级处理。

⑴每班次按每4h对砂石含水进行测试, 严格按实测含水进行生产;

⑵检查每车次配合比实际投料量, 发现超出规定值, 及时作出处理;

⑶增加取样频率, 每生产50方混凝土取样不小于一次, 进行混凝土拌合物相关性能的检测, 保证出厂混凝土在受控状态;

⑷工地现场驻1~2名技术员对质量进行监控, 如现场因客观因素混凝土不能满足施工要求时, 作退货处理。

经过一系列科学的监控手段及施工单位的有效控制措施, C60高强混凝土实际施工效果较为理想, 60d后, 技术人员到施工现场采用高强回弹仪对构件进行回弹, 回弹换算结果平均值达78MPa以上;100d后, 进行实体抽芯检测, 检测结果显示所有C60高强混凝土达80MPa以上, 受到施工单位的好评。

高强高性能混凝土是现在和未来混凝土发展的一大方向和主题, 越来越多的工程使用高强高性能混凝土, 如广州“西塔”使用C60、C70、C80、C90、C100混凝土, 广州“东塔”也使用了C60、C70、C80、C90、C100, 尤其是“西塔”C100超高性能混凝土及超高泵送技术更是闻名中外, 为整个建筑行业起到领路作用, 使建筑行业向更高的层次迈进, 为整个建筑行业带来更大的社会效益和经济效益, 更为建筑界的同仁提供宝贵的施工经验。

参考文献

[1]《高强混凝土应用技术规程》 (JGJ/T 281-2012)

[2]《普通混凝土配合比设计规程》 (JGJ 55-2011)

C60高强混凝土的研发与应用 篇2

1 工程概况

深圳某医院工程,地下3层,地上10层竖向结构均为C60高强混凝土。混凝土施工过程中主要是汽车泵和拖式泵两种泵送施工方式。通过分析,该工程主要控制要点在于C60混凝土的强度保证、泵送施工过程中混凝土的和易性和粘聚性、地下室结构的裂缝预防等。针对这些控制要点,我们首先在原材料和配合比上做文章,配合比上留够足够的强度富余量,在强度和粘度之间找一个合适的平衡,为减少收缩尽量降低胶凝材料总量和增加粗骨料用量。

2 混凝土原材料

商品混凝土作为一种使用量最大的建筑材料,一定是在满足质量的情况下尽量保证材料和配合比的经济性。选用本地常用的几种原材料通过正交对比试验优选经济优质的原材料,选定原材料后再通过正交对比试验确定各方面性能合适的配合比。

2.1 水泥

主要比较两种品牌的水泥:惠州光大P.O42.5R,广东塔牌P.O42.5R。水泥的矿物组成、掺合料的种类和掺量、调凝剂、碱含量、助磨剂等方面都会影响水泥和外加剂的适应性,影响混凝土的强度发展规律和流变性能,进而影响到施工性能和最终工程质量。

2.2 掺合料

高强混凝土由于其较高的胶凝材料用量将不可避免的带来较大的水化热,掺用优质活性掺合料在保证强度的情况下,可大幅度降低水化温升,减少收缩,降低裂缝的风险。粉煤灰由于其良好的形态效应和微集料效应可以改善混凝土的流动性和流变性能,改善混凝土内部孔隙结构,提高后期抗渗性能和耐久性。矿渣粉由于其较好的活性,在降低水泥水化热和收缩的同时并不明显的降低混凝土的强度,与粉煤灰复合使用具有较好的颗粒搭配,优势互补。矿粉选用唐山首钢S95级矿粉,粉煤灰选用大亚湾电厂Ⅱ级粉煤灰。

2.3 外加剂

外加剂选用保坍性能良好、减水率高、含气量低的聚羧酸高性能减水剂,供应厂家为深圳五山建材有限公司。

2.4 骨料

有两种可供选择的粗骨料类型,一种5~25mm连续级配的花岗岩碎石,一种5~20mm连续级配的页岩碎石。主要比较两种碎石对和易性和强度的影响。有两种可供选择的细骨料类型,一种是细度模数为2.8的河砂,一种是细度模数为2.6的水洗砂。

2.5 水

自来水。

3 通过正交试验优选材料

选定要考察的因素和水平,通过试验考察因素和水平对试验结果的影响。把水泥的种类、石子的种类、砂的种类作为要考察的因素,各自对应的不同品牌和厂家作为每个因素的不同水平。如表1所示:

保持水胶比、用水量、砂率不变,略微增减外加剂掺量使混凝土的坍落度和流动性满足施工要求且基本一致。根据经验选定水胶比为0.28,用水量选定148kg/m3,砂率选定39%,设定容重为2450kg/m3,粉煤灰和矿粉的掺量均为15%。试验过程中记录混凝土和易性、倒置流空时间、成型试块试压强度等。主要考察因素水平对泵送性能和强度的影响。利用正交表L4(23),试验结果如表2所示:

