孫敏婷
摘 要:混凝土材料一直在向著優(yōu)質(zhì)、高性能的方向發(fā)展。優(yōu)質(zhì)高性能的材料應(yīng)該具備高強(qiáng)、性優(yōu)、質(zhì)輕和良好環(huán)境相容性四大主要特征。論文首先探討了高性能混凝土配制過(guò)程中材料選取原則及選取方法,主要包括的水泥的強(qiáng)度、石子的尺寸、砂子的類(lèi)型、外加劑的選擇及其他品種等,并以橋梁施工用承臺(tái)為依托,基于當(dāng)?shù)夭牧吓渲瞥隽藵M足要求的高性能混凝土。
關(guān)鍵詞:高性能水泥混凝土配制
高性能混凝土是具有高強(qiáng)度、高耐久、高流動(dòng)性等多方面優(yōu)越性能的新型混凝土。在配置過(guò)程,分兩步循序漸進(jìn):最初,理論配置著手,到一定階段,活學(xué)活用,就可以形成自己的一套經(jīng)驗(yàn)公式配置。理論配置一般屬于保守估計(jì),材料會(huì)有一定的浪費(fèi),本著從節(jié)約水泥,經(jīng)濟(jì)合理并且又能保證混凝土良好的工作性(流動(dòng)性,可塑性,穩(wěn)定性以及易密性)兩方面考慮,經(jīng)驗(yàn)配置可以大大地優(yōu)化配置過(guò)程與材料。
1 原材料的選擇
1.1水泥
水泥選擇參照國(guó)標(biāo),部標(biāo)等規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的項(xiàng)目:水泥是混凝土材料中的膠結(jié)材料,水泥的標(biāo)號(hào)對(duì)所配制的混凝土強(qiáng)度有重要影響,根據(jù)相應(yīng)的配合比選用適宜用的水泥類(lèi)型。
配制高強(qiáng)度混凝土在選擇水泥時(shí)應(yīng)注意它與可能選用的高效減水劑之間的相容性,一般所選用的水泥應(yīng)該是42.5級(jí)以上的且質(zhì)量穩(wěn)定的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥,最好采用純硅酸鹽水泥。硅酸鹽水泥的強(qiáng)度因礦物組分而異,而且其礦物成分的水化反應(yīng)也受各種因素的影響,即使水泥品種相同,早期養(yǎng)護(hù)溫度不同,強(qiáng)度的發(fā)展也不同。如在反應(yīng)初期提高溫度,可以加速水化反應(yīng),但由于水泥粒子表面被析出的硅酸鈣水化物C-S-H包裹著,妨礙水泥粒子內(nèi)部的進(jìn)一步水化,后期強(qiáng)度受到影響。高細(xì)度水泥能獲得早期強(qiáng)度,但后期強(qiáng)度很少增加,且水化熱嚴(yán)重混凝土容易裂縫。所以單純?cè)黾蛹?xì)度并不合適。此外還需要在適當(dāng)?shù)臏囟扰c濕度下養(yǎng)護(hù)。
1.2骨料
(1)粗骨料
首先,考慮到混凝土和易性等因素,要注意選擇適宜的骨料最大粒徑、級(jí)配等。配制高強(qiáng)度、高性能實(shí)混凝土?xí)r,當(dāng)使用卵石時(shí)最大粒徑應(yīng)不超過(guò)25mm,當(dāng)使用碎石時(shí)最大粒徑應(yīng)不超過(guò)20mm,且針片狀顆粒含量要少。
保證骨料本身應(yīng)有的濕度和溫度。當(dāng)遇酷暑炎熱天氣氣溫>35℃以上,現(xiàn)場(chǎng)堆積粗骨料由于太陽(yáng)暴曬,石子水分會(huì)由飽和面干狀態(tài)蒸發(fā)到干燥狀態(tài),本身石子含水率降為很低以至于忽略不計(jì),就需要灑水保濕。當(dāng)氣溫低于5℃時(shí),石子無(wú)需含有太多的含水量,主要因?yàn)榭紤]到石料中水凝結(jié)成冰的緣故。
(2)細(xì)骨料
對(duì)于細(xì)骨料來(lái)說(shuō),主要考慮砂率對(duì)混凝土工作性的影響。砂率大時(shí),可能無(wú)法保證高性能混凝土拌合物的流動(dòng)性,因?yàn)榧?xì)集料在重力作用下的相對(duì)運(yùn)動(dòng)能力不如粗集料,過(guò)量使用將降低澆筑時(shí)填充的沖力;砂率過(guò)小,新拌高性能混凝土容易發(fā)生離析現(xiàn)象。因此,配制混凝土?xí)r,選擇合適的砂率應(yīng)從混凝土流動(dòng)性和粘聚性綜合平衡考慮。同時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制砂中粉細(xì)顆粒的含量和石子的含泥量。
1.3外加劑
外加劑是新興的混凝土配套項(xiàng)目,并且外加劑屬于一種活性極大的材料,摻入的外加劑需根據(jù)不同的外加劑特性進(jìn)行選擇。
(1)減水劑
