陳碧云
(中山市粵華混凝土有限公司)
C55高強大體積混凝土的研制及其工程應(yīng)用
陳碧云
(中山市粵華混凝土有限公司)
大體積混凝土的裂縫和溫度控制一直以來是混凝土行業(yè)關(guān)注和研究的課題,近年來高強大體積混凝土結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)更加大了該課題的難度。本文介紹了中山市古鎮(zhèn)利和商業(yè)中心4m厚C55大體積混凝土承臺基礎(chǔ),從原材料的對比和選用到配合比的優(yōu)化,從混凝土入模溫度的控制到澆筑后保溫保濕養(yǎng)護,C55大體積混凝土成功運用到工程中,結(jié)構(gòu)升溫速率和幅度都在可控的范圍內(nèi),有效地避免了可見裂縫的產(chǎn)生。
大體積混凝土;原材料;配合比;溫度;裂縫
高層建筑在當前城市建設(shè)中已成為常見的建筑形式,為保證高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性,地基基礎(chǔ)的荷載強度、抗震能力等要求也非常高,基礎(chǔ)中采用高強大體積混凝土的結(jié)構(gòu)也越來越常見。裂縫和溫度的控制是高強大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工上的重點和難點:⑴混凝土強度高,一般都在C50以上,有的工程甚至達到C60,這就要求配合比中的水膠比不能大,否則強度無法得到保證,但膠凝材料的水化熱是超大體積混凝土開裂的源頭,兩者存在矛盾;⑵一次性成型體積大,作為大型高層建筑的承臺基礎(chǔ)部位,最大截面高度大都在4m以上,混凝土本身是熱的不良導體,水化熱積聚在混凝土內(nèi)部不易散發(fā),內(nèi)部溫度高達60~90℃,造成內(nèi)外溫差、里表溫差,產(chǎn)生溫度應(yīng)力,使混凝土前期強度較低時容易出現(xiàn)貫穿性裂縫。
中山市古鎮(zhèn)利和商業(yè)中心4m厚C55大體積混凝土承臺基礎(chǔ),因一次性成型的部位體積較大且混凝土強度高,混凝土的溫度控制是本工程的重點和難點。國內(nèi)同類項目一般采用降低措施有:預埋冷卻水管,利用循環(huán)水降溫,但該方法對預埋水管的深度和密度,以及循環(huán)水的水溫控制有一定難度,如控制不好反而會造成冷卻水管周邊產(chǎn)生溫度裂縫;對生產(chǎn)用水進行加冰降溫處理,但混凝土配合比中水的用量很少,即便是全部水都用冰水來取代,其降溫效果并不顯著。
經(jīng)反復研究,并得到建設(shè)方、設(shè)計方、監(jiān)理方的同意,最后決定在不影響結(jié)構(gòu)日后安全性、耐久性等功能的前提下,對該大體積部位分兩次進行澆筑,第一次澆筑約1.8m厚,保溫保濕養(yǎng)護7天后進行第二次澆筑余下2.2m厚,第一層的混凝土終凝前可對表面進行鑿毛處理,并于第二層澆筑前對松動的混凝土沖洗清凈,以加強兩層粘結(jié)力。從生產(chǎn)上,通過各種手段盡可能降低混凝土的入模溫度;從施工過程中要做好充分的施工組織,并加強混凝土澆筑后的保溫保濕養(yǎng)護。
原材料應(yīng)選用水化熱熱量較低、放熱速率較慢的水泥。活性礦物摻合料是大體積混凝土不可缺少的組分,可加大優(yōu)質(zhì)粉煤灰和礦粉使用摻量,以60天強度做評定。摻用高性能聚羧酸系減水劑,可以降低水膠比,減少膠凝材料用量,對于降低混凝土的絕對溫升和化學收縮、推遲水化反應(yīng)的開始時間、放緩升溫速率都具有顯著的效果。砂、石骨料在混凝土中占80%,骨料的溫度才是影響混凝土的入模溫度重點,因此要用遮陽覆蓋、預埋冰塊等措施對骨料進行有效降溫。