根据试验结果,在给定的因素和水平的范围内,水泥品种对混凝土的可泵性和强度的影响最大,其次是砂子的种类,最后是石子的种类。塔牌水泥比光大水泥在与外加剂的适应性、可泵性、强度等方面有一定的优势,可选用塔牌水泥。稍粗的河砂在混凝土可泵性、强度等方面比稍细的水洗砂有优势,可选用稍粗的河砂。两种石子对混凝土的可泵性和强度上影响不是很大,由于5~20mm的石子资源较少,价格相对较贵,考虑供应和经济的问题,选用5~25mm石子。

4 用选定的材料做试验优选配合比

选定要考察的因素和水平,考察其对所观察的试验结果的影响。试配所用材料为塔牌水泥、细度模数2.8的河砂、5~25mm花岗岩碎石、首钢S95级矿粉、大亚湾电厂Ⅱ级粉煤灰、深圳五山聚羧酸外加剂、自来水等。把用水量、水泥用量、掺合料中粉煤灰和矿粉的比例、胶凝材料总量等四个因素作为考察对象,观察其对倒置流空时间、强度、和易性的影响。其因素和水平表如表3所示:

(材料用量单位:kg/m3)

试配过程中保持设定的容重为2450kg/m3,砂率为39%不变,略微增减外加剂的掺量使混凝土的坍落度、流动性、和易性满足施工要求且基本一致。记录混凝土和易性、倒置流空时间、成型试块试压强度等。主要考察因素和水平对混凝土泵送性能和强度的影响。利用正交表L9(34),试验结果如表4所示:

(材料用量单位:kg/m3)

根据试验结果,在给定的因素和水平的范围内,胶材总量是影响泵送性能和强度的主要因素,胶凝材料越多强度越高。一般情况下,胶凝材料越多混凝土粘度越大,该规律并不能无限外延,存在突变的情况。试验的因素和水平范围内,胶凝材料选择530kg/m3既能满足试配强度大于69.0MPa的要求,又能改善混凝土粘度。用水量越多粘度越小,在给定的水平范围内对强度的影响较小,根据粘度数据,可选择用水量148kg/m3。水泥用量对混凝土的粘度和强度影响较小,根据经济型原则可选择最小水平350kg/m3。粉煤灰和矿粉的比例规律比较复杂,对于28d强度来说,矿粉掺量越多强度越高,但影响并不是很大,对于粘度来说,单掺两者比复掺效果都要好,可能是三种胶凝材料的颗粒搭配不良引起。考虑到水化温升、裂缝和成本的影响,配合比中还是要掺一定比例的粉煤灰,同时粉煤灰对后期强度和抗渗性有较好的贡献。

在选定参数的基础上,继续在水泥用量和掺合料比例上考察最佳方案。水泥用量选定350kg/m3、320kg/m3等两个水平,粉煤灰和矿粉的比例选定7:3、5:5、3:7等三个水平做交叉对比试验。试验结果如表5所示:

(材料用量单位:kg/m3)

从试验结果可以看出,除了4号和5号在强度保证率上较低以外,其余编号配合均可满足施工和强度要求。考虑到开裂的影响,根据清华大学安明喆博士在矿物掺合料对高性能混凝土自收缩影响因素方面进行的系统研究:矿渣细度小于400m2/kg时,对减少混凝土自收缩有利,随矿渣掺量的增大,自收缩减小,但当细度大于400m2/kg时,矿渣活性明显提高,引起自收缩增大[1]。目前矿渣粉的细度均在400m2/kg以上,而自收缩成为影响高性能混凝土产生裂缝的最主要因素[2],在其他性能影响不大的情况下,应优先选择矿粉掺量小的配合比方案。确定1号配合比为优先考虑配合比,通过试验室多次不同日期、不同批次的原材料试配结果,混凝土和易性和泵送性能符合施工要求,试配28d强度稳定在69.0MPa以上。最终选定1号配合比为实际使用理论配合比。

5 混凝土实际应用效果和存在的问题

该工程最终浇筑C60高强混凝土近2000方,出厂坍落度200~240mm,经过近30min的运输,到厂坍落度190~230mm,混凝土和易性和粘聚性良好,浇筑过程中未出现堵泵现象,站内混凝土试块强度在64.3~72.5MPa之间。施工完成后在该工程地下室墙体中发现少量的竖向微裂缝,地下室墙体的裂缝问题一直是一个不可忽视而又经常出现的质量问题。理论上,裂缝的出现与地下室特殊的封闭结构形式、高标号混凝土的体积稳定性、高标号混凝土的高水化热、养护的方式方法、环境因素等均有较大关系。每一个独立工程都有其无法复制的特殊性,这种特殊性和裂缝的复杂性结合在一起使具体的每一条裂缝产生的原因很难寻找,由于篇幅和笔者经验有限,在此不在赘述,留给有经验的同行解答。

摘要：C60高强混凝土在实际工程建设中的使用越来越广泛,如何选用优质经济的材料和经济高效的配合比是我们要解决的问题。混凝土试配工作繁重,使用传统方法试配比较材料和配比的优势将会带来非常大的工作量,正交试验设计能较好的解决这个问题。本文通过正交试验设计来优选材料和配合比。

关键词：高强混凝土,正交试验,粘度,自收缩,裂缝

参考文献

[1]姚燕.高性能混凝土的体积变形及裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社,2011.26-27.