減水劑應(yīng)選擇高效減水劑,要求減水率高,質(zhì)量穩(wěn)定,并且與水泥有較好的適應(yīng)性。目前采用較多有萘系高效減水劑、脂肪族高效減水劑和聚梭酸系高效減水劑等。
(2)緩凝劑
緩凝劑是能延緩混凝土凝結(jié)硬化時(shí)間,是目前控制自密實(shí)混凝土拌合物坍落度損失最有效的方法之一。目前常用的緩凝劑有葡萄糖酸鈉、三聚磷酸鈉、檸檬酸等。
(3)引氣劑
引氣劑是一種表面活性劑,由于表面的活性作用,降低了水的表面張力及表面能,使水溶液形成眾多表面時(shí)所需的功減少。由于表面活性劑定向吸附在氣泡表面,形成了單分子吸附膜,使液面堅(jiān)固而不易破裂。加入混凝土中的引氣劑能夠產(chǎn)生均勻、穩(wěn)定、封閉、互不連通的微小氣泡,避免了毛細(xì)管道的形成,緩和了自由水受凍結(jié)所產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力,因此可改善混凝土的耐久性。
總之,由于外加劑品種繁多,性能差異,運(yùn)用外加劑時(shí),根據(jù)混凝土的性能要求,施工工藝,現(xiàn)場(chǎng)氣候條件結(jié)合混凝土原材料性能及對(duì)水泥適應(yīng)性因素,通過(guò)試驗(yàn)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,確定其品種以及摻量。
1.4水
用于配制柔模泵送混凝土的拌合水的質(zhì)量要求與普通混凝土相同,即不得影響混凝土的和易性及凝結(jié)時(shí)間;不得有損于混凝土強(qiáng)度發(fā)展;不得降低混凝土的耐久性;不得污染混凝土表面。柔模泵送混凝土的拌合用水與常規(guī)混凝土一樣,按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《混凝土拌合用水標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定執(zhí)行即可。
2. 工程應(yīng)用
某橋梁施工用承臺(tái),選擇提出配制超流態(tài)、超長(zhǎng)保塑、高保水、高抗離析、設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C25的細(xì)石自密實(shí)混凝土。
(1)坍落度根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)
控制13±2cm左右,為保證其施工時(shí)流動(dòng)度的要求,建議放置15cm坍落度,最大粒徑考慮到料源地供料31.5cm石子,滿足不超過(guò)鋼筋間最小間距3/4的要求。
(2)確定單位用水量
單位用水量的確定,查設(shè)計(jì)規(guī)程JGJ/55-96所定的初始用水量按減水劑的固定減水比率折減用水量,因開(kāi)工即初,標(biāo)準(zhǔn)仍按未調(diào)整過(guò)的JTJ/T55-96普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程。
初始用水量對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)(表3.0.1)確定W0=220Kg/m3,普通型減水劑NF-4因質(zhì)量穩(wěn)定,為其外摻劑.幾組配比對(duì)比測(cè)試驗(yàn)算出其減水率β=10%左右,單位用水量W=W0(1-β)=198Kg/m3。
(3)確定其水泥用量
W/C=0.51,求算單位水泥用量M=390kg/m3驗(yàn)算水泥用量是否符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,滿足鋼筋混凝土規(guī)范最小水泥用量275kg/m3,最大水灰比0.60。
(4)砂率的確定
砂率的確定是一個(gè)頗費(fèi)周折的問(wèn)題,原因在于砂率選取除按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定外還應(yīng)考慮實(shí)際供應(yīng)的砂未通過(guò)5mm篩孔的篩余量,由于每批來(lái)料砂的質(zhì)量不均勻性,固定的砂率有時(shí)會(huì)造成拌制的混凝土工作性不良.通常做法,預(yù)先設(shè)計(jì)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)配合比,再根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況,調(diào)整施工配合比。依照規(guī)范JGJ/T55-96中表(3.0.2.1)選取砂率Sp=37%,考慮砂中5mm篩孔篩余量占總量的14%以上,扣除此因素折合成計(jì)算式求得Sp=43%.