3.1 水泥
影響混凝土溫度應(yīng)力的主要因素是水泥的水化熱,應(yīng)優(yōu)先選用礦渣水泥或中熱、低熱水泥。但在廣東市場上,大部分水泥廠都以生產(chǎn)早強型水泥為主,水化反應(yīng)在早期已經(jīng)非常劇烈,水化熱也很高。少數(shù)廠家提供的所謂“非早強型水泥”,實際上已經(jīng)達到早強水泥的指標,主要是因為其使用的熟料是一樣的,只是在粉磨過程或摻合物摻量上稍作調(diào)整,因此出現(xiàn)要不就是水化熱降低的效果不明顯,要不就會直接影響水泥的后期強度。
表1 各品牌非早強水泥性能指標匯總
我們對幾個水泥廠家所提供的非早強水泥進行了一系列的對比試驗,結(jié)果如表1。
另外,膠砂水化熱溫度試驗法是我公司自創(chuàng)的一種試驗法,按照GB/T17671-1999《水泥膠砂強度》中標準膠砂的比例水泥:水:ISO標準砂=1:0.5:3攪拌成約2L的膠砂,裝進保溫隔熱性良好的熱水瓶內(nèi)。試驗過程中,如膠砂與熱水瓶的玻璃內(nèi)膽直接接觸,凝結(jié)過程中會造成玻璃內(nèi)膽破裂,影響試驗效果,因此,水泥膠砂應(yīng)用保鮮袋裝好再放入熱水瓶內(nèi),用玻璃棒將膠砂均勻插搗,以保證各個樣品試驗條件基本一致,每小時測溫一次(見圖1)。以此方法測試水泥、摻加礦粉、摻加粉煤灰的水化熱升溫曲線(見圖2),以及各品牌非早強水泥樣品的水化熱升溫的曲線(見圖3)。
從圖2的曲線對比分析得,摻入礦粉或粉煤灰對降低水泥水化熱、延遲水化熱峰值出現(xiàn)都起到很好的效果,其中粉煤灰的作用效果比礦粉更明顯;另又從圖3曲線走勢可以看出,英德海螺和中材天山水泥的膠砂樣品升溫最高值都超過為70℃,且在加水后17小時內(nèi)已經(jīng)到達,升溫速率較快。而江門海螺和臺泥水泥的最高溫值都在65℃左右,但江門海螺升溫及降溫的速率更趨于緩慢。再結(jié)合表一中水泥細度、強度、需水量等其他指標的結(jié)果,初定選用江門海螺P.O42.5水泥作為本次主材。
3.2 其他原材料
⑴粉煤灰:廣東珠海電廠的II級粉煤灰,過45um方孔篩篩余為18.0%,需水量比為94.5%,燒失量為2.4%,28天活性指數(shù)為78.2%;
⑵礦粉:廣東中山市輝旺礦粉廠生產(chǎn)的S95礦粉,需水量比為102.4%,燒失量為5.6%,28天活性指數(shù)為100%左右;
⑶集料:選用連續(xù)級配的中砂,細度模數(shù)為2.7;碎石為中山某石場5~25mm連續(xù)顆粒級配碎石,含泥量和泥塊含量分別為0.2%和0.1%,壓碎指標9.5%;
圖1
圖2
圖3
⑷外加劑:聚羧酸緩凝減水劑,濃度11%,摻量為1.6%~2.2%。
⑴根據(jù)幾次前期試配,確定用水量為165,外加劑摻量為2.0%,制定以下試配方案(表2):
表2 試驗配合比
⑵通過試驗結(jié)果的對比,考慮到混凝土的工作性能、坍落度損失、強度增長情況、體積穩(wěn)定性,選定0.311為本試配的最佳水膠比。而通過S02、S05、S07、S08四組結(jié)果的對比,選用優(yōu)質(zhì)粉煤灰和礦粉作為摻合料,增加摻合料的摻量,不但能提高混凝土的工作性能,還能有效延緩凝結(jié)時間,混凝土早期強度降低,水化反應(yīng)和放熱速率都得到放緩,但混凝土后期強度增長顯著,到60天強度基本持平,能滿足設(shè)計強度的要求。