C60高强混凝土 篇3

超高程泵送混凝土技术是指泵送高度超过200m的混凝土泵送技术。 随着城市化进程的推进,超高程建筑越来越多,混凝土强度越来越高,超高程泵送高强混凝土技术已成为超高程建筑施工技术不可或缺的关键。 泵送高强度混凝土时,泵送压力高、混凝土黏度大,施工困难,由此产生了一系列亟待解决的高强混凝土工作性能及施工技术等难题。 因此,研究高强度混凝土的超高程泵送技术,对于超高程建筑施工质量、施工效率具有重要的现实意义和实用价值[1]。

1 工程概况

本工程为通州运河核心区Ⅳ-08、Ⅳ-09 号多功能用地项目,其中8B商务公寓楼为框架+抗震墙结构,总建筑面积203639.09m2,为通州地标性建筑。地下4 层至地上48 层墙柱为C60 混凝土,C60 混凝土最大泵送高度为241m。 本工程的关键控制难点为:1混凝土超高程泵送的工作性问题,即混凝土的可泵性。 2何种泵送方案的问题,即高压泵机、泵管的选择及泵管的布置方案等。 本文针对该工程遇到的上述问题进行了逐一分析, 并通过优选原材料、优化配合比、确定泵送方案等措施,成功将C60 高强混凝土泵送至241m高度。

2 原材料的选择

要使高强超高程泵送混凝土既具有高强度,又具有优异的施工性能,其使用的原材料要比普通混凝土使用的原材料更为严格,不但要优选原材料的品质, 还要注意各原材料的匹配性及适应性问题。所以,选择与优化原材料是配置高强超高程泵送混凝土的首要任务。

2.1 水泥

水泥是高强混凝土中最主要的胶凝材料,选择优质水泥对配置超高程泵送高强混凝土非常重要。一般而言,配置高强混凝土应选用不低于42.5 级的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥,且要注意水泥与高性能减水剂的适应性。 影响水泥与减水剂适应性主要有以下因素:1水泥的C3A含量与总碱含量。 2水泥的细度。 3水泥中石膏的种类与含量。 这三种因素都会影响新拌混凝土的工件性能,导致混凝土坍落度损失过大, 因而应避免选择C3A含量高,细度大的水泥。

本工程选用的是P·O 42.5 级水泥,其28d抗压强度为58.9MPa,标准稠度用水量为135g,比表面积为350m2/kg。

2.2 矿物掺合料

配置高强混凝土时, 提高胶凝体系的密实度、降低胶凝结构的孔隙率既能提高混凝土硬化后的性能,又能提高浆体的流动性。 这一目标可通过掺加不同比表面积、不同平均粒径的超细掺合料来实现。 最常用的超细掺合料有磨细粉煤灰、矿渣粉、硅灰等。 本工程使用了磨细粉煤灰和矿渣粉,矿渣粉的比表面积最高,其次是粉煤灰,最后是水泥。 三者合理匹配后,优化了胶凝体系结构,增加了胶凝体系的密度,改善了高强混凝土的可泵性,且早期强度低,后期强度提高,缓解了高强混凝土高水泥用量的早期高水化热,利于硬化结构的体积稳定性及耐久性。

本工程选用北京产Ⅰ级粉煤灰, 细度5.5%,比表面积500m2/kg,需水量比95%。 矿渣粉选用S105级矿粉,比表面积680m2/kg,28d活性指数110%。

2.3 骨料

骨料的颗粒形貌、粒径分布、力学性能以及与浆体之间可能影响黏结的化学反应对配置超高程泵送高强混凝土尤为重要,不仅影响新拌混凝土的和易性, 也影响硬化混凝土的力学性能及耐久性。细骨料应选择粒型较好的中砂,细度模数为2.7~3.0的砂能够达到最佳工作性能和抗压强度。 粗骨料通常采用粒径较小的粗骨料,因为粒径较小的粗骨料颗粒周围的应力集中较小,而应力集中主要是由于水泥浆体与骨料的弹性模量不同造成的[2], 若粗骨料粒径大,会使界面过渡薄弱区增大,浆体与骨料的机械黏合力下降,影响硬化后混凝土的强度。