(5)確定砂石用量
使用體積法求算砂石用量
mc0/ρc+mg0/ρg +ms0/ρs +mw0/ρw +0.01a=1
βs= ms0/( mg0+ms0)
其中: mc0—水泥量390Kg/m3;
mw0—用水量198Kg/m3;
ρg—石子密度2.68g/cm3;
ρs—砂的密度2.65g/cm3;
ρw—水比重1.0g/cm3;
βs—砂率取值43%;
求算得出砂ms=764Kg,石子mg=1013Kg。
(6)確定外加劑摻量
外加劑摻量多少往往根據(jù)其特性,摻量范圍大小確定,NF-4摻量1.2~1.8%,因施工期處于氣溫較低的1~2月份,建議摻量1.2%,即390*1.2%=4.68Kg。
驗(yàn)算完畢后,得出此級(jí)配各材料數(shù)值mw0=198Kg/m3,mc0 =390Kg/m3,ms=764Kg/m3,mg=1013Kg/m3NF-4外加劑的摻量為水泥用量的1.2%為4.68Kg/m3
試驗(yàn)室對(duì)此級(jí)配正式拌制前進(jìn)行內(nèi)部試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果:坍落度值14cm,和易性良好,終凝時(shí)間7小時(shí),7d、28d強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求.同時(shí)還應(yīng)在用水量不變的情況下,基準(zhǔn)水灰比增大或減小0.05的系數(shù),配制出的混凝土與基準(zhǔn)混凝土進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。
(7)摻加粉煤灰
正確合理地在混凝土中摻加粉煤灰,使之摻入混凝土后達(dá)到改善混凝土性能、提高工程質(zhì)量、節(jié)省水泥、降低混凝土成本、節(jié)約資源的目的。
水泥取代率定為β=17%超量系數(shù)δ=1.5水泥比重ρ=3.1g/cm3粉煤灰比重ρf=2.2g/cm3砂比重ρs=2.65g/cm3石子比重ρg=2.68g/cm3
水泥:mc=mc0(1-βc)=390*(1-0.17)=324 kg/m3
粉煤灰:mf=δc(mc0- mc )=1.5*(390-324)=99 kg/m3
黃砂:ms = ms0-( mc/ρc+ mf/ρf-mc0/ρc)ρs
=764-(324/3.1+99/2.200-390/3.1)*2.65
=701kg
(8)經(jīng)試配調(diào)整出配合比
設(shè)計(jì)配合比是控制混凝土質(zhì)量至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。①應(yīng)調(diào)整砂率,適當(dāng)增加砂的數(shù)量,以增大砂漿的粘度,同時(shí)也應(yīng)增大砂漿的數(shù)量;②優(yōu)化骨料的級(jí)配、選用針片狀含量少、粒形較好的粗骨料;③調(diào)整高效減水劑的品種和摻量;④調(diào)整礦物摻合料的摻量;⑤采用與混凝土拌合物體系相容性好,對(duì)混凝土硬化后性能無(wú)不利影響的增稠劑。
該工程中配合比設(shè)計(jì)如下:
mc : ms : mg0 : mw0 : mf : mjo=324 : 701 : 1013 : 198 : 99 : 4.68經(jīng)試驗(yàn)室拌制結(jié)果坍落度16cm,和易性良好,7d強(qiáng)度26.6MPa;28d強(qiáng)度34.5MPa符合設(shè)計(jì)要求。
綜上所述,說(shuō)明水泥混凝土的配制過(guò)程是理論聯(lián)系實(shí)際的過(guò)程,針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的原料設(shè)計(jì)配制混凝土,同樣的配比設(shè)計(jì),換了另一個(gè)工地現(xiàn)場(chǎng)就會(huì)不適用。所以在配和比設(shè)計(jì)中,必須對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的方方面面有一個(gè)徹底的了解。
3 結(jié)語(yǔ)
通過(guò)工程實(shí)踐的設(shè)計(jì)應(yīng)用,后期強(qiáng)度高,能夠滿足橋梁施工用承臺(tái)所要求的強(qiáng)度,說(shuō)明該設(shè)計(jì)原則能滿足高性能混凝土的性能要求,工程實(shí)際應(yīng)用也取得了很好的效果,具有較好的實(shí)踐指導(dǎo)意義。
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