⑶參考天津高銀117大廈的C50P8超大體積筏板的配合比研究[1],建立了高強大體積混凝土配合比的評價體系,除了滿足工作性能及力學性能的要求外,還應(yīng)對配合比的水化熱性能以及耐久性作評價。其中,耐久性指標應(yīng)滿足:抗?jié)B性能≥P8;抗氯離子滲透性,按ASTM C1202,56d電通量<1000C;抗硫酸鹽侵蝕,干濕循環(huán)試驗達到150次,抗壓強度耐侵蝕系數(shù)大于75%;抗堿骨料反應(yīng),混凝土體系中堿總含量小于3kg/m3;抗鋼筋銹蝕,混凝土體系中氯離子總含量小于0.06%;抗凍融循環(huán)性能,經(jīng)300次凍融循環(huán)后混凝土的相對動彈性模量≥60%;質(zhì)量損失率≤5%的要求;收縮性能,混凝土7d自收縮小于1.5×10-4,28d自收縮小于2×10-4。
根據(jù)本工程的具體情況,選擇對混凝土的抗?jié)B強度、氯離子含量、堿總含量以及收縮性能等指標作檢測。測得結(jié)果如表4,各項指標均符合相關(guān)技術(shù)要求,可推定其耐久性滿足要求。
5.1 原材料組織
庫存準備好8000m3混凝土的材料用量,并與材料供應(yīng)商協(xié)商好,水泥、礦粉、粉煤灰等粉料生產(chǎn)后必須存放不少于14天,以保證有效降至室溫;砂、石骨料采取遮陽、自來水澆淋等方式進行有效降溫;生產(chǎn)用水則進行加冰處理。
5.2 生產(chǎn)和運輸組織
三條生產(chǎn)線設(shè)備,實際生產(chǎn)能力120方/條,50臺12方混凝土攪拌運輸車;對生產(chǎn)、質(zhì)檢、后勤、現(xiàn)場技術(shù)跟蹤等工作進行明確分工,各司其職相互配合,實現(xiàn)生產(chǎn)用過程嚴格監(jiān)控。
5.3 施工組織
將施工時間安排在晚上22:00開始,三臺泵車同時運作,計劃在次日10:00前澆筑完畢,避白天高溫天氣;底板混凝土采用斜面分層連續(xù)澆筑的方式,混凝土到現(xiàn)場坍落度為180±20mm,攪拌車在卸料前高速攪拌30s,避免運輸途中顛簸導致混凝土分層;混凝土振搗及時充分,不得漏振、過振;混凝土初凝前后應(yīng)進行二次收面,以及時愈合早期塑性裂縫;施工現(xiàn)場準備足量的混凝土外加劑,以便及時在現(xiàn)場對混凝土的坍落度進行調(diào)整。
表3 試驗結(jié)果
表4
5.4 養(yǎng)護工藝
終凝前開始進行淋水養(yǎng)護,全部達到終凝后進行蓄水養(yǎng)護,蓄水深度0.5m,養(yǎng)護不少于14天。
本次通過研究分析膠凝材料對混凝土水化熱的影響,優(yōu)選出合理的膠凝體系、膠凝總量及各膠凝材料的比例,明確外加劑種類及用量,從而提出合理的配合比;通過各品牌水泥對比試驗、加大礦物摻合料摻量、摻用緩凝劑等方式,有效降低混凝土水化熱和延緩混凝土水化熱峰值。確定原材料、設(shè)計配合比后,參照高強大體積混凝土配合比評價體系,對混凝土的工作性能、力學性能以及耐久性能作出評定,最終確定工程上使用的配合比,用于中山市古鎮(zhèn)利和商業(yè)中心工程的C55高強大體積混凝土,再結(jié)合施工過程中對骨料減溫、生產(chǎn)用水加冰、后期蓄水養(yǎng)護等手段,最終順利實現(xiàn)本次施工任務(wù),水化熱溫度和升溫速度都得到有效控制,實體結(jié)構(gòu)沒有出現(xiàn)顯著裂縫。為今后高強大體積工程施工提供參考和借鑒?!?/p>
[1]余地華,艾心熒,侯玉杰,葉建,袁啟濤,賴國梁.天津高銀117大廈C50P8超大體積筏板混凝土配合比評價體系研究[J].預拌混凝土,2015,(5).
[2]陳建大.超大體積超厚C50混凝土的研制及其工程應(yīng)用[J].江西建材,2014,(12).