本工程细骨料选用河北产Ⅱ区中砂,细度模数为2.9,含泥量1.0%,泥块含量0.1%。 粗骨料选用冀东产5~20mm碎石, 其颗粒形貌良好, 针片状含量1.5%,压碎指标值2.1%。

2.4 高性能减水剂

配置高强混凝土必须掺加减水率高的高性能减水剂。 高性能减水剂是一种与水泥颗粒产生物理化学相互作用的聚合物,其与胶凝材料的相容性决定了混凝土的工作性能。 故在选择高性能减水剂时一定要选择与水泥适应性好且有降黏作用的产品。高性能减水剂还要具有控制坍落度及坍落扩展度损失的作用,这对高强混凝土能否顺利超高程泵送起到至关重要作用。

本工程选用的是北京某公司生产的高性能减水剂,减水率30%,该减水剂质量稳定,与水泥的适应性好。

3 超高程泵送高强混凝土配合比设计及优化

超高程泵送要求混凝土具有优异的流动性和保水性,且混凝土不黏,以减少泵送阻力。 一般情况下,高强混凝土胶凝材料用量高,水胶比低,混凝土黏度较大,不利于泵送和密实。 为了保证混凝土的泵送性能,配合设计时,在满足力学性能的前提下,将混凝土的工作性作为混凝土配合比设计的重点。混凝土的优良工作性主要通过掺加高性能减水剂来实现,同时用掺加矿物掺合料来提高浆体的流动性。本工程用C60 泵送混凝土的设计指标见表1。试验时增加了倒置坍落度筒排空时间和T50 做为评价混凝土流动性及黏度的指标。

根据以往实际工程案例及试验, 初步确定C60混凝土的水胶比为0.29, 矿物掺合料掺量为30%,高性能减水剂的掺量采用厂家推荐的2.0%。 在以上技术参数的基础上,对混凝土配合比进行了优化试验,试验方案为研究不同胶材用量、矿物掺合料的不同掺加比例、不同的砂率对C60 混凝土工作性能及力学性能的影响, 试验指标为出机坍落度/扩展度、2h坍落度/扩展度损失、 倒置坍落度桶排空时间、T50 及28d、60d抗压强度。 通过对试验结果进行分析,优化出最佳配合比。

3.1 胶凝材料用量对超高程泵送C60 高强混凝土的影响

为了研究胶凝材料用量对高强混凝土的工作性及力学性能的影响, 本工程采用了520kg/m3、550kg/m3、590kg/m3三个胶凝材料用量进行试验,试验配合比见表2,试验结果见图1。

由图1 可见, 胶材用量从520kg/m3提高到590kg/m3后,混凝土的出机坍落度从245mm提高到275mm,扩展度从640mm提高到690mm,且随着胶材用量的提高,混凝土的出机坍落度和扩展度损失也在减小,倒置坍落度筒排空时间从15s降低至6.5s,T50扩展度从12s降低到5s。混凝土的工作性能大大提高,胶材用量提高后,混凝土浆体量增多,相同体积内骨料减少,混凝土流动性大大提高。混凝土28d抗压强度从65.7MPa提高到78.9MPa,60d抗压强度从68.5MPa提高到81.9MPa。无论从混凝土的工作性能还是混凝土的力学性能,都得到了改善。但590kg/m3胶材用量强度富余系数大,成本高,520kg/m3胶材用量强度偏低,不能满足设计指标要求,550kg/m3胶材用量满足高强泵送工作性能及力学性能的要求,是最佳选择。

3.2矿物掺合料掺加比例对超高程泵送混凝土性能的影响

本试验研究了不同掺加比例对超高泵送混凝土工作性及强度的影响,材料用量采用表2中序号2配合比,掺合料掺加比例为3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3,试验结果见图2。

从图2可见,随着粉煤灰掺量的增加,混凝土的出机坍落度从245mm提高到275mm,扩展度从640mm提高到720mm,且2h后的坍落度及扩展度损失也降低,倒置坍落度桶排空时间从15s下降到5s,T50从14s下降到4s。说明粉煤灰充分地发挥了“滚珠”作用,使混凝土的工作性能得到明显改善,但混凝土的28d抗压强度从75.6MPa下降到63.2MPa,60d抗压强度从78.8MPa下降到70.2MPa,说明粉煤灰的火山灰活性不及矿粉的火山灰活性,使得强度下降明显。综合以上试验结果,选用5:5的比例,既可满足混凝土的工作性能,又满足混凝土的力学性能。

3.3砂率对超高程泵送混凝土的性能影响

本试验研究了不同砂率对超高程泵送混凝土工作性及强度的影响,材料用量采用表2中序号2用量,砂率采用37%、40%、43%、46%,试验结果见图3。

从图3 可以看出, 当砂率从37%增加到46%时, 混凝土的出机坍落度和扩展度先增加后减小,2h后坍落度及扩展度损失随着砂率的增加而增加,拐点出现在砂率为40%处。 倒置坍落度筒排空时间和T50时间也是呈现先减少后增加的情况, 拐点也出现在40%砂率处。 因此,40%砂率时,混凝土的各项工作性能达到最优。 当砂率为46%时,混凝土的坍落度及扩展度损失明显,倒坍筒排空时间为18s,T50时间为12s,混凝土流动速度明显减慢,混凝土的黏度增加。 这是因为提高砂率后,砂的比表面积增大,单位体积内包裹砂子的浆体减少,减少了水泥浆的润滑作用,影响了混凝土的工作性能。 随着砂率的增加,混凝土的抗压强度呈下降趋势,28d强度从75.6MPa下降到70.8MPa,60d抗压强度从78.8MPa下降到74.2MPa, 抗压强度下降不明显,故砂率对强度影响不大。 综合以上试验结果, 选用40%砂率最佳。

经多次试验,C60 超高程泵送混凝土最终采用的配合比及试验结果见表3。

4 泵送方案

高强混凝土的黏度大,其可泵性与普通混凝土有明显差别。 普通混凝土在管道内克服与管壁的摩擦而流动, 因泵送压力损失而产生的变形很小,即滑动产生的屈服值小于混凝土极限剪切强度。 而高强混凝土在泵送时本身易产生较大的变形,而极限剪切强度很小,即屈服值大于极限剪切强度[3]。 因此,除去混凝土本身的性能,需要有针对性地制定超高泵送方案,其中包括泵机选择、泵管选择、管道布置等。

4.1 泵机的选择

根据本工程的实际情况, 高度150m以上采用两台三一HBT90CH-2122D超高压泵,一台备用,最大出口压力22MPa,依据相关技术规程[4]对泵送至241m调试所需泵压进行验算,具体验算过程如下:

式中:

Pmax———混凝土最大泵送阻力,MPa;

L———各类布置状态下混凝土输送管路系统的累计水平换算距离,m;

ΔPH———混凝土在水平输送管内流动每m产生的压力损失,Pa/m;

Pf———混凝土泵送系统附件及泵体内部压力损失,MPa。

本工程,K1=300-S1,K2=400-S1,其中:r为混凝土输送管半径,m,r=0.0625,K1为粘着系数,Pa,K1=145,K2为速度系数,Pa·s/m,K2=245,S1为混凝土坍落度,mm,本工程S1=255,t2/t1为混凝土泵分配阀切换时间与活塞推压混凝土时间之比,取0.3,V2为混凝土拌合物在输送管内的平均流速,m/s,当排量为40m3/h时,流速约为0.65m/s,α2为径向压力与轴向压力之比,其值约为0.95,计算得:ΔPH=10701Pa/m;

本工程混凝土泵送所需最大水平输送距离为62m,最大垂直距为241m,换算长度为964m,90°弯管共6 个,水平换算长度按58m计,软管水平换算长度按20m计,总长度为1005m。

本工程共6 个弯管,设置6 个管路截止阀,2 个分配阀,故Pf=2.0MPa

由上述数据计算得:Pmax=14.18MPa。

选择超高程泵送设备时,需要保留25%泵压的富余量, 故14.18 ×1.25=17.72MPa, 小于设计值22MPa的泵压,符合要求。

4.2 泵管的选择

在超高压泵送施工中,超高压管内压力最大可达15MPa,纵向将产生17t的拉力,故需要选择耐高压管道系统。 受施工环境影响,管道拆装很不方便,因此对超高压管道的抗爆能力和耐磨损寿命要求特别高。 本工程采用特制耐磨超高压管道,厚度为9mm,并经特殊热处理,寿命比普通钢管提高4 倍以上,抗爆能力和耐磨性都满足高压泵送的需求。 密封装置采用密封性能可靠的○形圈端面密封形式,可耐100MPa的高压。

4.3 管径的选择

输送管管径越小,输送阻力越大,但管径过大的输送管抗爆能力差, 而且混凝土在管道内流速慢、停留时间长,影响混凝土的性能。 本工程采用的是125mm的输送管。

4.4 管道的布置

根据浇筑方案,布置泵管时,尽量少用弯管和软管,尽可能缩短管线长度。 本工程依据现场施工条件, 将混凝土泵布置在施工现场的施工道路上。首层水平泵管的长度不低于泵送总高度的1/5,即50m,水平泵管的总长度为62m。 为方便每个楼层混凝土的施工, 竖向管道采用按楼层模数进行配管,这样就能保证每层混凝土浇筑时,泵管均与楼层在同一高度。 在33~35 层分别设置90°弯管,以减小停泵时混凝土因自重压力回流。 泵管布置图见图4。

4.5 泵管的固定与冲洗

本工程泵送高度高,泵及混凝土的自重力和泵在工作中强大的冲击力很容易产生泵管的移动,移动过多会造成泵管的“飞脱”,造成极大安全问题。所以, 本工程的每节泵管都用至少一个固定夹固定,固定夹需要用焊接铁架固定。

每次混凝土浇筑前,用同强度等级砂浆充分润湿泵管。 浇筑结束后,采用直接水洗技术,用高压水将混凝土压至浇筑部位, 以避免混凝土的浪费,然后再用水进行彻底清洗。

4.6 泵送施工过程注意事项

每次泵送施工前,认真检查每车混凝土的工作性,主要包括测试坍落度/扩展度、倒置坍落度桶排空时间,目测混凝土有无离析、泌水等匀质性问题。混凝土浇注前,混凝土罐车应反转罐体,将混凝土搅拌均匀后方可入泵。 浇筑过程中及时观察泵压及泵管的运行情况,并做好记录。 混凝土浇筑结束后及时对裸露部位进行覆盖,防止混凝土表面失水产生裂缝。 因混凝土强度等级高,胶材用量高,混凝土的收缩变形大, 故拆模时间尽量延长至48h以后,拆除模板后, 立即包裹塑料布进行保温保湿养护,养护时间不得少于14d。

5 结语

本工程共泵达两万余m3的C60 高强混凝土,150m以上使用了超高压泵,泵送至241m的混凝土共达4000 多m3,未发生一次堵管事故,且混凝土强度合格率为100%。

随着城市进程的不断加快,各地超高程建筑物不断涌现。 超高程建筑物一般多使用高强混凝土,高强混凝土黏度大,泵送时易堵管,施工难度大。 本文介绍的原材料、优化配合比、泵机的选择等控制要点,可为今后类似工程提供借鉴。

摘要：针对通州运河核心区商务公寓工程中的C60高强混凝土的超高程泵送要求,从优选原材料入手,进行了混凝土配合比的设计及优化,对泵机所需的压力进行了验算,并对泵管的选择、泵管的布置及泵送施工过程进行了分析,成功地将C60高强混凝土泵送至241m处。

关键词：超高程泵送,高强混凝土,配合比优化,黏度,超高压泵

参考文献

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[3]李辉,张浩.超高层高强度混凝土超高压泵送安全技术[J].建筑安全,2014(6):57-59.

C60高强混凝土 篇4

随着现代社会全球人口膨胀与土地资源之间矛盾的日益加剧, 建筑结构的复杂化、超高层建筑日益增多, 高强混凝土也将成为混凝土发展最主要的趋势之一。与此同时, 以低能耗、低污染、低排放为基础的低碳经济也日益成为全球关注的热点。因此, 研制高强度的生态型建筑材料刻不容缓。超硫酸盐水泥 (以下简称SSC) 是一种由70%~85%矿渣, 10%~20%硫酸盐类 (工业副产石膏) 及1%~5%的碱性成分 (如熟料、氢氧化钙等) , 共同粉磨或分别粉磨再混合而制得的新型水硬性胶凝材料[1]。其生产不需要经过煅烧工艺, 因此具有更低的能量消耗和更少的CO2排放量, 是新形势下兼具经济效益、环保效益和社会效益的生态型胶凝材料。现有研究主要集中于低强度或中等强度的SSC, 针对超高层建筑应用领域的研究极少, 因此, 研制高强度SSC混凝土意义重大。

本文选取工业副产石膏、矿渣和碱激发剂等组分共同粉磨制备SSC。通过优化配合比设计、改变微珠和硅灰的掺量, 配制出工作性能良好的SSC混凝土, 在此基础上测试其工作性能、含气量、力学性能和非接触收缩性能, 并借助扫描电子显微镜 (SEM) 和X射线衍射分析仪进行了微观分析, 以期阐明相关机理。

1 试验部分

1.1 原材料及配比

试验所用超硫酸盐水泥、硅灰、微珠、矿粉等胶凝材料的化学成分如表1所示, 采用西卡高效聚羧酸减水剂。通过改变硅灰和微珠的不同掺量制备C60~C80 SSC混凝土, 配合比如表2所示。将原材料拌合, 观察并测试相关工作性能指标, 然后振捣成型, 放在标准条件下养护, 分别跟踪测试7d、28d和56d抗压强度。

%

1.2 测试方法

将原材料拌合后测试坍落度、扩展度、倒桶时间和密度等工作性能参数, 同时制备收缩试验试件。新拌混凝土含气量参照GB/T 50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行试验。在养护至规定龄期后测试力学性能, 观察强度发展趋势。采用非接触收缩试验法, CABR-NES型非接触式混凝土收缩变形检测仪测试水化过程收缩情况, 测试时间为160h。混凝土搅拌后达到初凝时开始测试, 每隔1min仪器自动记录一次收缩位移值及环境湿度和温度;采用S-3500N型SEM分析了试件水化产物形貌;XRD-7000S/L型X射线衍射仪分析试件水化产物组成。

2 试验结果与讨论

2.1 工作性能

按照设计配合比准确称量材料并拌合, 观察测试其工作性能, 结果如表3所示。试样的工作性能受微珠、硅灰影响较大。硅灰由于比表面积很大, 需水量也很高。微珠呈球形, 粒径小, 表面比较光滑, 流动性极佳, 具有“滚珠”效应, 能产生减水势能。试样3微珠掺量为30%, 减水效果明显, 出现轻微离析现象。试样5硅灰掺量为10%, 倒桶时间达9.8s, 粘度较大, 不利于施工。相比之下试样6倒桶时间为3.9s, 粘度适中, 未出现离析、泌水、抓底和分层等现象。浆体对骨料的包裹效果好, 试样的和易性良好, 且密度在设计要求范围内, 能够满足泵送施工的要求。

2.2 力学性能

按照设计的龄期对试件进行抗压强度测试, 结果如表4所示。从表4可以看出, 硅灰、微珠对SSC混凝土的力学性能影响比较明显。掺入适量硅灰、微珠的试件6抗压强度最高, 试件3微珠掺量过大, 抗压强度反而降低。在合适的掺量下, 硅灰、微珠对SSC混凝土抗压强度有增加效果。硅灰、微珠是一种高活性硅质材料, 随着水化反应进行, 其潜在的水化活性得以体现, 加上优异的填隙作用, 使得相应试件的抗压强度增加。而随着硅灰、微珠掺量的进一步增大, 大量的水分被硅灰、微珠颗粒及其絮凝集团所吸附, 使得SSC的水化可见水量减少, 导致SSC的水化能力降低, 填隙作用对强度的增加也难以弥补SSC水化能力降低带来的影响, 因而掺入过量硅灰、微珠时, 试件的抗压强度反而降低。

随着水化时间不断进行, 试件抗压强度不断增大, 早期增长更为明显, 且28d后试件力学强度还有一定程度增长。说明低水胶比情况下, 胶凝材料在反应初期不能充分水化。养护56d后试样力学强度基本能够达到设计值, 因此, 在工程应用中需增加养护时间和采取必要的养护措施, 为SSC混凝土强度发展创造条件。

按照要求对试件进行含气量测试, 结果如表4所示。SSC混凝土含气量对其强度有影响, 一般来说, 随着混凝土含气量增大, 水化反应后留下的孔洞等缺陷增多, 因而对相应试件的抗压强度会有不利影响。试件2和试件6含气量比较低, 抗压强度比较高。试件3虽然含气量比较低, 但由于微珠掺量过大, 较低的含气量不足以弥补胶凝材料体系的水化作用降低对强度的影响, 因而其强度也偏低。在水胶比相同、骨料类型相同的情况下, SSC混凝土含气量主要受外加剂、振动时间和胶凝材料种类等因素的影响。因此, 在不影响SSC混凝土强度和工作性能的情况下, 可掺入适量的消泡剂降低其含气量。随着高频振捣时间的延长, 含气量损失率增大, 尤其试件2、试件3和试件6, 这是因为在掺入微珠后, 降低了拌合物的粘性, 使得气泡在高频振捣时更易从SSC混凝土内部逸出。

2.3 非接触收缩

采用非接触收缩试验仪测试了试件1、试件2和试件5三组试件160h的收缩情况, 其收缩量和收缩率测试结果如图1所示。三组试件在20~100h内收缩近似呈线性增长, 140h后逐渐趋于平缓。试件2、试件5在测试龄期内收缩量不断上升, 尤其是试件2, 整个测试过程几乎为线性增长。相比之下, 掺入硅灰的试件5收缩率最大, 未掺微珠或硅灰的试件1收缩率最小, 160h收缩率仅为2.67×10-4, 表明纳微米级胶凝材料硅灰和微珠增加了试件的收缩程度, 且粒径越小, 收缩率越大。试件2和试件5水化反应更为彻底, 产生收缩也较为明显。同时, 纳微米级胶凝材料硅灰和微珠填充于矿粉颗粒之间, 使水化浆体的结构更加致密, 孔结构精细。按物理化学原理[2], 孔越细, 毛细孔中液体的收缩力越强。因此, 试件2和试件5的收缩比试件1明显。

在试验初期的10h内, 试件1出现了微膨胀现象。这是由于超硫酸盐水泥早期水化反应速率较慢, 尤其试件1更为突出, 早期水化较慢, 影响了毛细孔的自干燥作用, 从而减小自收缩与化学收缩。同时, 水化反应过程生成的钙矾石 (AFt) 、单硫型水化硫铝酸钙 (AFm) 和微量的Ca (OH) 2具有微膨胀性, 因而, 试件1在试验初期的10h内反而产生微膨胀现象。

3 微观分析

3.1 SEM分析

将养护28d的试件进行形貌分析, 结果如图2所示。从图2中可以看出, 柱棒状钙矾石、絮凝状C-S-H凝胶、纤维状水化硅酸钙凝胶附着在骨料及未水化的颗粒表面, 且所有图片均未观察到六方板状Ca (OH) 2。试件28d水化产物较少, 水化进程不够充分, 28d强度主要由填充效应提供。在图2中可以发现很多微珠球状颗粒, 微珠在水化早期, 基本只起到物理微集料作用。试件结构致密, 微珠、硅灰微粒填隙作用明显, 未水化粒径小的球状微珠填充于SSC和骨料孔隙之间, 粒径更小的硅灰填充于微珠、SSC颗粒和骨料孔隙之间, 或吸附于表面, 使胶凝材料具有良好的级配。因此, 掺入微珠、硅灰的试件6比未掺的试件1强度更高。

注: (a) 为放大1000倍; (b) 为放大5000倍。

通过SEM分析和强度测试发现, 试件断裂面基本位于骨料和胶凝材料界面粘结处及水化后孔洞处。骨料和浆体具有物理性质上的差异和界面过渡区的存在, 胶凝材料水化反应放热和干燥过程中的湿度损失, 造成骨料与浆体变形的非均匀性[3,4], 加上骨料和胶凝材料自身强度都很高, 界面便成为试件的薄弱环节。在受到仪器的机械荷载时, 在混凝土界面上产生压剪破坏, 进而导致应力集中, 在骨料和浆体的粘结处产生断裂破坏。因此, 改善超硫酸盐水泥混凝土界面、孔洞等天然缺陷依然是提高其强度的有效方法。

3.2 XRD分析

将试件1、试件2和试件6养护28d后进行XRD分析, 结果如图3所示。从图3中可以看出, 试件水化产物主要由Si O2、钙矾石、二水石膏和C-S-H凝胶组成, 这和SEM观察结果基本一致。试验过程中检测到强烈的Si O2衍射峰, 这主要是由于骨料中及未完全反应的胶凝材料中含有的Si O2所致。此外, 还检测到极少量的Ca (OH) 2, 含量在5%以内, 表明体系中只有微量Ca (OH) 2生成。三组试件主要水化产物的组成及含量基本相似, 主要差别出现在: (1) 在2θ为30°附近时, 试件1出现Si O2的衍射峰, 试件2、试件6几乎没有峰值。这是由于试件2和试件6加入了具有促凝作用的微珠和硅灰, 而试件1的水化进程相对滞后, 导致矿粉等高Si O2含量的胶凝材料未充分转变成钙矾石和C-S-H凝胶, 因而2θ为30°附近, 试件1出现Si O2的衍射峰。 (2) 在2θ为35°、42°和50°附近时, 试件1、试件2和试件6检测到的钙矾石衍射峰依次增强, 表明掺入微珠和硅灰后, 体系中熟料和石膏对矿粉的激发更为充分[5], 形成较多的钙矾石等水化产物, 因而试件2和试件6表现出更高的强度。 (3) 在2θ为46°附近时, 试件1出现的Ca (OH) 2衍射峰较试件2、试件6明显, 这是由于试件2和试件6加入了微珠和硅灰, 在水化过程中产生了火山灰效应, 减少了Ca (OH) 2的含量。

4 结论

(1) 微珠和硅灰对高强SSC混凝土工作性能、含气量、力学性能影响较大, 适当的掺量对其工作性能和力学性能有促进作用, 并使得新拌混凝土含气量在理想范围内;掺量过大时, 会降低SSC胶凝材料水化作用, 反而对强度有不利影响。高强SSC混凝土早期强度增长更为明显, 而且28d后试样强度还在增长。在工程应用中需增加养护时间和采取必要的养护措施来促进高强SSC混凝土的强度发展。

(2) 随着纳微米胶凝材料硅灰和微珠的加入, 对应试件的收缩增大;SSC混凝土试件水化速率较慢, 在20~100h内收缩近似呈线性增长, 140h后才逐渐趋于平缓;硅灰和微珠的颗粒越细, 浆体的结构越致密, 孔结构更精细, 毛细孔中液体的收缩力越强。

(3) 微观分析结果显示, 微珠、硅灰微粒填隙作用明显, 体系级配良好;SSC混凝土水化产物主要由钙矾石、二水石膏、Si O2和C-S-H凝胶组成, 有少量Ca (OH) 2存在, 含量在5%以内。较高的钙矾石含量和极低的Ca (OH) 2含量为SSC混凝土的强度提供了有力保障。

参考文献

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